「2023建築結構耐震評估與補強技術研討會」於2023年8月31日(四) — 9月1日(五)於國家地震工程研究中心(國震中心)順利舉行。國震中心為此活動之主辦單位，中華民國地震工程學會與中華民國結構工程學會為協辦單位。此外，此研討會係為中華民國內政部營建署代辦「建築物耐震能力詳細評估工作」共同供應契約投標廠商甄選須知之講習會，營建署為指導單位。本次研討會總共邀請了20位講者對於建築物耐震能力評估(包含靜力、動力分析技術與地震歷時選取方法等)與補強技術議題，提供最新的研究趨勢與成果，活動參與人數約100人。國震中心與協辦單位藉由本次研討會打造產、學、研之交流平台，讓來自各地的專家學者進行意見交換，使我國建築物抗震技術的研發課題，皆能聚焦及落實在工程實務上。為了有效推廣本次研討會受邀講者所發表的相關技術與新知，國震中心主辦單位特別將20位講者的簡報資料彙編成此報告。

國家地震工程研究中心既有之六層辦公大樓，自2019年底展開增擴建工程，預定於2020年十一月完工。本文主要探討二樓至七樓服務核樓板及鋼梁與既有 RC 結構接合處的設計與施工，為避免化學錨栓破壞 RC 梁柱交會區內部鋼筋，在接合處之鋼梁端下方新增一直托架與 RC 柱面上的 Ｔ型鋼件連接作為原接合設計。接合雖足以傳遞垂向剪力，設計地震作用所產生之梁軸力及層間位移作用下，梁軸力與接頭偏心造成額外彎矩，恐會對接合處錨栓造成過大拉力導致破壞。因此為進行一系列分析，採用13層 RC 與鋼構混合結構模型進行非線性動力歷時分析，採雙質心雙剛性樓板的 PISA3D 模型，得到二至七樓服務核與既有 RC 結構交界處之單一梁端最大軸力以及最大層間位移角，分別為165噸以及 1% 弧度。以上述力量和變形為設計需求，不考慮樓板協助抵抗此合力下，進行八組含原接合形式及七組補強方案 Abaqus 有限元素模型分析。接頭錨栓採只受拉之線性彈簧，另以只受壓線性彈簧為接頭端鋼板抵靠於 RC 面之邊界條件。以同步方式在梁端反曲點 3800mm 處施加軸拉 1.5mm 與面內向上 40mm 之位移控制組合，模擬設計地震下之設計需求。分析結果顯示原接合之直托架腹板產生明顯剪力降伏；此外多顆錨栓最大受力已超過 24mm HILTI 錨栓之極限強度20噸；並觀察到錨栓受力不均情形。在補強設計方案中以有或無斜托架與封板多種組合，比較結果後可知新增斜托架使鋼梁勁度提高，間接使錨栓總拉力以及梁端反曲點水平總力提高約20%；新增封板能使錨栓最大受力降低 30% 以上，且封板傳力使錨栓受力分佈均勻的效果顯著。本文藉由梁接頭與應力分析結果，在封板角落切除200×200mm應力很低之三角形區塊。本研究建議以雙腹側角鋼加勁及直托架封板切角式為最佳方案，除能夠符合設計需求外，可使梁發展出韌性較好之撓曲塑鉸，並提供未來檢視的開孔。PISA3D模型在新舊交界處之6DOF節點勁度設定為100tf/mm，經上述有限元素模型驗證後屬合理；交界處梁端強軸旋轉邊界條件應更改為固接。

