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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 土木工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/6795
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor蔡益超
dc.contributor.authorWei-Cheng Chenen
dc.contributor.author陳威成zh_TW
dc.date.accessioned2021-05-17T09:18:17Z-
dc.date.available2012-08-01
dc.date.available2021-05-17T09:18:17Z-
dc.date.copyright2012-08-01
dc.date.issued2012
dc.date.submitted2012-07-17
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/6795-
dc.description.abstract有鑑於近年來地震造成嚴重的建築物損壞與巨大的經濟衝擊,位於地震帶的國家無不擬定相關方案,投入防災的規劃與整備工作,期能防止此類廣域性災害的發生。其中,為了減低建築物於地震中所受到的損害,現行耐震設計規範已日趨嚴謹,並以提高建築物耐震能力為目標,政府部門亦逐步推動既有建築物的耐震補強工作。而耐震設計基準與耐震補強基準的選擇,將牽動著初期建造成本或補強成本與未來地震損失的消長。為了在建造成本、補強成本與地震損失之間獲得最大的效益,生命週期成本分析便是評估各種耐震設計方案或補強方案的經濟可行性最合適的工具。
本文以生命週期成本分析法,探討鋼筋混凝土消防廳舍最適宜的耐震設計基準(用途係數)與耐震補強基準。此建築物生命週期成本分析的架構,除了建築物使用年限的設定及生命週期期間各項成本支出的估算外,並結合地震危害度曲線與結構物易損性曲線的或然率模式。該生命週期成本則包括建造成本、補強成本與地震造成的各種損失,如建築物修復費用、內部財產損失、消防車輛損失、人員傷亡損失、建築廢棄物處理費、搬遷損失及建築物服務功能中斷引致的損失(僅保守包括額外火災損失及額外人命損失)。
研究結果發現,當建築物耐震設計基準或補強基準提升後,其地震損失與生命週期成本均可大幅降低;當新建消防廳舍採用途係數I = 2.1設計時,建築物生命週期成本最低,為最佳的耐震設計基準,惟與I = 1.5時之生命週期成本間的差異極低,因此,建築物耐震設計規範選用I = 1.5,可視為恰當的耐震設計基準;對於已使用30年,耐震能力僅為規範規定值(已考量用途係數)1/2之消防廳舍,如預計再使用10年至40年時,其最佳補強基準約為規範規定值(已考量用途係數)的1.1倍至1.5倍,惟最佳補強基準與僅補強至規範規定值時之生命週期成本的差異亦在可容許接受之範圍內,因此在補強經費有限下,建議將補強基準訂為規範規定值(1.0倍)即可;此外,如能注重建築物的使用維護,延長其生命週期,並適當給予補強,將可提高整體國家社會之效益。
zh_TW
dc.description.abstractEarthquakes are unpredictable, causing not only human casualties but also tremendous economic impact on the affected area. To reduce any loss by earthquakes, most countries in high-seismicity regions have proposed their disaster mitigation strategies and emergency counter-measures. In these countries, the seismic design codes were revised several times according to the state of the art in earthquake engineering, in order to prevent buildings from severe damage during earthquakes. Programs of strengthening or replacing old buildings have been created and carried out, notably for pre-earthquake code buildings.
For buildings, different seismic design criterions or seismic retrofit criterions could induce different building construction cost, retrofit cost, and earthquake loss. Life-cycle cost analysis could be employed to evaluate the trade-offs between construction cost, retrofit cost, and earthquake loss, helping engineers make an optimal decision. With the support of life-cycle cost analysis, this study determines a seismic design criterion, the importance factor I, and seismic retrofit criterions of a reinforced concrete fire department building.
The framework of such life-cycle cost analysis comprises the estimates of building service period and costs data, seismic hazard curve, and structure fragility curves. The costs are considered to be composed of the initial construction cost, retrofit cost, and the earthquake loss. The earthquake loss includes the building repair cost, contents loss, loss from fire truck damages, wage loss from casualties, debris disposal cost, relocation expenses, and loss caused by interruption of building functions.
The study shows the earthquake loss and the life-cycle cost may be reduced by raising the seismic design or seismic retrofit criterions of buildings. For a new fire department building, the life-cycle cost reaches its minimum when the importance factor I is 2.1, which is considered an optimal criterion of seismic design. But while the difference between the life-cycle cost of I = 1.5 (suggested by the current seismic design code) and that of I = 2.1 is quite small, one may select I = 1.5 to design the fire department building; especially when the building construction budget is the planners’ concern.
