國震中心 翁元滔、林克強、簡文郁、鍾立來

前言

建築物耐震設計規範中規定建築物須考量其使用,以決定用途係數I(或稱重要係數importance factor),進而計算設計地震力。對於不同用途,規範訂定不同用途係數值,目的在提高重要、儲放危險物品、或供公眾使用等建築物的設計地震力,以提升該建築物的抗震能力。對於供公眾與一般用途混合使用的建築物,現行「建築物耐震設計規範及解說」(內政部營建署,2011)第2.8節之規定 [1],用途係數I值仍未盡周全。本文除檢視國內外有關用途係數的內容外,並依據現行條文之精神,檢討可能未明確涵蓋之處,提出建議修正方案。

一、國內外用途係數之發展沿革

美國建築物設計規範,在1976年Uniform Building Code (以下簡稱UBC)[2],即出現用途係數I 之相關規定,當時建築物之用途類別主要分為:(1) 必要設施(例如醫院、消防、救災指揮中心等救災單位及緊急避難用設施),I=1.5;(2)建築物具有可容納至少300人以上之單一空間,I=1.25;及(3) 前述第(1)、(2)類別以外之建築物,I=1.0。1988年版之UBC[3] ,則特別在建築物用途類別有較詳盡的區分,其中規定第1類之必要設施、與第2類之具危害風險之設施,所採用之用途係數為1.25;第3類之特殊用途結構、及第4類之一般用途結構,用途係數則為1.0;但若發生震害會明顯造成人命傷亡者,則用途係數須採用1.5。UBC 97[4]之用途係數區分方式與UBC88極為類似,僅在建築用途類別上有更詳盡之描述。

IBC 2000 [5] ,則依循UBC97 [4] 的方式,但針對用途係數須採用1.5的結構物,有更多的列舉及描述。而ASCE 7-16 [6] 與IBC 2016 [7] ,則不再以建築物之用途來區分其重要性,而改以結構物發生災害所產生的危害及風險程度,將建築物區分為4類風險群組:僅產生低度人命安全風險之建築物及其它結構物,列為風險群組I。不屬風險群組I、III和IV之建築物及其它結構物,則列為風險群組II。風險群組III:(1)發生災害會引起生命安全的潛在威脅但無立即性危害的建築物及其它結構物、(2)發生災害後易造成高度經濟衝擊與日常民生需求的供給明顯中斷之所有建築物及其它結構物、(3)不屬風險群組IV,但因其儲放含有毒或具爆炸性物質等,發生災害導致會產生對公眾的潛在威脅但無立即危害之所有建築物及其它結構物。風險群組IV:(1)公共民生所需之必要設施之建築物及其它結構物、(2)發生災害後會引起社區遭致重大危害之所有建築物及其它結構物、(3)因儲放含有毒或具爆炸性物質等,發生災害會導致對公眾產生立即性危害之所有建築物及其它結構物、(4)用以維持屬風險群組IV的結構物使用機能之所有建築物及其它結構物。依建築物所屬之風險群組,決定其用途係數,風險群組I及II建築物之用途係數為1.0;風險群組III,用途係數1.25;風險群組IV,用途係數1.5。

建築技術規則直至民國71年[8],始新增用途係數

值,依建築物之重要性分為三類:1、災害發生,必須維持機能之重要建築物及儲存多量危險物品之建築物,I=1.5。2、供公眾使用之建築物,I=1.25。3、其他建築物,I=1.0。

民國86年將建築物耐震設計規範[9],由建築技術規則獨立出來後,亦對用途係數之規定進行修訂,將原第一類之內容分成兩類後,共有四類,即為:一、地震災害發生後,必須維持機能以救濟大眾之重要建築物,I=1.5。二、儲存多量具有毒性、爆炸性等危險物品之建築物,I=1.5。三、供公眾使用之建築物,I=1.25。四、其他一般建築物,I=1.0。並對其細項內容加以補充詳列,如須維持機能之建築物分為「消防、警務及電信單位執行公務之建築物」、「教學醫院、區域醫院、省市立醫院或政府指定醫院」、「發電廠、自來水廠供電、供水直接有關之廠房與建築物」以及「其他經主管機關認定之建築物」四類;供公眾使用之建築物則分為教育文化、衛生及社會福利、營業、娛樂、工作、遊覽交通等分類,並於條文中新增若為私人及公眾混合使用時,其供公眾使用場所累計樓地板面積超過3,000平方公尺或總樓地板面積百分之二十以上者,用途係數才須用1.25;若純為供公眾使用,其建築達一定規模以上,即總樓版面積超過1,000平方公尺,則用途係數才須以I=1.25設計之相關規定。解說中亦有提到消防、警務及電信單位之建築物必須是執行公務者、醫院必須具有急救功能及手術設備者、航空站或航空站控制中心之建築物必須執行公務者以及發電廠、自來水廠與緊急供電、供水相關的廠房、建築物值才以1.5設計。

