國立台灣海洋大學 河海工程學系 結構耐震評估與補強設計 2011.03.07 (一) 校舍結構耐震能力之初步評估(二) 鍾立來

極限基底剪力強度 1. 垂直構件之斷面積和 2. 垂直構件單位斷面積之側向強度 3. 垂直構件之側向強度和 4. 側向強度折減係數

極限基底剪力強度 5. 結構現況調整因子 6. 極限基底剪力強度

最小設計水平總橫力 V V：最小設計水平總橫力 I：用途係數 SaD：工址設計水平加速度反應係數 W：建築物全部靜載重 耐設規範 式2-3 V：最小設計水平總橫力 I：用途係數 SaD：工址設計水平加速度反應係數 W：建築物全部靜載重 αy：起始降伏地震力放大係數 Fu：結構系統地震力折減係數

結構最小設計水平總橫力 耐設規範 節2.2式2.1 最小設計水平總橫力 耐震容量 耐震需求

結構耐震需求 用途係數 一般校舍，用途係數 I = 1.25。 緊急避難用校舍，用途係數 I = 1.50

結構耐震需求 校舍全部靜載重，根據統計分析 頂層單位樓地板面積之重量 其他地上樓層單位樓地板面積之重量 校舍全部靜載重W，單位為 kgf 第i層樓地板面積，單位為m2 頂層樓地板面積，單位為m2

結構基本振動週期 T 結構基本振動週期 T 為振動一周(一個來回)所需之時間。 耐設規範 節2.6式2.9 hn 基面至屋頂面高度，單位為公尺。 基面至屋頂面高度hn 越高，週期越長。

結構基本振動週期 T 剛構架、且無非結構剛性牆、剪力牆或加勁構材之鋼筋混凝土建築物及鋼骨鋼筋混凝土建築物，與鋼造偏心斜撐建築物，其基本振動週期 T (單位為秒) 之經驗公式為： 耐設規範 節2.6式2.10 若基面至屋頂面高度hn 相同，則鋼結構建築物之基本振動週期 T 較鋼筋混凝土長。

結構基本振動週期 T 其他建築物，其基本振動週期 T (單位為秒) 之經驗公式為： 耐設規範 節2.6式2.11 若基面至屋頂面高度hn 相同，則含牆建築物之基本振動週期 T 較不含者短。

結構基本振動週期 T 結構基本振動頻率(單位為 Hz) ，f =1/ T 。 結構之週期越長，承受之地震力越小。 T↑，f↓，V↓。

校舍基本振動週期 校舍多為鋼筋混凝土或加強磚造，沿走廊方向，牆量不多，其基本振動週期 T (單位為秒) 之經驗公式為： 耐設規範 節2.6式2.10 垂直走廊方向，具隔間牆，其基本振動週期 T (單位為秒) 之經驗公式為： 耐設規範 節2.6式2.11

第一、二及三類地盤之設計反應譜 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位: g) 建築結構之基本振動週期：T (unit: s) 耐設規範 表2-6(a) 建築結構之基本振動週期：T (unit: s) 建築結構之阻尼比：0.05 (5%)

第一、二及三類地盤之設計反應譜 設計地震之譜加速度由二參數決定之。 工址短週期設計水平譜加速度係數：SDS 工址設計水平加速度反應譜短週期與中長週期之分界：T0D

第一、二及三類地盤之設計反應譜 當結構之基本振動週期為零，T = 0，設計譜加速度 SaD 同設計最大地表加速度。 等效最大地表加速度 Effective peak (ground) acceleration EPA = 0.4SDS (單位：g)