For a 30-year-old fire department building whose seismic capacity is half what the code suggests, the optimal seismic retrofit criterions are 1.1 to 1.5 times what the code suggests if the service life of the building remains 10 to 40 years. There is also quite small difference between the life-cycle cost with the optimal seismic retrofit criterions and that with the criterions the code suggests. The latter appears acceptable for the planners, especially for those who concern about the retrofit budget.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-05-17T09:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2012
en
dc.description.tableofcontents口試委員會審定書 i
謝誌 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 vi
表目錄 x
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 文獻回顧 4
1.3.1 建築物耐震設計基準 4
1.3.2 經濟觀點之最佳化設計 4
1.3.3 生命週期成本之意涵 5
1.3.4 生命週期成本分析之應用 5
1.4 本文內容 6
第二章 考量地震風險之生命週期成本分析架構 9
2.1 地震風險之意義 9
2.2 生命週期成本分析架構與計算 9
第三章 現行建築物耐震設計基準與補強基準 12
3.1 強度設計法之耐震設計基準 12
3.1.1 強度設計法之概念 12
3.1.2 設計基底剪力 13
3.1.3 工址設計與最大考量水平譜加速度係數 15
3.1.4 耐震設計基準 17
3.2 性能設計法之耐震設計基準 18
3.2.1 性能設計法之概念 18
3.2.2 耐震設計基準 21
3.3 耐震補強基準 22
3.3.1 既有建築物耐震補強設計原則 22
3.3.2 法規耐震補強基準 23
第四章 建築物生命週期成本分析相關資訊 25
4.1 概述 25
4.2 建築物生命週期 25
4.2.1 生命週期之意義 25
4.2.2 建築物實際生命週期統計 26
4.2.3 ISO 15686建築物使用年限定義 27
4.3 地震危害度曲線 28
4.3.1 地震危害度曲線之意義 28
4.3.2 地震危害度分析 28
4.3.3 地震危害度分析結果應用 30
4.4 建築物易損性曲線 30
4.4.1 建築物損害程度分類 30
4.4.2 易損性曲線之定義 31
4.4.3 建築物耐震能力 32
4.4.3.1 新建建築物設計耐震能力 33
4.4.3.2 鋼筋混凝土建築物之耐震能力評估法 35
4.4.3.3 既有消防廳舍耐震能力 38
4.5 建築物建造成本 39
4.5.1 建築物建造成本估算 39
4.5.2 結構系統建造成本與耐震能力之關係 40
4.6 建築物耐震補強成本 41
4.6.1 耐震補強概述 41
4.6.2 耐震補強成本估算 42
4.7 折現率 43
4.7.1 折現率之意義 43
4.7.2 折現率選擇 44
第五章 建築物地震損失評估 45
5.1 地震損失概述 45
5.1.1 重大地震損失經驗 45
5.1.2 地震災害損失評估系統 46
5.2 建築物地震損失推估 49
5.2.1 建築物修復費用、內部財產損失、消防車輛損失 49
5.2.2 人員傷亡損失 51
5.2.3 建築廢棄物處理費用 53
5.2.4 搬遷損失 55
5.2.5 建築物功能中斷損失 56
5.2.5.1 建築物功能中斷概述 56
5.2.5.2 消防廳舍功能中斷損失項目 57
5.2.5.3 建築物功能喪失率 58
5.2.6 額外火災損失 59
5.2.6.1 額外火災損失估計 59
5.2.6.2 地震火災預估 59
5.2.6.3 建築物火災損失影響因素 63
5.2.6.4 額外火災損失因子 64
5.2.7 額外人命損失 65
5.2.7.1 額外人命損失估計 65
5.2.7.2 緊急救護效能影響因素 66
5.2.7.3 功能復原期間減少救活之傷病患數估計 68
5.2.7.4 地震救援期間減少救活之傷病患數估計 69
第六章 建築物耐震設計基準及補強基準探討 71
6.1 案例概述 71
6.1.1 分析內容 71
6.1.2 消防廳舍基本資料與各項參數假設 71
6.2 消防廳舍耐震設計基準評估 73
6.2.1 新建消防廳舍地震損失特性 73
6.2.2 敏感度分析 74
6.2.3 最適耐震設計基準分析 75
6.3 消防廳舍耐震補強基準評估 76
