以近期震災資料建立建物易損性曲線及其應用

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許銘凱(Ming-Kai Hsu) 查詢紙本館藏

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地球科學學系

論文名稱

以近期震災資料建立建物易損性曲線及其應用
(Using Earthquake Building Damage Data in Establishing Building Fragility Curves and its Application)

相關論文

★ 台灣地區中大型地震震源參數分析	★ 台灣北部地區之隱沒樣貌
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摘要(中)

地震風險評估對都市在計算減少地震發生時造成的潛在損失評估上扮演者重要的角色。本研究之地震風險評估由三個主要參數組成，分別為地震危害度、暴露量模型以及脆弱性曲線。評估特定場址在一定年限下超越某一強地動值的機率，稱為地震危害度分析。而機率式地震危害度分析是將地震與地質資料，以統計方法或其他機率方法推求場址的結構物在使用年限下，遭受超過各程度的強地動值的機率，進一步推估某一再現週期下所遭受的強地動值。暴露度為暴露於災害下的資產。暴露度模型可以提供包含座標、建築物分布、人口分布以及建築物分類等資訊，是整個地震風險中的基礎資料庫之一。脆弱性曲線（Vulnerability Curve）的概念最早被地震工程專家應用於描述地震中橋梁或建築物之損害可能性評估，以地震災害的觀點而言常稱之為易損性曲線，易損性曲線表達了不同類別的建築物在某一強地動因子下可能的破壞機率，並被廣泛地應用於地震早期災損評估及減災規劃上。其中建築物易損性曲線對於地震風險評估有著重要的影響。本研究首先利用1999年集集地震及2016美濃地震後建築物損害紀錄，根據不同建築物建材類型，以最大概似法迴歸出在不同最大地表加速度 (PGA)以及最大地表速度 (PGV)下建築物易損性曲線，對比過去前人評估台灣地震風險利用PGA的易損性曲線，以過去集集地震及美濃地震實際觀測得到的地動值，計算及對比地震風險的結果。本研究建立的易損性曲線所進行的風險評估結果除對比過去易損性曲線評估之結果有所下修外，其美濃地震損失評估結果也較接近於實際災損評估。本研究期望透由建立易損性曲線，討論風險評估結果，作為未來提供政府及相關防災政策之參考。

摘要(英)

The assessment of the seismic risk for the city represent an important resources in order to measure the potential losses due to future earthquake. The evaluation of seismic risk involves the combination of three main components: seismic hazard model, exposure model defining the spatial distribution of elements exposed to the hazard and vulnerability functions capable of describing the distribution of percentage of loss for a set of intensity measure levels. Building fragility curve is an important component to influence the seismic risk. The fragility curves in this study will be made based on the building damage records collected from the 1999 Chi-Chi and 2016 Meinong earthquakes. The fragility curves in Taiwan were previously developed based on the value in peak ground acceleration (PGA). In the knowledge finding on the relation of hazard to damage as to be risk related, PGA is not a critical parameter for this estimation. In view of this, we intend to develop building fragility curves in other strong motion parameters (e.g., peak ground velocity or revised intensity). By using maximum likelihood estimation method we estimate the building damage and economic loss in comparison to the previously established PGA-based curves. In this case the reliability of the building damage and economic losses for our result are higher than the estimation from pre-existing fragility. We implemented both the pre-existing fragility curves and those we have obtained to the probabilistic seismic risk assessment for Taipei and Tainan City. Our intention is to give the new building fragility curves in different types of intensity and the first attempt on the modeling the seismic risk on an open platform for Taiwan.

關鍵字(中)

★ 易損性曲線

關鍵字(英)

★ fragility Curve

論文目次

目錄
中文摘要 . i
Abstract iii
致謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究區域 1
1.3 文獻回顧 2
1.3.1 地震風險 2
1.3.2 易損性曲線建立 3
1.3.3 地震損失評估系統 4
第二章研究方法 6
2.1 建物易損性曲線 6
2.1.1 方均根法 7
2.1.2 最大概似法 7
2.2 地震風險分析 8
2.2.1 機率式地震危害度分析 9
2.2.2 暴露度模型 9
2.2.3 脆弱性模型 11
第三章以災損資料建立易損性曲線 17
3.1 災害簡述 17
3.2 建築物資料統計 18
3.2.1 建築物分類及損害程度 18
3.2.2 災損資料 19
3.2.3 樓地板面積資料 20
3.3 易損性曲線迴歸 21
3.4 分析與討論結果 23
3.4.1 集集地震災損資料迴歸加速度易損性曲線 23
3.4.2 集集地震及美濃地震災損資料迴歸加速度易損性曲線 25
3.4.3 集集地震及美濃地震災損資料迴歸速度易損性曲線 26
3.4.4 迴歸易損性曲線綜合討論結果 26
第四章討論 46
4.1 資料處理 46
4.1.1 樓地板面積資料 46
4.1.2 地震災損資料 47
4.2 易損性曲線 48
4.2.1 統計方法 48
4.2.2 建築物分類 49
4.2.3 地動值與損害關系 50
4.2.4 與NCREE(2002)研究比較 51
4.3 地震風險評估 51
4.3.1 美濃地震風險評估 51
4.3.2 以機率式地震危害度分析進行地震風險評估 53