第一、二及三類地盤之設計反應譜 當建築結構之基本振動週期 T 介於 0.2T0D 與 T0D 之間，設計譜加速度 SaD 為一定值，此區間乃等設計譜加速度段。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 unit: g-s 當建築結構之基本振動週期 T 為一秒，設計譜加速度 SaD 為 SD1。 當建築結構之基本振動週期 T 介於 T0D 與 2.5T0D 之間，設計譜速度 SvD 為一定值，此區間乃等設計譜速度段。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 當結構之基本振動週期 T 長於 2.5T0D，設計譜加速度 SaD 為 0.4SDS。 結構之基本振動週期 T 越長，設計譜加速度 SaD 越低，但其下限為 0.4SDS。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 工址短週期設計水平譜加速度係數 SDS 取決於工址之震區、工址與斷層之距離及工址之地盤種類。 SSD：震區短週期設計水平譜加速度係數 NA：反應譜等加速度段之近斷層調整因子 Fa：反應譜等加速度段之工址放大係數

第一、二及三類地盤之設計反應譜 工址一秒週期設計水平譜加速度係數 SD1 取決於工址之震區、工址與斷層之距離及工址之地盤種類。 NV：反應譜等速度段之近斷層調整因子 Fv：反應譜等速度段之工址放大係數

第一、二及三類地盤之設計反應譜 震區短週期設計水平譜加速度係數 SSD 及震區一秒週期設計水平譜加速度係數 S1D，取決於工址所在之震區，震區係以鄉、鎮、市、區等行政區為單位劃分。 耐設規範 表2-1 SSD (g) 0.8 0.7 0.6 0.5 S1D (g) 0.45 0.40 0.35 0.30

第一、二及三類地盤之設計反應譜 反應譜等加速度段之近斷層調整因子 NA 及反應譜等速度段之近斷層調整因子 NV，取決於工址與斷層之距離。遠離斷層，近斷層調整因子 NA 及 NV 均為一。距離越近，因子越高。 耐設規範 表2-5-1 近車籠埔斷層之調整因子 NA 及 NV r<2 km 2<r<5 km 5<r<8 km 8<r<12 km 12<r km NA 1.23 1.16 1.07 1.03 1.00 NV 1.36 1.32 1.22 1.10 1.0

第一、二及三類地盤之設計反應譜 反應譜等加速度段之工址放大係數 Fa 及反應譜等速度段之工址放大係數 Fv，取決於工址所在之地盤種類。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 反應譜等加速度段之工址放大係數 Fa 地盤種類 SS<0.5 SS=0.6 SS=0.7 SS=0.8 耐設規範 表2-2(a) 反應譜等加速度段之工址放大係數 Fa 地盤種類 SS<0.5 SS=0.6 SS=0.7 SS=0.8 0.9<SS 一 1.0 二 1.1 三 1.2 第一類地盤：堅實地盤 第二類地盤：普通地盤 第三類地盤：軟弱地盤

第一、二及三類地盤之設計反應譜 反應譜等速度段之工址放大係數 Fv 第一類地盤：堅實地盤 第二類地盤：普通地盤 第三類地盤：軟弱地盤 耐設規範 表2-2(b) 反應譜等速度段之工址放大係數 Fv 地盤種類 S1<0.3 S1=0.35 S1=0.4 S1=0.45 0.5<S1 一 1.0 二 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 三 1.8 1.7 1.6 第一類地盤：堅實地盤 第二類地盤：普通地盤 第三類地盤：軟弱地盤

第一、二及三類地盤之設計反應譜 地盤分類可取決於工址地表面下 30 公尺內之土層平均剪力波速。 di：第 i 土層之厚度 (單位：m) 耐設規範 式2-5(a) di：第 i 土層之厚度 (單位：m) VSi：第 i 土層之平均剪力波速 (單位：m/s)

第一、二及三類地盤之設計反應譜 地盤越堅實，剪力波速越高。 地盤越軟弱，剪力波速越低。 第一類地盤：堅實地盤 第二類地盤：普通地盤 耐設規範 表2-3 第一類地盤：堅實地盤 第二類地盤：普通地盤 第三類地盤：軟弱地盤

第一、二及三類地盤之設計反應譜 地盤分類可取決於工址地表面下 30 公尺內之土層土層平均標準貫入試驗值。 耐設規範 式2-5(b) di：第 i 土層之厚度 (單位：m) Ni：第 i 土層之標準貫入試驗 N 值，但不得大於100。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 地盤越堅實，標準貫入試驗 N 值越大。 地盤越軟弱，標準貫入試驗 N 值越小。 第一類地盤：堅實地盤 耐設規範 表2-3 第一類地盤：堅實地盤 第二類地盤：普通地盤 第三類地盤：軟弱地盤

