耐震評估探討 : 您的房子夠安全嗎?

甚麼是耐震評估?

「耐震評估」主要是針對既有已存在的建築物(不論老舊建築物與否)的一套分析模式，主要是採用性能設計為觀點進行建築物的安全評估，所謂性能設計，是指建築物設計必須滿足特定條件下具有特定的性能表現，以結構耐震性能設計為例，特定條件指的是建築物的安全性、設計使用年限及地震等級等來描述建築物使用狀況的項目；而性能表現或等級(Performance level)則是指安全性、使用性及可修復性等建築物於地震後的功能維持程度，也就是說，耐震設計基本準則中的小震不壞、中震可修、大震不倒之小震、中震及大震即為特定條件，而不損壞、可修繕及不倒塌則是滿足此條件下可接受的性能表現。

為了了解住宅的安全性，耐震評估通常分為兩個主要階段：「初步評估」與「詳細評估」。

初步評估

初步評估建築物的耐震性能可分為定性指標與定量指標兩部分，並透過危險度評分（R 值）來研判房屋耐震性能的危險程度。以下為兩種評估方式的詳細說明：

1. 定性指標（總分 40 分）

定性指標透過多項目觀察與評估，判斷建築物的耐震性能，考量因素包括：

興建年代：早期建築法規與耐震標準較低的建築物，可能存在較高風險。
結構平面對稱性：平面不對稱的結構，可能導致地震中產生不均勻變形。
立面對稱性：立面不均勻分布的質量與剛度，會影響建築物的穩定性。
結構系統類型：單跨、雙跨或多跨結構對耐震能力的影響不同。
現況損害程度：包括梁、柱及牆等結構的損害程度，以及滲水裂縫等使用性劣化情況。

定性評估由技師根據現況勘查進行主觀判斷，易受評估者個人經驗的影響，因此需要搭配定量指標進行輔助。

2. 定量指標（總分 60 分）

定量指標則基於科學理論，透過量化數據更精確地評估建築物的耐震能力，主要考量：

一樓豎向構材（如柱、牆、斜撐等構件）的耐震能力。
根據理論計算構件的極限剪力強度，推估建築物的整體耐震性能。

根據計算結果進行評分，提供客觀依據以補充定性指標的不足。

3. 危險度評分（R值）

將定性與定量指標結合後，可得出建築物的危險分數（R 值）。分數越高，表示建築物的耐震能力越差，結構越不安全，需進一步進行耐震補強。評分後標準如下 :

R ≦ 30 : 表示耐震能力「尚無疑慮」，無須進行結構補強。
30 < R ≦ 45 : 表示耐震能力「稍有疑慮」，宜進一步作「耐震詳評」，確定耐震能力。
45 < R ≦ 60 : 表示耐震能力「有疑慮」，優先進行「耐震詳評」，確定耐震能力。
R > 60 : 表示耐震能力「確有疑慮」，應逕自進行補強或拆除。

另外，依據「危老條例(都市危險及老舊建築物加速重建條例)」之規定，政府給予容積獎勵的額度將依據「初步評估」的結果而定。(詳《一次搞懂危老重建》一文)

R > 45 : 屬於危險建物，給予8%的重建容積獎勵。

30 < R ≦ 45 : 若經「耐震詳評」結果為建議拆除重建，或補強所需經費超過建築物重建成本的二分之一，則屬於「改善不具效益」的建築，給予6%的重建容積獎勵。但如申請標的物建築屋齡已超過30年且無電梯，則可不需要進行「耐震詳評」，即可取得6%的重建容積獎勵。

初步評估後，若評估結果顯示建築耐震能力有疑慮，則需進一步進行更精確的詳細評估，以作為後續建築物的補強依據。

詳細評估

套用《尋找安全的家》一書蔡榮根博士的比喻，「初步評估」就像醫師為我們進行的身高、體重、血壓、抽血驗尿等健康指標檢查。結構技師依據這些初步檢驗結果，可大致了解房屋結構本體的安全狀況。如果初步評估顯示異常，技師則會建議進行更為細緻的檢查，也就是詳細評估，以更明確掌握建築物在大地震作用下的安全性與耐震能力。

這樣的比喻讓社會大眾更易理解耐震評估的過程與重要性，而在專業領域中，「詳細評估」則是進行結構性能設計的有效工具，其目的在於：

明確了解建築物在不同等級地震下的性能表現。
找出結構中最易受破壞的部位，提供精確的補強方向。

詳細評估的實務細節

詳細評估需由專業工程技師執行，透過多層次的檢查與測試，深入了解建築物的現況。具體執行內容包括：

1. 現況勘查及損害紀錄

現況勘查及損害紀錄是建築物詳細評估的重要步驟，旨在深入了解建築結構的真實狀況，為後續的耐震性能分析與補強設計提供依據。現況勘查的目的是確認建築物的實際條件是否與原始設計圖說一致，並記錄任何改變或異常現象，包含建築結構是否完整；材料結構的現況尺寸是否與設計圖相符；紀錄建築物的用途及載重是否與原設計相符。

