臺灣博碩士論文加值系統

台灣位處地震發生頻繁區域，重要設施如：高科技廠房、醫院、發電廠、通訊中心、警消等相關設施之耐震評估極為重要，而此類設施之震害又以非結構構件之損壞為大宗。舉例而言，高科技廠房於興建時大多採用設計地震力極高之彈性設計法，因此在地震來臨時主結構可能無損，但卻極可能因結構動態放大效應造成廠房內振動敏感之精密製程設備嚴重毁損；或因隔間牆等非結構構件損壞造成停工損失。又例如，耐震設計規範要求醫院結構必須採用較高之耐震係數，因此強震時醫院主結構可能輕微損傷，但卻可能因內部醫療設備或管線系統毁損，導致醫院喪失醫療功能。由上述說明可知，重要設施可能發生之震害機率大多來自設備與非結構構件之損失。然而，我國目前對於重要設施非結構構件尚缺乏一套完整的評估方法，大多僅針對特定設備進行定性式的耐震分析或易損性評估，且執行耐震評估時亦未加以量化為損失金額或停工成本等業主較關切之指標。
基於前述動機，本文乃參考美國FEMA P-58建物耐震評估法，針對非結構構件發展一套完整的機率式耐震評估流程，能夠對所選定之目標非結構構件進行量化的耐震評估，同時亦能於評估時將諸多不確定性因素加以考量。本文共建議二種評估方法，稱為性能評估法(一)與(二)。評估法(一)主要是依據FEMA P-58之耐震評估理論架構及評估流程發展而成；而評估法(二)則主要是結合核能電廠SPRA中所建議之易損性分析理論與FEMA P-58之流程架構而成。二者之主要差異在於非結構構件易損性曲線中需求參數之不同，前者為主結構反應；而後者為地表振動強度，因此使用者可依其現有之易損性資料加以選擇。同時，為展現本文建議方法之用效性，文中乃挑選一案例醫院中之四種非結構構件，包括：電腦斷層掃描機、消防撒水管線系統、升降機、病房隔間牆等，分別進行耐震評估。評估結果證實本文所提出之兩評估方法確實可針對特定非結構構件進行耐震性能評估。上述四種構件或設備具有不同的損壞狀態與邏輯，因此更能展現本文的適用性。

This study develops two probabilistic seismic assessment methods for non-structural components. These two methods that can be used to quantify seismic losses for target non-structural components are called performance assessment methods (1) and (2), respectively. Method (1) is based on methodology proposed by FEMA P-58: Seismic Performance Assessment of Buildings, while Method (2) combines the fragility analysis method of SPRA for nuclear power plant with the assessment process of FEMA P-58. The main difference between the two methods is the fragility demand parameters of the non-structural components. The former is based on the structural responses where components are mounted, while the latter is based on ground motion intensity. To demonstrate the effectiveness of the proposed two methods, this study chooses four different non-structural components from an existing hospital, including: computed tomography, fire sprinkle water-pipe system, elevators and partition walls. The assessment results confirm that the two methods proposed in this study are able to estimate the seismic losses of the chosen non-structural components.