民國94年修訂之建築物耐震設計規範[10],針對用途係數

值延續86年版規定,同樣維持四類,其相對應之值不變,於第一類須維持機能以救濟大眾之重要建築物 (I=1.5) 中新增「中央、直轄市及縣(市)政府、鄉鎮市(區)公所之辦公廳舍」以及「國中、小學校之校舍」兩項。上述規定對於政府所屬之辦公廳舍以及學校校舍皆屬於第一類I=1.5之極重要建築,因此導致部分與救災無關或是不須提供避難使用之廳舍及校舍由I=1.25提升至1.5之設計水準,殊不經濟,因此於民國100年修訂之規範 [1] 針對此部分特別明確註明「涉及地震災害緊急應變業務之機關辦公廳舍」及「供震災避難使用之國中、小學校舍」才須以I=1.5設計。

二、現行耐震規範規定

根據現行耐震規範規定,用途係數分為四類,包括:第一類建築,即在地震災害發生後必須維持機能以救濟大眾之重要建築物,例如須供震災避難使用之國中、小學校舍,I值取1.5;第二類建築物,即儲存多量具有毒性、爆炸性等危險物品之建築物,I值取1.5;第三類建築物,即供公眾使用之建築物,I值取1.25;第四類為其他一般建築,I值取1.0。規範對於I值大於1之第一至三類建築物的認定均採正面表列,但也考量因隨時代變遷,新增高重要、儲放危險物品、或供公眾使用等建築類型的可能性,故均有"經中央主管機關認定之建築物"的條款。

一般而言,第一與第二類建築物均屬特定建築物,認定相對明確,且當與其他建築物混合時,大多認定為第一與第二類建築物,爭議較少。然而,隨著社會工商業活動的頻繁與需求,快速且大量孕育住商混用建築物的誕生,其類型愈加多元,故第三類供公眾使用與屬於第四類住宅用途混用的建築物需求愈加顯著。根據現行建築物耐震設計規範於第2.8節,供公眾使用(第三類)與其他一般用途(第四類)混用建築物,及單棟作為供公眾使用建築物的用途係數I值規定如下:

"一棟建築物如係混合使用,上述供公眾使用場所累計樓地板面積超過三千平方公尺或總樓地板面積百分之二十以上時,用途係數才需用1.25。如一棟建築物單種用途使用時,必須總樓版面積超過一千平方公尺,用途係數才需用1.25。"

由此規定可發現當供公眾使用場所累計樓地板面積低於3,000m2者,其I值認定的方式易產生誤解或不合理之處,例如所謂"單種用途"之定義並不明確,舉例而言:一棟屬第三類與第四類混合使用之建築物樓房C,總樓地板面積為999平方公尺,其屬第三類供公眾使用之樓地板面積為200平方公尺,高於總樓地板面積20%,其餘樓地板面積皆屬第四類建築物之住宅使用,故I = 1.25;而另一棟樓房D,其總樓地板面積為999 m2,其用途單屬第三類建築物供公眾使用,亦即其供公眾使用場所累計樓地板面積亦為999 m2,則其 I = 1.0。亦即混合使用之樓房C因其具有供公眾使用之樓地板面積200平方公尺,已超過總樓地板面積百分之二十,故其I為 1.25;但單純公眾使用之樓房D具有供公眾使用之樓地板面積999 m2,但其I 值卻為1.0,此即產生不合理之所在。

三、建議修正方案

本文依據現行規範第2.8節規定條文,在更動條文最小範圍的原則下,提出第三與四類混合使用建築物之用途係數的條文建議修正方案。為方便以下的說明,在此先定義兩個符號,一為建築物中供公眾使用累積樓地板面積APC (cumulative floor area of building for public use);另一為建築物總樓地板面積AT (total floor area of building)。本文提出A、B兩個修正方案。

A案

本案是依據現行規範第2.8節,以供公眾與一般用途混合使用之建築物規定為基礎,即"供公眾使用場所累計樓地板面積超過三千平方公尺或總樓地板面積百分之二十以上時,用途係數才需用1.25。"的要求,並加上建築物作為供公眾單一使用時的限制,即"一棟建築物單種用途使用時,必須總樓版面積超過一千平方公尺,用途係數才需用1.25。"此案是建議將上述兩規定直接組合,其混合使用建築物的用途係數如圖1所示。本修正案並無變動原條文規定,主要將是將供公眾使用累積樓地板面積APC在1,000至3,000 m2區間部分清楚說明。

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圖1 混合使用建築物之用途係數建議修正A案結果

B案

本案是依據現行規範第2.8節中,以供公眾與一般用途混合使用之建築物規定為基礎,即"供公眾使用場所累計樓地板面積超過三千平方公尺或總樓地板面積百分之二十以上時,用途係數才需用1.25。"決定圖二中的B點,並以建築物作為供公眾單一使用時的限制,即"一棟建築物單種用途使用時,必須總樓版面積超過一千平方公尺,用途係數才需用1.25。"決定圖二中的A點,並將供公眾使用累積樓地板面積APC在1,000至3,000 m2區間部分,以AB直線(Line C)區分I=1.0與1.25,其混合使用建築物的用途係數如圖二所示。此案的特點為APC在1,000至3,000 m2間以線性變化決定混合使用建築物的I使用1.0或1.25。