而損害紀錄則旨在記錄建築結構中已存在的缺陷與損壞情況，包括混凝土構件的剝落或裂縫、鋼筋是否外露或腐蝕、牆面或樓板是否有白華滲水現象以及其他可能影響結構安全的問題

2. 材料試驗

具體執行包含混凝土鑽心試驗、鋼筋掃描、氯離子檢測、中性化檢測，用以確保結構物的材料品質劣化情形，並可依據試驗結果予以調整結構分析，力求分析結果與現況相符。

3. 結構建模及載重分析

結構建模與載重分析是耐震評估中至關重要的工作項目，目的是透過精確的模擬與計算，了解建築結構在地震作用下的性能，為後續的分析與補強設計提供科學依據。

A. 建立結構3D模型 : 根據現況勘查與材料試驗結果，構建建築物的3D結構模型。模型的建立過程中，需考量以下因素：

建築物現有的結構尺寸與材料特性，例如柱、梁、牆及樓板的尺寸與強度。
是否存在增建夾層、牆面移除或其他結構改動，並據此修正模型參數。
材料試驗結果，如混凝土與鋼筋的強度與性能，確保模型準確反映結構本體的真實狀態。

B. 載重計算 : 在建構3D模型後，進一步進行建築物的載重計算，主要包括：

靜載重：建築物自身的重量，包括梁、柱、牆、樓板以及裝修材料等。
活載重：日常使用中可能出現的可變載重，例如：人員行走與活動重量、活動家具與隔間牆的重量、可能存在的管線或設備載重。

C. 分析目的 : 透過建模與載重分析，計算建築物的柱構件承載重量，並求出以下關鍵參數：

結構基本震動週期：建築物在地震作用下的自然振動頻率。
模態分析：結構在不同模態下的振動特性，提供建築動態行為的詳細描述。
確定柱構件的非線性塑性鉸分佈位置與行為。
計算側推力分布，以模擬地震力對建築的影響。

4. 非線性側推分析

非線性側推分析目的在於模擬建築物在地震側向力作用下的反應，並求出結構物的非線性容量曲線。

A. 分析原理 : 非線性側推分析的核心是在建築物模型上施加不斷疊加的地震側向力，並記錄建築物的屋頂位移與基底剪力的對應關係，繪製出反映結構性能的容量曲線。

這一過程不僅評估了結構的強度，還能描述結構的韌性，即構件在超過彈性範圍後所能承受的變形能力。特別是梁、柱及牆等建築構件的設計，除了強度外，更需考慮其非線性變形能力（即結構韌性），以提升整體耐震性能。

B. 非線性塑絞的設定 : 為了精確模擬構件的非線性行為，需要為梁、柱及牆設置非線性塑性鉸。塑性鉸的特性通常以構件的彎矩-轉角或剪力-轉角曲線表示，反映出構件從彈性階段到塑性變形階段的性能。

目前國內常用的非線性塑絞參數的計算主要可分為內政部建築研究所開發之SERCB系統以及國家地震研究中心開發之TEASPA系統，此兩套系統都各有其理論及實驗依據，也都被內政部國土管理署納入為進行公私有建築耐震能力評估所可使用的方法。

C. 分析結果與性能點確認 : 通過施加非線性塑性鉸後，進行側推分析可得到如下圖所示的非線性容量曲線。其中B點可稱之為性能點，主要為容量曲線之最大基底剪力與屋頂位移所得交點，但亦須檢討結構垂直構件不能發揮承載破壞(TEASPA規定)，與此同時建築物的層間位移角亦有規定的上限，如超出則需要重新定義B點位置。

5. 性能目標確認及耐震能力計算

在完成非線性側推分析並求得非線性容量曲線後，為符合耐震設計中對反應譜設計的要求，需將容量曲線依據結構動力學理論轉換為單自由度的容量震譜。經轉換後，即可進一步計算建築物的耐震能力。主要有以下兩種常用方法：

A. Fu-R-T法 (SERCB) : 此方法透過對非線性容量曲線進行雙線性化，得到其關鍵參數：韌性容量(R)、強度折減係數(Fu)、等值週期(T)，根據上述參數，結合建築物耐震設計規範，可計算建築物在該性能狀態下的等值地表加速度（EPA，或稱 AT），即其耐震能力的量化指標。

B. 等值遲滯阻尼法 (SERCB及TEASPA) : 此方法根據非線性容量曲線中求得的性能點，計算等值週期及等值遲滯阻尼比，進一步計算建築物的等值地表加速度（EPA，或稱 AT），從而評估結構的耐震能力。

無論是 Fu-R-T法 還是 等值遲滯阻尼法，兩者的目標都是將建築物的非線性性能量化，並轉換為可供比較的地震加速度指標（EPA）。這些計算方法為工程師提供了準確評估建築物耐震能力的工具，並為後續的耐震設計與補強方案提供依據。

為何要發展耐震評估 ?

談到這點之前，我們應先對台灣境內針對建築物結構耐震設計的發展歷程有所了解，由內政部營建署頒佈的《建築技術規則》一向為國內建築物結構設計的依據。我國建築技術規則於民國34年2月26日頒佈實施，並於民國63年2月15日經由內政部大幅度修正後，正式納入有關地震力的條文，這時候台灣的建築結構設計才開始有了耐震設計的觀念。之後，於民國71年6月15日大幅修改地震力計算，並於78年5月5日局部修改台北盆地的地震力計算。民國86年5月起，為推行「規範」與「規則」分立，內政部首度頒布《建築物耐震設計規範》，此時才有耐震設計規範條文出現。

透過以上歷程可見，台灣的建築耐震設計經歷了從無到有、從簡到精的發展過程，不僅奠定了現行耐震設計的規範基礎，更為建築結構安全提供了重要保障。下方流程圖將此發展歷程以簡明方式呈現。