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參考資料四：日本與台灣超高層RC建築物耐震設計（1／2）；原PDF第169–173頁。
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¶ 超高強度鋼筋混凝土建築結構設計施工審核要項之研擬｜原檔第169頁
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參考資料四 論文 日本和台灣之超高層鋼筋混凝土造建築物的耐震設計 *1 *2 *3 *4 安井 真理子 ・秋田 知芳 ・和泉 信之 ・蔡 江洋 摘要：日本建造了許多高強度 RC 造超高層建築物，而台灣並未建造超高層 RC 造建築物。因此，作為實現台灣 超高層 RC 造建築物的第一步，把握日本和台灣超高層 RC 造建築物之耐震設計及試設計建築物之特性，探討今 後的課題。首先，比較日本和台灣超高層 RC 造建築物之耐震設計法。接著，以根據兩國之耐震設計法所試設計 之超高層 RC 造建築物為對象進行靜力非線性分析及歷時分析，評價耐震性能值。根據比較這些試設計建築物的 耐震性能值，考察日本和台灣之耐震設計法。 關鍵字：超高層建築物，鋼筋混凝土造，耐震設計，靜力非線性分析，歷時分析 1. 前言 ・對於建設地上極稀少發生的地震(等級 2 的地震)，即使 日本由於高強度鋼筋混凝土造的實用化，建造了為數甚 建築物之構材的一部分發生降伏也不會倒壞或崩壞。 多的超高層鋼筋混凝土建築物(New RC 造)。在台灣，台北 (2) 耐震設計的基本想法 等大都市區內之建築物也朝高層化發展，建造了許多超高 為了滿足上述的目標，對應對象之超高層 RC 造建築物 層建築物。但是，超高層建築物之結構以鋼骨造、或鋼骨 的構造特性設定其耐震設計方法。在此，作為耐震結構之 鋼筋混凝土造為主，並未建造超高層鋼筋混凝土造建築 超高層 RC 造建築物的標準設計方法，針對靜態地震力所 物。最近，日本之 New RC 造的普及於台灣似乎也受到注 設計之架構的耐震安全性根據地震反應分析進行綜合的 目，在台灣對於經濟性及品質優良之 New RC 造的超高層 確認方法如(圖-1)所示。 建築物也變成有很大的期待。因此，2007 年日本和台灣的 對於靜態地震力的設計，因應地震力的大小，進行容許 有識者舉辦了有關 New RC 造的第 1 次研討會(新世代超高 應力設計(一次設計)及極限強度設計(二次設計)的2階段設 1) 強度鋼筋混凝土構造工程技術研討會 )。該研討會，於台 計。此時，作為地震力，設定了容許應力設計用和極限強 灣的產官學共同主辦下，2009 年和 2011 年持續的舉辦， 度設計用的 2 等級大小。此外，應力分析為考慮構材之彈 使得台灣對於實現 New RC 造之期待提升的非常高。著者 塑性特性進行非線性分析。 的其中一人，從第 1 次檢討會參與到第 3 次檢討會，就 New 地震反應分析時，對於相關法規所規定之地震及以往設 RC 造之耐震設計法及超高層建築物之實例進行了演講。 計用地震等進行非線性歷時分析，因應 2 階段之地震強度 本研究為，作為對台灣 New RC 造設計法之研究的第一 確認滿足所設定之耐震判定標準(層間位移角、層塑性率、 步，解明日本和台灣超高層鋼筋混凝土造(RC 造)建築物之 構材塑性率等)。 耐震設計的特徵，以考察今後耐震設計的課題為目的。首 2.2 台灣之超高層 RC 造建築物的耐震設計法 先，概略說明日本和台灣超高層 RC 造建築物的耐震設計 (1) 耐震設計的目標 3) 法。接著，以根據兩國的耐震設計法所試設計之超高層 RC 台灣的耐震設計 中，考量 3 等級強度的地震，對於各 造建築物為對象，進行靜力非線性分析及地震歷時分析以 地震強度設定其目標。 評價其耐震性能值。根據比較這些試設計建築物的耐震性 ・對於中小度地震(迴歸期約 30 年)，構材為彈性範圍內。 能值，考察日本和台灣兩國之耐震設計法並探討今後的課 ・對於設計地震(迴歸期約 475 年)，即使構才發生降伏也 題。 應於容許韌性容量內。 2. 日本和台灣之超高層 RC 造建築物的耐震設計法 ・對於最大考量地震(迴歸期約 2500 年)，構材於規定韌性 2.1 日本之超高層 RC 造建築物的耐震設計法 容量內。 (1) 耐震設計的目標 (2) 耐震設計的基本想法 2) 日本之耐震設計中，考量相關法規 所規定之 2 種等級 為了滿足上述的目標，超高層建築物的耐震設計進行歷 強度的地震，並對於各地震之強度設定其目標。 