第一、二及三類地盤之設計反應譜 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位：g) 1. 由工址之行政區，查耐設規範表 2-1，得震區短週期設計水平譜加速度係數 SSD 及震區一秒週期設計水平譜加速度係數 S1D。 2. 由工址與斷層之距離，查耐設規範表 2-5-1 至2-5-6，得反應譜等加速度段之近斷層調整因子 NA 及反應譜等速度段之近斷層調整因子 NV。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位：g) 3. 由工址地表面下 30 公尺內之土層平均剪力波速，查耐設規範表 2-3，得地盤分類。或由工址地表面下 30 公尺內之土層平均標準貫入試驗 N 值，得地盤分類。 4. 由地盤種類及 SS = NASSD ，查耐設規範表2-2(a)，得反應譜等加速度段之工址放大係數 Fa 。由地盤種類及 S1 = NVS1D ，查耐設規範表2-2(b)，得反應譜等速度段之工址放大係數 Fv。

第一、二及三類地盤之設計反應譜 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位：g) 5. 工址短週期設計水平譜加速度係數 SDS 及工址一秒週期設計水平譜加速度係數 SD1 分別為： 6. 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位: g) 耐設規範 表2-6(a)

台北盆地之設計反應譜 台北盆地之工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位: g) 建築結構之基本振動週期：T (unit: s) 耐設規範 表2-9(a) 建築結構之基本振動週期：T (unit: s) 建築結構之阻尼比：0.05 (5%)

台北盆地之設計反應譜 台北盆地之震區，劃分為台北一區、台北二區、台北三區及台北四區，列於耐設規範表2.8(a)。 微分區 SDS T0D 表2-8(b) 微分區 SDS T0D 台北一區 0.6 1.60 台北二區 1.30 台北三區 1.05 台北四區 0.85

台北盆地之設計反應譜 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位：g) 2. 由工址於台北盆地之震區，查耐設規範表2-8(b)，得工址短週期設計水平加速度係數 SDS 及反應譜短週期及中長週期之分界週期 T0D。

台北盆地之設計反應譜 工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位：g) 3. 查耐設規範表2-9(a)，得工址設計水平加速度反應譜係數 SaD (單位：g)。

典型校舍 側面 正面

平立面圖 This is the typical layout of the elementary and high school buildings. (And we may find something special.)--click The classrooms are all connected in a row, and they are separated by the partition walls. There are a lot of windows and doors along the corridor, and there are usually no columns in the corridor. But, --click

平面圖

基本振動週期 基面至屋頂面高度 基本振動週期 耐設規範 節2.6式2.10

工址短週期設計水平譜加速度係數 校舍座落於台南市東區， 震區短週期設計水平譜加速度係數 第二類地盤， 反應譜等加速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.3表2.1 第二類地盤， 反應譜等加速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.4表2.2(a) 工址短週期設計水平譜加速度係數 耐設規範 節2.4式2.4

工址一秒週期設計水平譜加速度係數 校舍座落於台南市東區， 震區一秒週期設計水平譜加速度係數 反應譜等速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.3表2.1 反應譜等速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.4表2.2(b) 工址一秒週期設計水平譜加速度係數 耐設規範 節2.4式2.4

工址設計水平加速度反應譜係數 工址短週期設計水平譜加速度係數 工址一秒週期設計水平譜加速度係數 工址設計水平加速度反應譜短週期與中長週期之分界 耐設規範 節2.6式2.8 基本振動週期 工址設計水平加速度反應譜係數 耐設規範 節2.6表2.6(a)

