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指針草案第四章 耐震設計與分析方法（3／4）；原PDF第174–183頁。
本節閱讀與適用提醒
- 文件性質：本件是內政部建築研究所民國98年12月協同研究成果及設計施工指針草案，不是法規命令、部頒設計規範、施工綱要規範或核定審查要點。
- 整體適用：研究建議初期將New RC視為新技術、新工法，且不宜只擷取局部規定套用；指針未涵蓋的新工法仍須以試驗或可靠證據證明。
- 版本時點：CNS、JIS、GRMC、耐震設計、建築法制及日本認定制度均是民國98年研究背景；現行案件須另查今日有效版本及主管機關程序。
- 材料與數值：高強度混凝土、鋼筋、接合、耐震分析、位移角、塑性率、檢驗與施工時間等數值均須連同假設、章節及98年研究時點閱讀。
- 第三方資料：報告內日本制度、書籍、案例、圖表及照片均保留資料來源；本站依建研所網站宣告呈現報告脈絡，不主張第三方素材權利。
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¶ 建研所New RC指針草案研究｜原檔第174頁
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設計地震反應分析時重心位置的位移角上限值為1/120，各構材
之變形能大概設定如下：柱為1/100，梁為1/50。4.104.4.4.10.11010.1.1.1 耐震設計分析耐震設計耐震設計耐震設計分析方法分析分析方法方法方法 第四章 耐震設計與分析方法
(1) 耐震設計常使用之分析方法有a.歷時分析法、b.彈性反應譜
法、c.性能設計法。
(2) 實際進行設計時，應選擇適當且符合分析目的之簡單模型。
[解說]
(1) 在設計時使用何種動力分析方法，主要根據輸入設計地震
之表示形式或設定方式。如果已知地震是一決定論的，例如
根據其他工址過去的加速度記錄來決定的歷時振動，則結構
模型的往復受力反應就可由逐步數值計算求得，也就是所謂
的「歷時分析」（time-history response analysis），此方法對
於評估結構的非線性反應非常有用。然而，要以決定論模擬
出一處工址在未來可能發生的地震歷時記錄還是很困難。因
此動力分析還沒有成為耐震設計規範所要求的標準工具。
另一方面，如果設計地震是以彈性反應譜或傅立葉反應譜
(Fourier spectrum）的形式來表示，也就是近年之設計規範
最常採用的形式，則任何彈性系統的最大反應都可由「模態
分析」（Modal analysis）求得。每個基本模態的最大反應都
可以明確地計算出來，而系統的最大反應可以由所有支配模
態的組合，例如以平方和開根號（SRSS）的方式求得。然而，
如果結構的反應超過彈性範圍，就要靠彈性反應譜來估算非
線性反應，也就是所謂的「等值線性化」（Equivalent
linearization），把非線性反應和線性反應譜拉上關係。
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即使設計地震規定為彈性反應譜形式，也有另外一套計算非
線性反應的方法，就是利用能符合規定的反應譜產生人工地
震進行歷時分析。然而，這樣的反應譜也只是從過去地震的超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬
反應譜平滑化而來，不見得能夠代表工址未來可能發生的地
震。同時主要的歷時特性都是在人工地震的虛擬過程設定
的，例如所謂的「包絡線」（Envelope curve）或「相位頻譜」
（Phase spectrum）。因此若使用同樣的彈性反應譜生成不同
的振動，非線性歷時反應也會不同。
歷時分析的結果，特別是反應值的絕對最大值，會因分析情
況的差異而受到輸入地震特性設定所影響。必須先理解分析
結果的變異性和分析中的假設有關，而設計規範對性能的要
求應考慮反應值的變異性。然而，要找出一套合理的方法還
是很困難。
因此，近年來所提出的功能性設計方法（Performance-based
design）對非線性變位的規定採用「側推分析」（Push-over
analysis），一套以設定的側向載重分配形態進行的非線性靜
力分析，作為評估非線性反應之標準設計工具。在計算得的
受力-變位關係線上的非線性反應點，是以決定論的方式由
規定的線性反應譜，也就是由等值線性化的方式求得。
然而，歷時分析在設計上還是很有用的，如果工程師或結構
設計者對其假設和可能的誤差有正確的瞭解。通常設計者能
夠猜想得到，甚至在某些特殊地震下的詳細結構動態行為，
亦即例如非線性反應變位與構件在高次模態下的變形和內
力等，這些沒辦法由靜力分析得到的結果，也能夠在設計時
提供配筋判斷的有用資訊。
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(2) 如果工程師或研究者使用商業電腦軟體進行非線性分析，
卻缺乏對分析方法的瞭解，程式對使用者而言可能會變成一
個「黑箱」，導致使用者不加思索地採用其分析結果。為了 第四章 耐震設計與分析方法
能將動力分析的結果適當地反映在耐震設計上，結構設計者
必不可缺的是對分析方法與其假設至少要有概念性的認
識。最好設計者還能夠根據合理的理論背景，大致瞭解分析
方法的假設與結果之間的關係。或者建議以可能變化的不同
結構與地震參數值，盡可能多進行幾次動力分析。
非線性歷時分析可依很多種不同的結構模型進行，這些模型
主要由其自由度的差異來區分。結構模型，或其自由度數
量，應考量分析目的謹慎地選擇。在實際進行設計時，無目
的地使用太複雜的模型不但無用，有時候反而還會造成誤
判。因此選擇適當且符合分析目的的簡單模型是很重要的。
4.104.4.4.10.21010.2.2.2 動力分析模型動力動力動力分析模型分析模型分析模型
(1) 進行動力分析所採用的振動分析模型有a.等值剪力型、b.