時分析。在此，作為超高層 RC 造建築物的耐震設計案， ・對於建設地上稀少發生的地震(等級 1 的地震)，建築物 使用將靜態地震力所設計之架構安全性根據地震反應分 之柱‧梁等的結構構材不會損傷。 析來進行綜合確認的方法(圖-2)。 *1 千葉大学 大学院工学研究科建築・都市科学専攻博士前期課程 （学生会員） *2 千葉大学 大学院工学研究科建築・都市科学専攻助教 博（工） （正会員） *3 千葉大学 大学院工学研究科建築・都市科学専攻教授 博（工） （正会員） *4 台日国際工程顧問股份有限公司 工修 （非会員） 151
¶ 超高強度鋼筋混凝土建築結構設計施工審核要項之研擬｜原檔第170頁
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構造計画 對於靜態地震力的設計為極限強度設計法。此時地震力 為，採用 3 等級之地震力中，乘上所對應韌性容量的折減 部材断面の仮定 係數後所得的最大地震力，應力分析則進行彈性分析。 （ 一 予備地震応答解析 許 次 地震反應分析為，使用反應譜分析或線性歷時分析，可 容 設 調整法規所規定設計地震力之豎向分布。進行非線性歷時 応 計 設計用地震力の設定 力 分析，檢討建築物整體和各層、各構材之韌性容量，確認 度 応力解析 設 耐震安全性。 計 (3) 地震力的計算方法 ） 断面検討 關於 3 等級地震力(Va, V, Vm)的計算如下述(以台北二區 目標保有水平耐力の設定 為例，1.3<T≦3.25 的情形）。 （ 二 ・中小度地震時 静的弾塑性解析 終 次 局 設 強 計 保有水平耐力降伏部位の確認 ⎛ Sad ⎞ 度 ⎜ ⎟ 設 ⎝ Fu ⎠ (1) 靭性確保の規定 m 計 Va = I× Fu × × W 3.5× αy ） 下部構造の強度の確保 其中，I ：用途係數=1 W：建築物全重量 復元力特性の設定 αy：設計載重‧材料降伏相關係數=Py/Pd =1 動 地震応答解析 的 Sad：反應加速度係數 = 0.78/T 検 T：基本周期（秒） 討 耐震安全性の確認 Fu：地震力折減係數 = 2.9 (Sad/Fu)≦0.3, (Sad/Fu)m =Sad/Fu 圖-1 日本超高層 RC 造耐震設計之標準流程 ・設計地震力時 ⎛ Sad ⎞ 構造計画 ⎜ ⎟ ⎝ Fu ⎠ m (2) V = I× × W 部材断面の仮定 1.4× αy 終 其中，I ：用途係數=1 設計用地震力の設定 局 強 W：建築物全重量 度 応力解析 αy：設計載重‧材料降伏相關係數=Py/Pd =1 設 計 Sad：反應加速度係數 = 0.78/T 断面検討 T：基本周期（秒） 復元力特性の設定 Fu：地震力折減係數 = 2.9 動 (Sad/Fu)≦0.3, (Sad/Fu)m =Sad/Fu 地震応答解析 的 検 ・最大考量地震時 討 耐震安全性の確認 ⎛ Sam ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ Fum ⎠ (3) 圖-2 台灣超高層 RC 造耐震設計案之想法 m Vm = I× × W 1.4× αy 其中，I ：用途係數=1 3. 檢討計畫 W：建築物全重量 3.1 根據試設計建築物之檢討 αy：設計載重‧材料降伏相關係數=Py/Pd =1 根據 2 節所述兩國之耐震設計流程，進行超高層 RC 造 Sad：反應加速度係數 = 1.04/T 建築物之試設計(下稱日本例、台灣例)，根據日本設計時 T：基本周期（秒） 所使用之靜力非線性分析及地震歷時反應分析來評價耐 Fu：地震力折減係數 = 4.8 震性能值。 (Sam/Fum)≦0.3, (Sam/Fum)m =Sam/Fum 3.2 對象建築物 試設計對象為，30 層及 40 層的 RC 造建築物。柱間距及 152
¶ 超高強度鋼筋混凝土建築結構設計施工審核要項之研擬｜原檔第171頁