全部靜載重 頂層單位樓地板面積之重量 其他地上樓層單位樓地板面積之重量 樓層之樓地板面積 全部靜載重

結構耐震需求 工址設計水平加速度係數 用途係數：一般校舍用途 全部靜載重 耐震需求

桃園縣楊梅鎮 瑞埔國小校舍 正側面 後側面

平面圖 This is the typical layout of the elementary and high school buildings. (And we may find something special.)--click The classrooms are all connected in a row, and they are separated by the partition walls. There are a lot of windows and doors along the corridor, and there are usually no columns in the corridor. But, --click 47

立面圖 This is the typical layout of the elementary and high school buildings. (And we may find something special.)--click The classrooms are all connected in a row, and they are separated by the partition walls. There are a lot of windows and doors along the corridor, and there are usually no columns in the corridor. But, --click 48

靜態單向推垮試驗 49

空構架試體 50

基本振動週期 基面至屋頂面高度 基本振動週期 耐設規範 節2.6式2.10

工址短週期設計水平譜加速度係數 校舍座落於桃園縣楊梅鎮， 震區短週期設計水平譜加速度係數 第二類地盤， 反應譜等加速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.3表2.1 第二類地盤， 反應譜等加速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.4表2.2(a) 工址短週期設計水平譜加速度係數 耐設規範 節2.4式2.4

工址一秒週期設計水平譜加速度係數 校舍座落於桃園縣楊梅鎮， 震區一秒週期設計水平譜加速度係數 反應譜等速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.3表2.1 反應譜等速度段之工址放大係數 耐設規範 節2.4表2.2(b) 工址一秒週期設計水平譜加速度係數 耐設規範 節2.4式2.4

工址設計水平加速度反應譜係數 工址短週期設計水平譜加速度係數 工址一秒週期設計水平譜加速度係數 工址設計水平加速度反應譜短週期與中長週期之分界 耐設規範 節2.6式2.8 基本振動週期 工址設計水平加速度反應譜係數 耐設規範 節2.6表2.6(a)

全部靜載重 頂層單位樓地板面積之重量 其他地上樓層單位樓地板面積之重量 樓層之樓地板面積 全部靜載重

結構耐震需求 工址設計水平加速度係數 用途係數：一般校舍用途 全部靜載重 耐震需求

作業二 2011.03.21 關廟國小校舍座落台南縣關廟鄉， 假設為第二類地盤。 一般校舍 二層樓高 二樓高程 3.5m，頂樓高程 7.3m。

作業二 一、二樓平面圖

作業二 立面圖

作業二 柱尺寸表

作業 2.1 2011.03.21 沿走廊方向， 求結構之用途係數 (b) 校舍之全部靜載重 W (c) 求並繪工址之設計反應譜 SaD (d) 求結構基本振動週期 T (e) 結構之設計反應譜 SaD (f) 結構之耐震需求

作業 2.2 2011.03.21 垂直走廊方向， 求結構之用途係數 (b) 校舍之全部靜載重 W (c) 求並繪工址之設計反應譜 SaD (d) 求結構基本振動週期 T (e) 結構之設計反應譜 SaD (f) 結構之耐震需求

作業 作業檔為 .doc 或 .pdf 電子檔於 0320 (日) 前寄出 紙本於 0321 (一) 繳交

簡報 簡報檔為 .doc、 .pdf 或 .ppt 請於 0313 (日) 前寄出

學期報告 校舍結構耐震能力之簡易調查 鍾立來、簡文郁、葉勇凱、黃世建、佘健維 (2005)，「國民中小學典型校舍耐震能力之簡易調查」，國家地震工程研究中心，研究報告NCREE-05-007。

參考文獻 許丁友、鍾立來、廖文義、邱建國、簡文郁、周德光 (2003)，「國民中小學典型校舍耐震能力初步評估法」，國家地震工程研究中心，研究報告NCREE-03-049 。 蘇耕立 (2008)，「台灣中小學校舍結構耐震能力初步評估方法之探討」，國立台灣大學土木工程學系碩士論文，黃世建指導。 營建署 (2004)，「建築物耐震設計規範及解說」。

成績 作業 15% 簡報 5% 期中考 35% 期末考 35% 學期報告 10%