1110827-結構耐震設計：鋼結構阻尼比之設定-鍾立來

結構耐震設計：鋼結構阻尼比之設定
鍾立來、楊智斌、涂耀賢、邱聰智、林敏郎、王丁進
國家地震工程研究中心
國立臺灣大學 土木工程學系
翔威工程顧問有限公司
宏國德霖科技大學 土木工程系
國立臺灣科技大學 營建工程系
禾華營造股份有限公司
設計反應譜原為結構基本振動週期及阻尼比之函數，其圖形要以三維之曲面表示之，難以呈現。一般建築結構未額外加裝阻尼器，大多為輕度阻尼，阻尼比在0.05以內。建築結構以鋼筋混凝土構造佔最大宗，在地震之作用下，因混凝土無法承受拉力，當鋼筋混凝土構件受撓曲行為時，會讓構件兩側交互形成拉力側及壓力側，在構件尚未降伏前，受拉力側之開裂，裂縫就會產生，進而消散地震輸入之能量，鋼筋混凝土結構之阻尼比遂設定為0.05，且適用於三地震等級(中小度、設計基準及最大考量)。
設計反應譜以阻尼比0.05為基準，阻尼比固定後，反應譜即縮減為結構基本振動週期 之函數，可以二維曲線表示之，易於呈現。若結構之阻尼比異於0.05，「建築物耐震設計規範」，提供阻尼比修正係數，修正工址短週期譜加速度及工址一秒週期(代表中長週期)譜加速度。當阻尼比等於0.05，無須修正。當阻尼比小於0.05 ，係數小於1，修正係數為分母，放大譜加速度。當阻尼比大於0.05，係數大於1，縮小譜加速度。
鋼結構於降伏前，不會開裂，阻尼比應低於鋼筋混凝土結構。可是，當結構降伏後，鋼結構在地震往復運動下，遲滯迴圈較鋼筋混凝土結構飽滿，消散能量較多，其阻尼比應不低於鋼筋混凝土結構。本文旨在探討鋼結構在三地震等級之阻尼比的設定，供工程界參考。
相較於鋼筋混凝土結構，於結構降伏前，鋼結構不會開裂，消能較少，阻尼比較低；於結構降伏後，鋼結構之遲滯迴圈較飽滿，消能較多，阻尼比較高。因此，鋼結構在設計譜加速度之計算上，中小度地震(31年)之阻尼比0.02，設計基準(475年)及最大考量(2475年)地震0.05。層間位移角檢核之地震力不大，結構仍未降伏，阻尼比取0.02。
在本文範例設計地震力之計算程序中，具特殊抗彎矩構架之鋼骨結構，有良好的韌性容量 ，地震力折減多，最大考量地震遂不控制。中小度地震不須考慮近斷層效應，譜加速度不必放大，故中小度地震亦不控制。因此，由設計基準地震控制，得設計地震力。層間位移角檢核之地震力，高於設計地震力，其原因是，雖然不必考慮用途係數之放大，但是，在規範尚未修訂前，仍須納入考慮近斷層效應。