111年5月27日

桃園市結構工程技師公會

『大師系列講習會(二)-結構耐震設計與評估之需求譜差異探討』

師資簡介：鍾立來 教授                          

現職

·國家地震工程研究中心 顧問

·國立臺灣大學 土木工程學系 兼任教授

學歷

·美國紐約州立大學 土木工程學系 博士、碩士

經歷

·國家地震工程研究中心 副主任、組   長、研究員

·國立臺灣大學 土木工程學系 合聘教授

·國立成功大學 土木工程學系 合聘教授

課程簡介：

結構耐震設計與評估結構耐震設計與耐震評估之需求譜差異探討

鍾立來

國家地震工程研究中心

國立臺灣大學 土木工程學系

不論是耐震設計或耐震評估，在設計基準地震(475年回歸期)及最大考量地震(2475年)下，若仍要求結構維持線彈性，或設計難度高，或評估難以通過。因此，對回歸期長、不常發生之地震，結構允許進入非線性(伴隨可接受之破壞程度)，以降低耐震需求。475年地震，結構可發揮至容許韌性容量(中度損害)，而2475年地震則至韌性容量(嚴重損害，但未至於崩塌)。結構耐震設計與結構耐震評估皆折減需求譜加速度，但兩者折減之邏輯不同。

結構耐震設計係以結構系統地震力折減係數(F_u 或F_uM )，折減設計之需求譜加速度，結構系統地震力折減係數乃基本振動週期T  (彈性勁度)及韌性( R_a 或R  )之函數，韌性愈佳，週期愈長，折減愈多。另一方面，結構耐震評估則以振動週期之延長及遲滯阻尼之生成，折減評估之需求譜加速度，其折減之幅度取決於結構之等效基本振動週期 T _eq (割線勁度)及阻尼比修正係數( B_S 或 B₁  )，而阻尼比修正係數則由等效阻尼比ζ_eq (固有阻尼比及遲滯阻尼比之和)求得。

結構耐震設計與耐震評估，對於較大之地震，同樣須要折減其需求譜加速度，只是兩者折減之依據及方式不同。有鑑於此，本文旨在釐清兩種折減之異同，以折減因子量化之，採土木404-100示範例之工址，闡述設計與評估之需求譜加速度之計算，探討基本振動週期(彈性)及韌性對折減因子之影響，藉此了解設計與評估之折減的差異，供工程界參考。

在475年地震，設計需求譜加速度之折減因子，由0.1T₀^D的0.5785，下降至T₀^D 的0.3333，之後不再遞減；而評估需求之折減因子，則由0.8430下降至0.3905；評估與設計之折減因子的比值從最高的1.5371遞減至最低的1.1713，評估的折減因子較大。2475年地震具同樣之趨勢，設計之折減因子由0.4910下降至0.25；而評估之折減因子則由0.8629下降至0.3307；評估與設計之折減因子的比值從最高的1.8156遞減至1.3228，評估大於設計。

綜言之，不論是設計或評估之需求譜加速度，週期愈長，折減因子愈小，折減幅度愈大；韌性愈佳，折減因子愈小，此為設計與評估兩者共通之處。相較於設計，評估之折減因子較大，折減幅度較低，評估較設計保守，此為兩者相異之處。