6.3.1 補強前後消防廳舍地震損失與生命週期成本特性 77
6.3.2 最適耐震補強基準分析 78
第七章 結論與展望 80
7.1 結論 80
7.2 展望 82
參考文獻 83
附表 104
附圖 140
附錄 消防廳舍生命週期成本案例計算 170

表 目 錄
表1.1.1 前十大人命死傷之天然巨災事件(1980-2011) 105
表1.1.2 前十大經濟損失之天然巨災事件(1980-2011) 105
表1.1.3 前十大人命死傷之地震事件(1980-2011) 106
表1.1.4 前十大經濟損失之地震事件(1980-2011) 106
表3.1.1 震區短週期與一秒週期之設計水平譜加速度係數 與 ,與震區短週期與一秒週期之最大考量水平譜加速度係數 與 107
表3.1.2(a) 短週期結構之工址放大係數Fa 108
表3.1.2(b) 長週期結構之工址放大係數Fv 108
表3.1.3 近車籠埔斷層調整因子 與 108
表3.1.4(a) 一般工址或近斷層區域之工址設計水平譜加速度係數SaD 109
表3.1.4(b) 一般工址或近斷層區域之工址最大水平譜加速度係數SaM 109
表3.1.5(a) 臺北盆地之工址設計水平加速度反應譜係數SaD 109
表3.1.5(b) 臺北盆地之工址最大考量水平加速度反應譜係數SaM 109
表3.2.1 Vision 2000建議之建築物耐震性能等級及其損害程度描述 110
表3.2.2 各參考文獻採用之分析方法及主要檢核內容 111
表3.2.3 Vision 2000建議之建築物結構性能標準 112
表3.2.4 FEMA 273建議之建築物結構性能標準(混凝土韌性構架) 112
表3.2.5(a) FEMA 273建議鋼筋混凝土構件之塑性鉸模擬參數與性能標準要求-梁 113
表3.2.5(b) FEMA 273建議鋼筋混凝土構件之塑性鉸模擬參數與性能標準要求-柱 114
表3.2.5(c) FEMA 273建議鋼筋混凝土構件之塑性鉸模擬參數與性能標準要求-梁柱接頭 115
表3.2.6 文獻[67]建議之建築物耐震性能等級及其損害程度描述 116
表3.2.7 文獻[67]建議之不同用途群組建築物之耐震設計性能目標與標準 116
表3.3.1(a) 文獻[67]建議之不同用途群組之既有建築物之耐震設計性能目標(Ⅰ) 117
表3.3.1(b) 文獻[67]建議之不同用途群組之既有建築物之耐震設計性能目標(Ⅱ) 117
表4.2.1 各國建築物使用年限規定 118
表4.4.1 臺北市政府所屬消防廳舍基本資料與耐震能力 119
表4.5.1 中央政府總預算編製作業手冊-共同性費用編列標準表-鋼筋混凝土構造房屋建築費 120
表4.5.2 公共建設工程經費估算編列手冊-建築工程-鋼筋混凝土構造 120
表4.5.3 臺北市政府建築工程結構體概算編列標準-鋼筋混凝土構造(2007) 120
表4.5.4 臺北市都市更新事業(重建區段)建築物工程造價基準-鋼筋混凝土構造(2010) 121
表4.5.5 臺灣地區住宅類建築造價參考表-鋼筋混凝土構造(2008) 121
表4.5.6 鋼筋混凝土住宅建築各工項成本比例統計 122
表4.6.1 臺北市政府所屬消防廳舍初步耐震補強設計資料 122
表4.7.1 各類型公共建設建議之折現率 123
表5.1.1 HAZUS地震災害損失評估輸出資料 124
表5.2.1 HAZUS建議之結構系統、非結構構件、內部財產在不同損害狀態下的損失比 125
表5.2.2 TELES建議之結構系統、非結構構件、內部財產在不同損害狀態下的損失比 125
表5.2.3 HAZUS建議之不同損害狀態下的室內外傷亡率 126
表5.2.4 TELES建議之不同損害狀態下的室內傷亡率 126
表5.2.5 TELES建議之不同時段不同用途建築物人口密度 127
表5.2.6 建築物單位面積拆除廢棄物重量 127
表5.2.7 HAZUS建議之結構系統及非結構構件之單位面積重量及各損害狀態下之廢棄物產生比率 128
表5.2.8 TELES建議之結構系統及非結構構件之單位面積重量及各損害狀態下之廢棄物產生比率 128
表5.2.9 HAZUS及TELES建議之不同損害狀態下的建築物修復時間 128
表5.2.10 ATC-13建議之消防隊震後功能恢復率與時間之關係 129
表5.2.11 平時與地震後之消防活動環境差異 129
表6.1.1 臺北市政府消防局消防分隊平均消防救護車輛配置數量與價值 130
表6.1.2 臺北市大安區歷年消防勤務統計 130
表6.2.1 TELES建議之加速度敏感型非結構構件的易損性曲線參數 130
表6.2.2 消防廳舍以不同用途係數設計時之地震損失計算 131
表6.2.3 消防廳舍以不同用途係數設計時之生命週期成本計算 131
表6.2.4 放大各參數值10%對消防廳舍生命週期成本之影響 132
表6.2.5 新建消防廳舍於不同使用年限時對應之生命週期成本 133
表6.2.6 新建消防廳舍於不同折現率時對應之生命週期成本 133
表6.3.1 消防廳舍以不同補強基準設計時之地震損失計算 134
表6.3.2 消防廳舍(已使用30年)於不同繼續使用年限及補強基準下的生命週期成本計算 135
表6.3.3 消防廳舍(已使用30年)於不同繼續使用年限及補強基準下的生命週期成本統計 139