等值彎曲剪力型、c.等值架構型、d.構材模型
(2) 根據建築物平面形狀，可分為a.平面模型、b.立體模型
[解說]
近年來，由於電腦演算能力的發達，動力分析方法也基於構材彈
塑性特性之立體精算模型，開發出可時時刻刻追蹤構材應力、變
形之分析工具，但是動力分析模型化只要不損及建築物振動特
性，考慮電腦計算時間等希望儘可能採用簡易的模型。特別是，
於基本設計階段的預備反應分析等層級時，通常要進行多種狀況
的檢討，所以採用簡易模型的檢討即可。
但是，於實施設計層次，根據設計方法不僅是建築物全體的舉
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動，甚至是構材的健全性也想追蹤時，採用精算模型有時較合理， 設計者必須根據分析的目的選擇分析方法。 設定反應分析所使用建築物的振動模型時應考慮下述原則。超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 a.設定建築物之振動系模型時，應使其能適切保握根據建築物的 構造方法、振動性狀所產生於建築物各部分的力及變形。 b.推定建築物的基礎結構和地盤的動態互制作用將對建築物之 振動特性帶來很大影響時，應設定可適切考慮該影響之振動系 模型。 c.振動系模型的恢復力特性及阻尼特性，應能適切反應建築物的 構造方法及振動性狀。 d.設定樓層之恢復力特性時採用方法為，適切假定各樓層的地震 力豎向分布，並於適切考慮各構材之彈塑性恢復力特性下，進 行靜力彈塑性分析(側推分析)根據其結果而求得，或以類似的 方法來計算。 (1) 建築物的振動分析模型，能否表現建築物實際基本振動特性 為重要的判定基準。即，如高層建築物第一次基本週期較長者， 高次模態對建築物的反應有很大的影響，因此不僅是第一次週 期，也必須包括高次的週期是相當重要的。假如並非如此時，所 得到的結果將無法表現實際的反應性狀，與設計基準的比較也將 毫無意義。 建築物之振動分析模型，可分為下述4 種。 a.等值剪力型 本模型為建築物的寬度比高度大，建築物於地震時之變形以 構架變形為主體，即使忽略柱軸方向變形也沒有問題時所使 用，各平面架構的各層從層剪力和層間變形的關係計算等值勁 度的方法(圖4.10.2.1)。 4 - 24
¶ 建研所New RC指針草案研究｜原檔第178頁
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第四章 耐震設計與分析方法
圖4.10.2.14.10.2.14.10.2.14.10.2.1 等值剪力型
【資料來源：參考書目15】
b. 等值彎曲剪力型
本模型使用於，建築物的高度比寬度大的情形，由於柱軸方
向變形，無法忽略建築物整體之彎曲變形時。通常將各架構之
各層的全水平變形分離為柱伸縮的水平變形(彎曲變形)和構架
變形(剪力變形)，從各層之剪力和彎矩的關係，計算出等值彎
曲勁度和等值剪力勁度(圖4.10.2.2)。
將此種建築物置換成等值剪力型時，建築物之第一次基本週
期與精算模型一致，但隨著高次振態，與精算模型間產生誤差。
圖4.10.2.4.10.2.24.10.2.4.10.2. 等值彎曲剪力型
【資料來源：參考書目15】
c. 等值架構型
本模型使用於單一跨度，或使用1 層深度之柱(超級柱)或梁
(超級梁)提高構架勁度之巨大結構架構時。此方法為將超級
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柱、超級梁置換成等值柱、等值梁，其交點部分置換成等值接
合部的方法(圖4.10.2.3)。
將此種建築物置換成等值剪力型或等值彎曲剪力型時，建築超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬
物之第一次基本週期與精算模型一致，但隨著高次振態，與精
算模型間將產生誤差。
圖4.10.2.4.10.2.34.10.2.4.10.2. 等值架構型
【資料來源：參考書目15】
d. 構材模型
本模型將柱、梁置換成線材，構材考慮彎曲、剪力、軸變形
元素，其接合部，置換成剛域或剪力格板，通常稱為精算模型
或構材模型(圖4.10.2.4)。此為，根據特殊的理由想精密的直
接求得構材地震反應力時所使用，比上述三種模型具有更大的
自由度，進行非線性反應分析時，計算時間及記憶容量將大量
增加。
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第四章 耐震設計與分析方法
圖4.10.2.4.10.2.44.10.2.4.10.2. 構材模型