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樓層高度為相同(圖-3)，架構使其為梁彎曲降伏型整體降伏 機構構材斷面適切的加以設計。但是，建築物的重量為相 表－２ 柱・梁之代表性構材斷面 主な柱 30階建骨組モデル 40階建骨組モデル 同值(表-1，表-2)。水平力分布為，日本例為 Ai 分布，台 階 項目 台湾例 日本例 台湾例 日本例 40 B×D 850×850 850×850 灣例為頂部集中+倒三角形。 主筋 20-D29 20-D29 3.3 耐震性能評價使用的分析方法 帯筋 4-S13＠100 4-S13＠100 30 B×D 800×800 800×800 900×900 900×900 靜力分析為，基於構材非線性特性之載重增分法(側推法) 主筋 16-D32 16-D29 20-D32 20-D32 帯筋 4-S13＠100 4-S13＠100 4-S13＠100 4-S13＠100 的立體架構靜力非線性分析。柱及梁的構材模型為材端彈 20 B×D 850×850 850×850 950×950 950×950 主筋 20-D35 20-D35 20-D35 20-D35 簧模型，對於彎曲的骨骼曲線為考慮撓曲降伏的三線型(圖 帯筋 4-S13＠100 4-S13＠100 4-S13＠100 4-S13＠100 2) 10 B×D 950×950 900×900 1000×1000 1000×1000 -4)。各折點的值根據日本建築結構設計慣用的計算式 來 主筋 20-D38 20-D38 20-D41 20-D38 4) 求得，降伏點勁度降低率根據菅野式 。此外，柱考慮彎 帯筋 5-S13＠100 5-S13＠100 5-S13＠100 5-S13＠100 1 B×D 950×950 1000×1000 1000×1000 1000×1000 曲軸力之相互關係，樓版假定為剛隔板。 主筋 20-D41 20+8-D41 20-D41 20-D41 帯筋 5-S13＠100 5-S13＠100 5-S13＠100 5-S13＠100 歷時反應分析為，根據構材非線性特性之立體架構動力 主な梁 30階建骨組モデル 40階建骨組モデル 非線性分析。構材的骨骼曲線與靜力分析相同，遲滯特性 階 項目 台湾例 日本例 台湾例 日本例 40 B×D 480×800 480×800 使 用 TAKEDA 模 型 。 組 尼 為 瞬 間 勁 度 比 例 型 組 尼 上端筋 3-D29 4-D29 下端筋 3-D29 4-D29 （h1=3%），輸入地震力為，日本的檢討用地震力(表-2)。 肋筋 4-S13@150 4-S13@150 30 B×D 480×800 480×800 550×850 550×850 上端筋 3-D29 4-D29 4+2-D35,D29 4+2-D35 下端筋 3-D29 4-D29 4-D35 4-D35 肋筋 4-S13@150 4-S13@150 4-S13@150 4-S13@150 20 B×D 580×800 580×850 580×850 580×850 上端筋 5-D35 5-D35 5+2-D35,D32 5+2-D35 下端筋 4-D35 5-D35 5-D35 5-D35 肋筋 4-S13@120 4-S13@120 5-S13@150 5-S13@150 10 B×D 650×850 650×900 580×900 580×900 上端筋 5-D38 5+2-D38,D32 5-D38 5-D35 下端筋 4-D38 5-D38 5-D38 5-D35 肋筋 4-S13@120 4-S13@120 5-S13@150 5-S13@150 1 B×D 680×1300 680×1300 680×1300 680×1300 上端筋 4+2-D41 5+2-D41,D35 5+2-D41 5-D41 略架構圖 略架構圖 下端筋 5-D41 5-D41 5-D41 5-D41 肋筋 4-S13@120 4-S13@120 5-S13@150 5-S13@150 除載時勁度降低率 γ=0.5(梁),0.4(柱) 略平面圖 略平面圖 30 層樓 40 層樓 図－４ TAKEDA モデル 表－３ 檢討用地震力 周期 30階モデル 40階モデル 波形名称 El Centro NS Hachinohe NS Taft EW Code BCJ 方向 X Y X Y 最大速度 25 25 25 台湾例 1.81秒 1.99秒 2.41秒 2.52秒 cm/s レベル1 最大加速度 日本例 1.79秒 1.92秒 2.35秒 2.41秒 2 254 166 251 cm/s 最大速度 50 50 50 50 圖-3 30 層・40 層建築物之規模・形狀・週期 cm/s レベル2 最大加速度 2 509 332 503 330 cm/s 表-1 柱・梁之使用材料・重量 注：Code BCJ 波は日本法告示規定波（東京都：第 2 種地盤）である。 