圖 目 錄
圖1.1.1 世界天然巨災發生趨勢圖(1950-2010) 141
圖1.1.2 世界天然巨災損失趨勢圖(1950-2010) 141
圖2.2.1 建築物生命週期成本分析架構圖 142
圖2.2.2 生命週期成本與最佳方案之關係 142
圖3.1.1 建築物受地震側力作用下力與位移的非線性曲線及建築物耐震設計規範規定之各項地震力與韌性容量之定義 143
圖3.2.1 FEMA 273韌性結構之側力與變形之關係曲線及其性能等級設定 143
圖3.2.2 Vision 2000建議之耐震性能目標 144
圖3.2.3 FEMA 273建議混凝土構件側力與變形之關係及其與構件性能標準之關聯 144
圖3.2.4(a) 文獻[67]建議之耐震性能目標 145
圖3.2.4(b) 文獻[67]建議之耐震性能目標與性能等級與建築物受力變形之關係 145
圖4.2.1 使用年限相關名詞概念示意圖 146
圖4.3.1 地震危害度分析步驟 147
圖4.3.2 簡化之臺北盆地地震危害度曲線 148
圖4.4.1 建築物易損性曲線示意圖 148
圖4.4.2 建築物容量曲線與容量譜曲線 149
圖4.4.3 性能點之地表加速度求取示意圖 149
圖4.4.4 典型消防廳舍結構型式 150
圖4.4.5 臺東地震造成臺東縣消防局大樓受損情形 150
圖4.4.6 臺北市政府所屬消防廳舍耐震能力分布圖 151
圖4.6.1 消防廳舍耐震補強程度與補強費用迴歸分析 151
圖5.1.1 東京都地震災害評估系統架構圖 152
圖5.1.2 HAZUS系統架構圖 152
圖5.1.3 TELES系統架構圖 153
圖5.2.1 建築物外側地震墜落物影響範圍 153
圖5.2.2 人員傷亡評估模式示意圖 154
圖5.2.3 921震災建築廢棄物再利用流程 154
圖5.2.4 地震災害管理時序與對應行動 155
圖5.2.5 消防隊功能恢復曲線 155
圖5.2.6 影響火災損失之因素 156
圖5.2.7 消防隊活動之時間序列 156
圖5.2.8 消防隊到達時間與搶救效能之關係 157
圖5.2.9 震後火災消防單位救災能力影響因素 157
圖5.2.10 消防隊行進距離與火災危險度之關係 158
圖5.2.11 到院前緊急救護活動之時間序列 158
圖6.1.1 臺北市政府消防局消防分隊配置圖 159
圖6.1.2 TELES產出之震後臺北市大安區建築物室內傷亡人數之趨勢 160
圖6.1.3 TELES產出之臺北市大安區震後火災數之趨勢 160
圖6.1.4 臺北市大安區震後火災可能延燒之區域 161
圖6.2.1 消防廳舍以用途係數I = 1.0設計時之結構系統易損性曲線 162
圖6.2.2 消防廳舍以用途係數I = 1.0設計時之非結構構件易損性曲線 162
圖6.2.3 消防廳舍以用途係數I =1.0設計時之各項地震損失 163
圖6.2.4 新建消防廳舍於不同耐震設計基準下的生命週期成本及其組成分項 163
圖6.2.5 不同建築物使用年限下之最佳用途係數 164
圖6.2.6 不同折現率下之最佳用途係數 164
圖6.3.1 消防廳舍(已使用30年)於不同繼續使用年限及補強基準下的生命週期成本及其組成分項 165
圖6.3.2 消防廳舍於不同補強基準下隨繼續使用年限增加之生命週期成本變化 168
圖6.3.3 消防廳舍以50年設計使用年限補強及以各該繼續使用年限補強時之生命週期成本差異 169
dc.language.isozh-TW
dc.title由生命週期成本分析探討鋼筋混凝土消防廳舍耐震設計及補強基準zh_TW
dc.titleLife-cycle Cost Analysis on Determining Seismic Design and Seismic Retrofit Criteria of Reinforced Concrete Fire Department Buildingsen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear100-2
dc.description.degree博士
dc.contributor.oralexamcommittee張國鎮,羅俊雄,黃世建,宋裕祺
dc.subject.keyword消防廳舍,生命週期成本分析,耐震設計基準,耐震補強基準,用途係數,地震損失,zh_TW
dc.subject.keywordfire department building,life-cycle cost analysis,seismic design criterion,seismic retrofit criterion,importance factor,earthquake loss,en
dc.relation.page180
dc.rights.note同意授權(全球公開)
dc.date.accepted2012-07-17
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept土木工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:土木工程學系

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