【資料來源：參考書目15】
(3) 根據建築物之平面形狀，可分為立體模型和平面模型。
a.平面模型
一般建築物，即整形平面其結構體架構直交，對於水平力各
架構的水平變形相同時，可採用平面模型為分析模型。
此模型為，將各架構作為獨立之平面架構進行勁度評估，根
據該架構的變形形狀選擇最佳的振動系，最後將這些以剛隔板
連結(圖4.10.2.5)。
圖4.10.2.54.10.2.54.10.2.54.10.2.5 平面模型
【資料來源：參考書目15】
b. 立體模型
管狀結構或含牆架構和純架構並存使建築物產生扭轉時，或
因平面不整形即使於架構方向作用水平力垂直方向也產生水平
變形，建築物的主軸方向與架構方向具有傾斜度時，使用立體
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模型較佳(圖4.10.2.6)。此種建築物，將架構分解成獨立的平
面構架進行分析為不適當，將各構架整合成一體之立體架構從
其應力-變形進行勁度評估較佳。將各構架立體配置最後以剛隔超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬
板將其連結。
此外，主軸與架構方向具有傾斜時，等值剪力型無法表現其
特性，使用彎曲剪力型或構材模型較佳。
圖4.10.2.64.10.2.64.10.2.64.10.2.6 立體模型
【資料來源：參考書目15】
4.104.4.4.10.31010.3.3.3 構件分析模型構件分析模型構件分析模型構件分析模型
進行構材模型非線性分析時，結構物構件應使用適當的分析模
型。用於模擬結構物主要構件有(1)梁單元素模型、(2)柱多軸彈
簧模型、(3)牆分析模型。
[解說]
4 - 28¶ 建研所New RC指針草案研究｜原檔第182頁
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(1) 圖4.10.3.1 所示的單元素模型是最常被用於柱、梁的構件
分析模型。此模型是一個彈性直線元素在兩端加上兩個非線性
轉動彈簧。通常非線性轉動彈簧外面還會再加上剛域，以代表 第四章 耐震設計與分析方法
相交構件的深度。當非線性剪力變形要獨立於撓曲變性之外另
行考慮時，則會在彈性直線元素的中間再加上一個非線性剪力
彈簧。當此模型是用於柱時，也可以再加上一個非線性軸力彈
簧。
如果能正確地決定非線性勁度或降伏變形，此模型可對非線性
結構行為提供良好的模擬。Takeda 恢復力環模型是最廣泛被用
於彎矩-轉角關係的模型，如圖4.10.3.2 所示。梁或柱的降伏
勁度可由經驗公式求取。要決定一端轉動彈簧柔度時，必須假
定沿構件長度方向之非線性曲率分佈形式，通常使用的是反對
稱曲率分佈。
此分析模型基本上只適用於單軸受撓，而不考慮雙軸受撓互制
的狀況。軸力的變化對撓曲勁度、開裂與降伏強度的效應非常
重要，在實際設計時，此效應可透過根據不同預測軸力等級預
先求得的恢復力環來考慮，因為此預測對規則矩形構架構成的
建築結構並不困難。然而一般而言，單元素模型中並未考慮此
效應。
4 - 29¶ 建研所New RC指針草案研究｜原檔第183頁
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超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬
圖4.4.104.4.10.3.11010 3.13.13.1 梁的單元素模型
【資料來源：參考書目8】
圖4.4.104.4.10.31010.3.2.3.3.2.2.2 Takeda 恢復力環模型
【資料來源：參考書目8】
(2) 為了重現柱元素的受撓行為與軸向變形，以呈現軸力與雙
軸撓曲彎矩的互制關係，日本開發出一套多軸彈簧模型，簡稱
MS 模型。
MS 模型為一個直線元素加上柱端的兩個多軸彈簧元素（MS 元
素），如圖4.10.3.3 所示。MS 元素是由一群單軸彈簧，包含至
少四個彈簧所組成。彈簧的變形符合平面保持平面原則，亦即
斷面上撓曲應變維持線性的假設。在直線元素和MS 元素之間有
兩個內部節點，直線元素在受撓行為和軸向變形過程中都維持
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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設計施工指針之研擬》，民國98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。