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圖2 混合使用建築物之用途係數建議修正B案結果

四、結論與建議

美國ASCE 7-16[6]所訂之用途係數區分方式,已捨棄先前採用人數或空間容量來量化結構物之重要性,而改採風險程度與使用機能的定性描述來加以區分,不同於台灣現行採用建築用途與樓地板面積加以區分重要性。

前述所提A案與B案的主要差異在於當AT超過1,000 m2且APC在1,000至3,000 m2間,是否仍須考慮「供公眾使用場所累計樓地板面積超過三千平方公尺或總樓地板面積百分之二十以上時,用途係數需用1.25。」此一條件,鑒於總樓地板面積在1,000至15,000 m2間的建物,其樓層數約五樓至十五樓之間,在國內是屬常見住商混合用途建物的範圍,故,建議以A案來修訂用途係數的規定,使台灣習見的住商混合建物的用途係數採用1.25,以適度確保供公眾與一般用途混合使用建築物的耐震能力,且其相關用途係數條文與解說的更動亦可較少。

故在此根據A案所提內容建議建築物耐震規範第2.8節條文應修訂如下:

2.8 用途係數

第三類建築物

下列公眾使用之建築物,I=1.25。

(1) 各級政府機關辦公廳舍(第一類建築物之外)。

(2) 教育文化類:幼稚園;各級學校校舍(第一類建築物之外);集會堂、活動中心;圖書館、資料館;博物館、美術館、展覽館;寺廟、教堂;補習班;體育館。

(3) 衛生及社會福利類:醫院、診所(第一類建築物之外);安養、療養、扶養、教養場所;殯儀館。

(4) 營業類:餐廳;百貨公司、商場、超級市場、零售市場;批發量販營業場所;展售場、觀覽場;地下街。

(5) 娛樂業:電影院、演藝場所、歌廳;舞廳、舞場、夜總會;錄影節目播映、視聽歌唱營業場所;保齡球館。

(6) 工作類:金融證券營業交易場所之營業廳。

(7) 遊覽交通類:車站、航運站。

(8) 其他經中央主管機關認定之建築物。

第四類建築物

其他一般建築物,I=1.0。

一棟建築物如係第三類與第四類單獨或混合使用之建築物,第三類供公眾使用場所(1)至(8)項累計樓地板面積未超過1,000平方公尺者,用途係數為1.0;前述供公眾使用累計樓地板面積超過3,000平方公尺者,用途係數需用1.25;供公眾使用累計樓地板面積介於1,000至3,000平方公尺者,且供公眾使用累計樓地板面積超過總樓地板面積百分之二十時,用途係數需用1.25,否則可用1.0。

建議台灣現行耐震規範之用途係數區分方式,未來應可參照美國以風險程度配合使用機能來區分建物之重要性,但須針對有包含高度危險、高毒性或爆炸性物質的建築物和其它結構,業主須提出風險危害評估、防災計劃與應變計劃,以得到主管機關的認可以確認其重要性及用途係數;另外,若建築物或其他建築物除了其結構系統部分,亦包含其它具有較高風險類別的建築系統單元(例如空調系統或電力系統)與其它具有較低風險類別的建築物或其他結構的其他部分有互制的效應,則應將這些單元皆歸屬於較高風險的類別。而有關"公眾使用之建築物"的認定方式、範圍與分類,亦與建築法第五條[12]之規定有所不同,應在解說中適當提醒。

參考文獻

1. 內政部營建署 (2011),「建築物耐震設計規範及解說」,100.01.19台內營字第0990810250號令修正部分規定,自中華民國100年7月1日生效。

2. International Conference of Building Officials (ICBO), 1976. Uniform Building Code, Whittier, CA.

3. International Conference of Building Officials (ICBO), 1988. Uniform Building Code, Whittier, CA

4. International Conference of Building Officials (ICBO), 1997. Uniform Building Code, Whittier, CA

5. International Code Council (ICC), 2000. International Building Code, Falls Church, VA.

6. American Society of Civil Engineers (ASCE), 2017. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE 7, ASCE Standard, SEI/ASCE 7-16, Reston, VA.

7. International Code Council (ICC), 2016. International Building Code, Falls Church, VA.

8. 內政部營建署 (1982),「建築技術規則」,71.06.15台內營字第91123號令修正,中華民國71年7月15日施行。

9. 內政部營建署 (1997),「建築物耐震設計規範及解說」,86.06.06台內營字第8672951號函訂頒,中華民國86年7月15日施行。

10. 內政部營建署 (2005),「建築物耐震設計規範及解說」,93.12.14台內營字第0930088288號令修正發布,中華民國94年7月1日施行。

11. 內政部營建署 (2010),「供公眾使用建築物之範圍」,內政部99.3.3台內營字第0990801045號令修正發布,中華民國99年4月1日生效。


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