摘要 I
SEISMIC PERFORMANCE AND RISK ASSESSMENT OF NON-STRUCTURAL COMPONENTS OF CRITICAL FACILITIES II
誌謝 XI
目錄 XII
表目錄 XVIII
圖目錄 XXII
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與內容 2
1.3 本文架構 5
第2章 相關文獻回顧 7
2.1 有關耐震性能評估流程之文獻 7
2.1.1 核能電廠SPRA耐震性能評估 7
2.1.2 FEMA P-58耐震性能評估 12
2.1.3 核能電廠SPRA與FEMA P-58方法比較 13
2.1.4 其他耐震性能評估文獻 14
2.2 功能性設施非結構構件分類之相關文獻 16
2.3 非結構構件與設備之易損性分析 16
第3章 性能評估法(一)—參考FEMA P-58之建議流程 21
3.1 介紹與流程概述 21
3.2 工作項目(I)：準備目標評估建物/非結構構件之基本資料 22
3.2.1 基本建物資料 23
3.2.2 建物用途與內容物 23
3.2.3 非結構系統、構件及內容物之易損性與後果函數 24
3.3 工作項目(II)：建立地震危害（根據選擇的評估方法） 27
3.3.1 A型評估法—基於地震強度之評估法 29
3.3.2 C型評估法—基於地震危害度之評估法 32
3.3.3 A型與C型危害度產出結果比較 37
3.4 工作項目(III)：分析建物反應（根據選擇的分析方法） 37
3.4.1 非線性反應歷時分析 38
3.4.2 簡化分析法 39
3.4.3 產出結果比較 45
3.5 工作項目(IV)：判定目標非結構構件之可修復性 46
3.6 工作項目(V)：評估各目標非結構構件之損壞狀態與修復金額 48
3.6.1 評估構件之損壞狀態 49
3.6.2 評估構件之修復金額 53
3.7 工作項目(VI)：計算目標構件之災損性能指標 53
3.7.1 A型評估法 53
3.7.2 C型評估法 56
第4章 性能評估法(二)—參考核能電廠SPRA之易損性分析理論 94
4.1 介紹與流程概述 94
4.2 工作項目(I)：準備目標評估建物/內容物之基本資料 96
4.3 工作項目(II)：建立以地表震動為需求參數之易損曲線 96
4.3.1 地表震動需求參數之易損曲線 96
4.3.2 以SSMRP方法之概念計算地表震動需求參數易損曲線 97
4.3.3 以最大似然法迴歸以地表震動為參數之易損曲線 98
4.3.4 以最小平方法迴歸易損曲線 101
4.4 工作項目(III)：建立地震危害度曲線 102
4.5 工作項目(IV)：判定非結構構件之損壞狀態與修復金額 102
4.5.1 判定構件之損壞狀態 102
4.5.2 計算構件之修復金額 103
4.6 工作項目(V)：計算性能指標 104
第5章 標的重要設施範例介紹 114
5.1 標的建物資訊 114
5.1.1 工址資訊 114
5.1.2 設計震譜 114
5.1.3 建物尺寸、材料 115
5.2 案例醫院數值模型 115
5.2.1 數值模型概況 115
5.2.2 模態參數 116
5.2.3 數值模型開裂後行為設定 116
5.2.4 數值模型驗證 117
5.3 評估用之目標非結構構件與其易損性 121
5.3.1 電腦斷層掃描機—順序性損壞狀態 121
5.3.2 消防撒水管線—順序性損壞狀態 123
5.3.3 升降機—同時性損壞狀態 124
5.3.4 病房隔間牆—複合性損壞狀態 125
5.3.5 目標擷取需求參數 126
第6章 評估流程與結果 151
6.1 以性能評估法(一)配合非線性反應歷時分析進行評估 151
6.1.1 A型評估法 151
6.1.2 C型評估法 163
6.2 以性能評估法(二)進行評估 172
6.2.1 工作項目(I)：準備目標評估建物/內容物之基本資料 173
6.2.2 工作項目(II)：建立以地表震動為需求參數之易損曲線 173
6.2.3 工作項目(III)：建立地震危害度曲線 176
6.2.4 工作項目(IV)：以蒙地卡羅法判定非結構構件之損壞狀態與修復金額 176
6.2.5 工作項目(V)：計算性能指標 178
6.2.6 結果綜整與討論 185
6.3 性能評估法(二)與性能評估法(一)C型評估法結果比較 186
第7章 結論與建議 253
7.1 結論 253
7.2 建議 255
參考文獻 257
附錄A 不確定性與易損性模型 261
A.1 耐震度的不確定性模型 261
A.2 易損度曲線的產生 262
A.2.1 隨機的不確定性—單一易損度曲線 262
A.2.2 定義損壞程度 263
A.2.3 知識的不確定—考慮不同信心水準的易損度曲線 263
A.2.4 平均易損度曲線 265
A.2.5 HCLPF耐震容量 265
附錄B 易損性參數計算 270
B.1 介紹 270
B.2 易損性資料可取得性與分類 270
B.3 計算流程 271
B.3.1 實際需求資料 272
B.3.2 邊界需求資料 273
B.3.3 可能性需求資料 274
B.3.4 計算法 276
B.3.5 專家意見法 285
B.4 以新資料更新原有易損性參數 286
B.5 易損性參數品質評估 287
B.5.1 多重需求參數選取 287
B.5.2 消除異常值 287
B.5.3 適合度檢定 288
B.5.4 調整交錯之易損性函數 289
B.5.5 易損性函數之品質水準 290
B.6 EPRI SPRA易損性參數計算 290
B.6.1 耐震容量參數計算 290
B.6.2 結構構件之安全因子 292
B.6.3 設備/非結構構件之安全因子 294
附錄C 以規範規定震譜迴歸危害度曲線 305
C.1 介紹 305
C.2 流程說明 305
附錄D 產生模擬需求值 312
D.1 介紹 312
D.2 非線性反應歷時分析 312
D.2.1 運算方法 312
D.3 簡化分析法 316
D.3.1 運算方法 316

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