「臺灣結構耐震評估與補強技術手冊(TEASPA V4.0)」(下簡稱本手冊)是以側推分析為基礎之非線性靜力分析方法，應用容量震譜法，求取結構物之耐震性能；延續TEASPA 3.1版，配合ETABS及SAP2000等結構分析軟體之功能，將柱構件兩端改設置為P-M非線性鉸，透過柱斷面軸力與彎矩互制關係，計算隨軸力變化柱構件之非線性鉸參數，能反映出地震下柱軸力之實際行為；針對構件耐震行為之背骨模型，本手冊更新鋼筋混凝土柱、短柱、短梁、無開口RC牆、開口RC牆、及開口磚牆等構件之非線性鉸參數。為方便工程師操作本手冊的非線性鉸參數計算，國震中心與中興社合作開發一套輔助程式之線上服務網頁，輔助工程師進行模型構件非線性鉸設定、結構系統之耐震性能計算；本線上服務網頁可提供工程師依個案條件，擇需要檢核的桿件，輸出選定構件之非線性鉸參數計算書，以便進行檢核。 在耐震補強技術方面，參考地震勘災經驗，山上區公有市場軟弱底層結構，於2016年美濃地震後底層完全倒塌；而南化區公有市場因於震前有設置臨時支撐，在2016年美濃地震後未倒塌，顯見這些臨時支撐具有抗倒塌效果。可見若能於底層增加補強構件，雖僅為階段性補強，但至少能達到防止倒塌的目標。因此本手冊除了更新詳細評估技術外，也新增數個補強工法，可供各類型建築進行完整補強之選項。然而，若建築物因工程技術以外之因素，無法執行完整補強，本手冊也依據建築物耐震設計規範第八章，提供耐震階段性補強工法之設計程序與技術，並分別以案例操作說明完整補強或階段性補強，提供予工程師進行補強設計之參考。 本手冊延續TEASPA 3.1版，適用範圍不再受六層以下建物之限制，可適用一般鋼筋混凝土造或加強磚造之平面規則建築物，惟使用者與工程師應負其專業責任。對於平面不規則之鋼筋混凝土造或加強磚造建築物，採本手冊介紹之方法配合高模態及扭矩之考慮，可提供具參考價值之分析結果。

國家地震工程研究中心針對槽接式挫屈束制支撐構件及其與構架結構的接合細節，已完成試驗驗證並提出完整的設計流程與檢核方法[1, 2]。以結構設計人員為服務對象，提供雲端運算設計軟體服務Brace on Demand (BOD)，使用者可透過網址http://BOD.ncree.org.tw取得專屬BOD客戶端瀏覽器，執行雲端設計運算並快速取得設計結果。BOD系統根據使用者所提供的構架幾何條件、BRB構件降伏強度與等效勁度等設計需求，進行BRB構件及與隅板接合之完全自動化調整、設計與檢核等運算工作，並動態產生該專案之結構計算書與試算表。本文介紹BOD系統之運算流程，主要依據美國鋼結構設計[3]及鋼結構耐震設計規範極限設計法設計[4]，包含槽接式挫屈束制支撐、端部接合及隅板之詳細設計流程與檢核項目。

本研究探討在雙向平面不對稱建築受到雙向地震作用下的四個旋轉效應趨勢的原因。研究結果顯示振態平移與振態旋轉之間呈現非比例變形的現象以及振態偏心皆是了解這些旋轉效應趨勢的關鍵點。這些關鍵點是得自於採用三自由度振態系統來代表一個雙向平面不對稱建築的單一一個振態時所自動顯現出來的特性。並且，本研究提出一種可以有效地應用於平面不對稱建築的非線性歷時分析的「同形振盪器」。每一個同形振盪器是由一個剛性質量塊連接兩組彈簧阻尼盒裝置所構成，並且一個同形振盪器恰好可以代表原單向平面不對稱建築的一對振態。與一般僅能夠代表單一一個振態的單自由度振盪器相比較， 同形振盪器兼具有平移與旋轉的運動模式，更符合平面不對稱建築的受震行為。以少數幾個主要的同形振盪器取代多層樓單向平面不對稱建築的有限元素模型進行非線性歷時分析，可以顯著地增進分析的效率。

為使土木、建築與結構等專業人員熟習並正確使用耐震詳細評估方法之操作程序，與推廣「校舍結構耐震評估與補強技術手冊第二版」（NCREE 09-023）建議之容量震譜法，故舉辦本場講習會。除將整套詳細評估方法做一詳盡之解說，亦進行分析技巧與案例探討之分享，期能與相關從業人員進行技術交流，共同促進校舍結構耐震能力提昇之工作。 本場講習會內容包括使用PISA3D、ETABS及MIDAS等軟體進行非線性側推分析之介紹，讓評估人員可充分了解前述結構分析軟體進行耐震詳細評估之完整流程，並熟習相關非線性鉸性質之設定與檢核方式。講習會中亦將進行分析技巧與案例探討之經驗分享，與講述校舍性能目標地表加速度之判定法則，期望評估人員能夠正確判斷分析結果之合理性，共同為改善校舍耐震能力貢獻一份心力。