30階建骨組モデル 40階建骨組モデル 柱使用コンクリート Fc30～54 Fc42～70 4. 靜力分析 2 設計基準強度(N/m ) 4.1 地震力 梁使用コンクリート Fc30～36 Fc42～48 2 5) 設計基準強度(N/m ) (1) 日本例之容許應力設計用基層剪力係數 柱・梁使用主筋強度 490 490 2 0.17 最大値(N/m ) C = 2 B T (4) 平均重量(kN/m ) 14.3 13.4 ※柱芯面積で除した値 其中，T：彈性 1 次基本周期(秒) ※バルコニー含む面積 11.4 10.9 で除した値 153
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3) (2) 台灣例之極限強度設計用基層剪力係數 基層剪力係數（V/W）為最大的中小度地震時。 ・中小度地震時（根據 1 式之計算值） ⎛ Sad ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ Fu ⎠ Va 0.223 m Va = I× Fu × × W = 3.5×αy W T ・設計地震時（根據 2 式之計算值） ⎛ Sad ⎞ ⎜ ⎟ V 0.192 ⎝ Fu ⎠ = m V = I× × W W T 1.4×αy ・最大考量地震時（根據 3 式之計算值） ⎛ Sam ⎞ ⎜ ⎟ Fum Vm 0.155 ⎝ ⎠m Vm = I× × W = (a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向) 1.4×αy W T 圖-5 水平外力的高度方向分布 (3) 設計用地震力的比較 0.2 0.2 水平外力之高度分布如圖-5 所示。日本例之層剪力分布 採用 Ai 分布。另一方面，台灣法規採用頂部集中+倒三角 0.15 数0.15 数 係 係 3) ア ア 形型 。台灣例則從反應譜分析結果修正台灣法規的分布 シ シ 0.1 0.1 ス 台湾例 ス 日本例 ー ー 形，因此上層部之水平力分布有很大的不同。 ベ 日本例 ベ 台湾例 0.05 0.05 ・台灣之頂層集中水平力 F t 0 0 (5) F = 0.07TV 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0 0.005 0.01 0.015 0.02 t 代表変形角(rad.) 代表変形角(rad.) 其中，T：基本周期（秒），V：最大水平力 (a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向) 圖-6 基層剪力係數和全體變形角之關係 ・台灣之各層水平力 Fx (階) 40 ◇：Rmax=1/200時 白：日本例 (V − F )W h (6) t X X F = □：R =1/100時 黒：台湾例 X n max 35 W h ∑ i i i=1 (階) 30 30 25 25 其中，Wx：X 層重量，hx：X 層高度 20 20 15 15 4.2 代表性載重變形關係 根據靜力非線性分析的基層剪力係數（C ）和全體變形 10 10 B 角（R ）的關係如圖-6 所示。地震力分布為 Ai 分布，全 5 5 T 體變形角為水平外力的重心位置的水平變形角。30 層樓 0 0 0 0.005 0.01 0.015 0 0.005 0.01 0.015 時，台灣例的 C 比日本例約小 12%左右，勁度大幅降低 層間変形角(rad.) 層間変形角(rad.) B (階) 之 RT 可知，大約於 1/180 左右具有相同的水平變形角。 40 4.3 層間變形角和梁塑性率 (階) 35 30 層間變形角（R）的最大值於 1/200 及 1/100 時之 R 和內 30 25 梁之塑性率（GDF）的各層分布如圖-7 所示。30 層時並無 25 20 太大差異，但是 40 層時台灣例比日本例於上層部可看出 20 15 有稍大的傾向。 15 10 10 5 5 0 0 1 2 3 4 0 代表梁塑性率 0 1 2 3 4 代表梁塑性率 (a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向) 圖-7 層間變形角和梁塑性率 154
¶ 建研所New RC研究報告｜原檔第173頁
