目的

鑒於臺灣921地震及近期的2016年美濃地震等相關之勘災記錄與調查結果等顯示:中高樓層建築物常存有力傳遞路徑不良、贅餘度不足、底層軟弱及非韌性配筋等問題。以美濃地震之建築物震害調查結果為例,在該地震中產生嚴重破壞甚至倒塌的中高樓層建物,常因其底樓為騎樓或挑高,且牆壁量較其上部樓層少,致其勁度或強度相對於其上一樓層較小,強烈地震時使底層產生大變形而破壞。另外,不少一樓挑高為開放空間之大樓倒塌或嚴重損壞,係因軟弱底層有長、短柱共存,而造成電梯間或樓梯間周圍短柱先行碎裂剝落;同時配筋細節可能不良(箍筋可能較疏鬆、彎勾可能未插入混凝土核心等因素),以致構件韌性不足。

其次,在921地震中發現因斷層錯動產生低頻高速的地震特性,導致斷層近域的建物產生甚大位移反應而產生嚴重破壞,是故近斷層效應對中高樓層建築物之影響應再詳加研討。然而針對既有RC建物中常見的非韌性配筋柱構件,如何使用適切的分析元素(例如纖維元素、剪切彈簧與拉壓彈簧之組合等)與模型以適切模擬其勁度、強度、破壞模式及非線性行為設定方式等,需詳加研討以促進程,以促進既有RC建物耐震評估程序及補強工法的研發與精進。


國家地震工程研究中心台南實驗室於在2017年8月正式開始營運,其中的振動台設備可適切模擬近斷層地震之特性。鑒於國震中心未來將針對中高樓層建物之耐震行為,推動相關的研究計畫,並操演展示新建的台南實驗室之試驗技術與設備效能是否完備,故在正式進行中高樓層建物振動台試驗前,預先規劃一座一樓挑高且具非韌性配筋柱構件之三層樓RC試體構架,進行一系列的振動台試驗及構件實驗,邀請國內結構設計單位及專家學者共同針對此一RC試體構架進行分析模擬,並就既有RC建物及非韌性配筋柱構件行為進行相關的結構分析模擬技術研討交流,期望能提供研討成果及技術報告給工程界參考。

執行方式

國震中心設計如圖所示1/2縮尺三層樓RC構架試體一座,其中所有的柱構件設計乃參考台灣既有RC建物中常見的非韌性配筋細節,一樓挑高且在前後外側柱尺寸不一,頂樓之結構短向外側皆有剪力牆以呈現底層軟弱特性。該構架試體建造施工過程中,相關的量測佈設方式、材料試驗結果及構件試驗結果會公開於論壇網頁提供下載。


在此將三層樓RC試體構架之分析模擬過程分為Pre-test analysis與Post-test analysis兩個階段,其中Pre-test analysis階段為振動台試驗前參與單位利用論壇網頁所提供之試體構架圖說、量測佈設方式、材料試驗結果及構件試驗結果及地震加速度歷時等資訊,建置分析模型以預測振動台試驗反應;而Post-test analysis階段則為振動台試驗後參與單位利用論壇網頁所提供之振動台試驗量測所得之加速度歷時及系統識別結果等資訊修正分析模型後再分析構架試體受震反應。所有參與單位須分別完成Pre-test analysis與Post-test analysis兩個階段分析模擬,並依照主辦單位所公告之Pre-test analysis與Post-test analysis兩階段分析模擬結果的繳交方式與項目,將分析模擬的方法與結果送交主辦單位彙整,然後由主辦單位召開分析模擬技術交流論壇。

試體規劃與資訊

此次三層樓RC構架振動台試驗分成彈性、初始非線性及明顯非線性三個階段,各階段輸入預設之不同強度的地震加速度歷時(近斷層與遠域地震各一組),振動台試驗將隨著地震強度增加而連續進行。各階段的地震強度不會固定;隨後試驗的地震水平將根據先前試驗中觀察所得的實際變形和損傷來決定。

此次三層樓RC構架振動台試驗及試體資訊會公開於網頁並提供下載,預定公開提供資訊及文件如下:

  1. 試體構架圖說
  2. 載重資訊(包含各部份的重量)
  3. 由主辦單位完成的初步分析結果(例如振態分析及側推分析結果等)、試體構架特性識別資訊(例如基本週期、阻尼比等)及預定輸入的地震加速度歷時及其反應譜
  4. 構件試驗結果
  5. 材料試驗結果
  6. 量測佈設方式及量測方法
  7. 振動台試驗量測所得之加速度歷時及其反應譜
  8. 構架試體施工過程照片及影音記錄