本報告說明目前本中心開發的結構非線性分析平台PISA3D (Platform of Inelastic Structural Analysis for 3D systems)，VISA3D (Visualization for Inelastic Structural Analysis for 3D systems)與GISA3D (Graphical Interface of Inelastic Structural Analysis for 3D)的軟體架構、軟體主要功能與實際應用案例。PISA3D是一個以有限元素法為基礎的非線性結構動力分析引擎，其輸入與輸出的界面以文字檔為主。VISA3D為PISA3D提供一個結構分析後處理的圖形界面。藉由VISA3D的開發經驗，本中心開發GISA3D環境作為功能更完整的PISA3D前、後處理的圖形環境。 本報告並介紹本中心提出的下一代結構分析軟體PISA3D的軟體架構，以提升未來PISA3D軟體的計算速度性能與其軟體的維護性。本報告呈現PISA3D新架構之物件導向分析與設計階段的成果。

本文簡介本中心開發的網路實驗平台ISEE之擴充，與其應用於我國與加拿大網路合作式橋樑實驗。本實驗利用網路擬動態實驗技術，模擬一座中空鋼管混凝土橋樑系統承受不同地震力的動態反應。橋樑系統的其中三個縮尺橋柱試體分別置於本中心、國立臺灣大學、加拿大Carleton大學實驗室，而其餘結構體與整體動態反應則由修改過的OpenSees或PISA3D擬動態數值分析引擎即時地計算。本實驗利用ISEE平台，整合三地的實驗軟硬設備，並即時播放實驗畫面、橋樑動態反應與數值/實驗數據比較。本實驗一方面完成全世界最大的中空鋼管混凝土橋柱實驗，並藉由此合作實驗之事前準備工作，進一步強化與加拿大Carleton大學的合作實驗能力，驗證ISEE平台的跨國合作實驗能力。本報告僅介紹與本實驗相關的網路平台架構與軟體與性能測試，對於本實驗之中空鋼管混凝土橋柱實驗結果與數值模擬，請參考Lin 等人(2007)與Tsai等人(2006)等文章。

二十世紀末的資訊產業革命，軟體與硬體技術一日千里的快速成長，於是乎誕生新一代互動式的「使用者圖形介面(Graphical User Interface，簡稱GUI)」，並宣告視窗化的時代全面到來，因此結構分析程式理當跟隨潮流，進行使用者圖形介面系統的整合工作。最早期的結構分析程式使用者介面多採「文字方式」作為人機溝通的基礎，不但建構模型時需要恪守指令的輸入規則，且於電腦分析計算後須自行處理龐大的輸出數據，有鑑於此商業軟體ABAQUS、ANASYS、SAP與ETABS系列提供了完善的使用者圖形介面(GUI)，因此於工程實務上的應用推廣獲得熱烈的迴響。 相較於商業機構對於結構分析軟體整合GUI的種種積極作為，學術界對於GUI開發技術的研究價值有所保留，觀望的態度讓學術用之結構分析軟體(例如DRAIN2D)在使用者介面的功能上捉襟見肘，且商業軟體不公開既有的GUI 實作技術，又GUI對於結構分析程式使用性的強化效果不容忽視，因此GUI的系統架構成為重要的研究課題。於是筆者針對具有彈性與擴充性之GUI系統之實作進行研究，並透過Pattern-Oriented的設計思維與實作方式讓該系統實現真正的物件導向，文中詳細描述Design Patterns的應用方式與施行成效，筆者並採用非線性結構分析程式PISA3D作為分析引擎，以文中所論述的設計方式實作出一支援PISA3D之GUI系統，名為GISA3D (Graphical Interface of Inelastic Structural Analysis for 3D systems)，透過GISA3D程式的實作藉以印證本研究所論述的系統架構設計之方法其可行性。