Page 66 - 捷運技術 第33期

60 許書銘 黃怡超 捷運工程地下結構版牆系統之耐震設計-以信義線及既有設計例研析

一、前言

地下結構物受制於四周土壤，受力行為與地面結構物並不相同。當地下結構物承受地震
時，結構體受制於四周土壤不容易由本身的質量產生動力，另一方面地下結構之版牆系統不
容易產生不穩定狀態而導致崩塌，在國內外歷次強震考驗下，地下結構物僅幾個個案受損，
其他皆未受損，因此目前之設計仍趨於保守。即便如此，由於捷運工程地下結構物（明挖覆
蓋隧道和潛盾隧道）在強震下的行為，尚未收集實測紀錄來驗證實際與分析之差異，因此對
於結構設計之考量，仍採用傳統較保守的方法。地下結構物關於地震力的分析，包括強制變
位法（Racking）、反應譜分析、歷時分析等方法，一般工程設計常採用強制變位法，其基本
觀念為：地震對結構體之剪變形效應，將使結構體發生符合土壤與結構互制之變形。

二、建築物之耐震設計

（一）建築物之設計地震力
台灣建築物的結構設計，主要根據內政部營建署頒佈之「建築物耐震設計規範」[1]，耐
震設計之基本原則，係使建築物在中小度地震時保持在彈性限度內，設計地震時容許產生塑
性變形，但韌性需求不得超過容許韌性容量，最大考量地震時則使用之韌性可以達規定之韌
性容量。其中，中小度地震為：回歸期約為 30 年之地震，其 50 年超越機率約為 80%；設計
地震為：回歸期為 475 年之地震，其 50 年超越機率約為 10%；最大考量地震為：回歸期為
2500 年之地震，其 50 年超越機率約為 2%。

「建築物耐震設計規範」中使用公式 V = S aD I W ，做為建築物靜力分析時所施加的設
4 . 1 α F
y u
計水平地震力，式中 S aD 為工址設計水平譜加速度係數，代表工址水平加速度係數與工址正
規化水平加速度反應譜係數之乘積。由於建築物具有韌性，若將建築物設計成大地震時仍保
持彈性，殊不經濟。因此大地震時容許建築物進入非彈性變形，可將彈性設計地震力予以降
低，而其降低幅度端視韌性好壞而定，式中 4 . 1 α y F u 即代表設計地震力之折減係數。

如圖 1 所示，建築物承受側力與其所產生的側位移，在外力不大時係線性，其後會變為
非線性，最後建築物在承受的側力 P ，側位移達 ∆ 時，因韌性被用盡而崩塌。此非線性的關
u
u
係可以彈塑性關係來理想化，亦即彈性一直維持到 P ，其後變為完全塑性，韌性容量為
u
∆ ∆
u y 。一般建築物的設計，不論採用工作應力法或極限設計法，在設計水平地震力 P 作用
d
下，結構尚未開始降。當地震力增加一個倍數 α y ，達後，第一個構材斷面才開始降伏，即
α = P P
y y d 。由於建築物的靜不定度較高，在設計得頗均勻，各斷面降伏時機接近下，取保
守的估計，外力須調升至 4.1 P d 後，結構才達能承受的最大側力。建築物的韌性容量 R 與建築

物的週期及所適用的反應譜有關，一般而言，週期短的建築物耐震能力不像長週期的建築物
那麼有效。

（二）耐震設計細部考量

「建築物耐震設計規範」在訂定設計地震力時，已考慮建築物之韌性容量而將設計地震

力折減，因此建築物應依「混凝土工程設計規範(土木 401-93)」[2]之韌性設計要求設計之。
為確保結構系統具有強柱弱梁的破壞機制及良好的韌性，對於構架內之梁、柱、梁柱接頭，
包括混凝土和鋼筋的強度，縱向鋼筋和橫向鋼筋的配置，剪力強度的要求均有限制。