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5. 歷時反應分析 ◇：El Centro波 白：日本例 40(階)
□：Hachinohe波 黒：台湾例
5.1 等級1 地震力輸入時之反應值 △：Taft波 ○：Code BCJ波
：Code BCJ波1.5倍（日本例） 35
日本所規定等級1 輸入時之層剪力（Q1）如圖-8，層間 ：Code BCJ波1.5倍（台湾例）
變形角（R1）如圖-9 所示。R1 之最大值為，30 層時日本 30 (階) 30
例為1/245，台灣例為1/202。40 層時日本例為1/265，台 25
25
灣例為1/270。Q1 及R1 為，台灣例比日本例於30 層有
20
稍大，但是40 層時卻可看出幾乎相等的傾向。 20
5.2 等級2 地震例輸入時的反應值 15 15
日本所規定等級2 輸入時之層剪力（Q2）如圖-10，層間 10
10
變形角如圖-10，層間變形角（R2）如圖-11，梁之塑性率
5
（GDF2）如圖-12 所示。日本例中，30 層，40 層兩者R2 5
的最大值大概為1/100 左右，GDF2 的最大值大概2 左右。 0 (MN) 0 (MN)
0 20 40 60 80 100
台灣例之R2 及GDF2，30 層時與日本例的最大值幾乎相 0 20 40 60 80 100
等，但是40 層時與日本例比較可觀察到上層部的差異。 (a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向)
作為參考，顯示Code BCJ 波之1.5 倍入時之R。兩例皆 圖-10 等級2 最大反應層剪力(Q2)
為，R 的最大值超過1/100，可知上層部之變形較大。 ◇：El Centro波 白：日本例 (階)
□：Hachinohe波 黒：台湾例 40
△：Taft波 ○：Code BCJ波
(階) ：Code BCJ波1.5倍（日本例） 35
◇：El Centro波 白：日本例 40
：Code BCJ波1.5倍（台湾例）
□：Hachinohe波 黒：台湾例
△：Taft波 35 30 (階) 30
(階)
30 30 25 25
25 25
20 20
20 20
15 15
15 15
10 10
10 10
5 5 5 5
0 (MN) 0 (MN) 0 (rad.) 0 (rad.)
0 20 40 60 0 20 40 60 0.000 0.005 0.010 0.015 0.000 0.005 0.010 0.015
(a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向) (a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向)
圖-8 等級1 最大反應層剪力(Q1) 圖-11 等級2 最大反應層間變形角 (R2)
(階)
(階) ◇：El Centro波 白：日本例 40
40
□：Hachinohe波 黒：台湾例
◇：El Centro波 白：日本例
△：Taft波 ○：Code BCJ波
□：Hachinohe波 黒：台湾例 35 ：Code BCJ波1.5倍（日本例） 35
△：Taft波
：Code BCJ波1.5倍（台湾例）
(階) (階) 30 30 3030
25 25 25 25
20 20 20 20
15 15 15 15
10 10
10 10
5 5
5 5
0 (rad.) 0 (rad.)
0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0 0
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
(a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向) (a)30 階建(X 方向) (b)40 階建(X 方向)
圖-9 等級1 最大反應層間變形角(R1) 圖-12 等級2 最大反應梁塑性率 (GDF2)
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來源：內政部建築研究所《超高強度鋼筋混凝土建築結構設計施工審核要項之研擬》，102年12月。依建研所網站資料開放宣告註明出處；本站分章呈現並另加歷史與適用註記，不代表發布機關認可。查核日期：2026年8月30日。