第五章結論 67
參考文獻 69
附錄A 74

圖目錄

圖2.2.1 TEM機率式地震危害度分析震源分區圖 15
圖2.2.2 其建造年代與耐震能力區分為高耐震設計水準 (H)、中耐震設計水準 (M)、低耐震設計水準 (L)和未經耐震設計水準 (P)等四級 16
圖2.2.3 國家災害防救科技中心建立之臺澎金馬 500mx500m 網格 16
圖.2.2.4 NCDR利用稅籍資料進行彙整與加值流程圖，首先為簡化工作量將稅籍資料地址2D化，去除樓層資訊，後利用內政部提供的TGOS門牌地址資料庫將地址轉成座標，依建物分類及耐震設計水準建立網格式建築物資料庫 (李中生，2015) 19
圖3.1.1 利用中央氣象局台灣強震網 (TSMIP)所記錄到的三分量波形資料紀錄之集集地震地表最大加速度 (peak ground acceleration，簡稱PGA)以及地表最大速度 (peak ground velocity，簡稱PGV) 31
圖3.1.2 利用中央氣象局台灣強震網336個測站所記錄到的三分量波形資料紀錄之美濃地震 (a)地表最大加速度 (peak ground acceleration，簡稱PGA) (b)地表最大速度 (peak ground velocity，簡稱PGV) 32
圖3.1.3 利用中央氣象局台灣強震網336個測站所記錄到的三分量波形資料紀錄之美濃地震 (a)地表最大加速度 (peak ground acceleration，簡稱PGA) (b)地表最大速度 (peak ground velocity，簡稱PGV) 33
圖3.4.1 以集集地震災損資料迴歸 (a)木構造 (b)鋼構造加速度易損性曲線 34
圖3.4.2 以集集地震及美濃地震災損資料迴歸 (a)木構造 (b)鋼構造加速度易損性曲線 38
圖3.4.3 以集集地震及美濃地震災損資料迴歸 (a)木造 (b)鋼構造速度易損性曲線 42
圖4.3.1 台南市暴露量模型 (建物樓地板面積) 54
圖4.3.2 建築物樓地板面積分類統計圖 54
圖4.3.3以美濃地震氣象局全國強震站 (TSMIP)觀測資料評估各類建築物破壞統計圖 (a) 損害程度達到嚴重損害以上各類建築物受損比例 (b) 損害程度達到完全損害以上各類建築物受損比例 56
圖4.3.4以P-alert 即時震度資訊觀測資料評估各類建築物破壞統計圖 (a) 損害程度達到嚴重損害以上各類建築物受損比例 (b) 損害程度達到完全損害以上各類建築物受損比例 58
圖4.3.5 以美濃地震氣象局全國強震站 (TSMIP)觀測資料評估各類建築物經濟損失統計圖 (a) 損害程度達到嚴重損害以上各類建築物經濟損失 (b) 損害程度達到完全損害以上各類建築物經濟損失 60
圖4.3.6 以P-alert 即時震度資訊觀測資料評估各類建築物經濟損失統計圖 (a) 損害程度達到嚴重損害以上各類建築物經濟損失 (b) 損害程度達到完全損害以上各類建築物經濟損失 62
圖4.3.7 利用中央氣象局強震網觀測震波資料 (a)以本研究之最大地表加速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 (b)以本研究之最大地表速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 (c)以NCREE(2002)之最大地表加速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 63
圖4.3.8 利用P-alert即時震度資訊觀測資料 (a)以本研究之最大地表加速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 (b)以本研究之最大地表速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 (c)以NCREE(2002)之最大地表加速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 64
圖4.3.9 利用中央氣象局強震網觀測震波資料計算 (a) 以本研究之最大地表加速度易損性曲線計算建築物經濟損失 (b)以本研究之最大地表速度易損性曲線計算建築物經濟損失 (c)以NCREE(2002)之最大地表加速度易損性曲線計算建築物經濟損失 65
圖4.3.10 利用P-alert即時震度資訊觀測資料計算 (a) 以本研究之最大地表加速度易損性曲線計算建築物經濟損失 (b)以本研究之最大地表速度易損性曲線計算建築物經濟損失 (c)以NCREE(2002)之最大地表加速度易損性曲線計算建築物經濟損失 66
圖A.1.1 綜合考量包括區域震源、隱沒帶震源、及斷層震源下台南地區475年迴歸週期及2475年迴歸週期之危害度圖，由左至右依序為地表加速度、譜加速度在週期0.3秒以及譜加速度在週期1秒。 77
圖A.1.2 以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台南市各類建築物破壞統計圖 (a) 損害程度達到嚴重損害以上各類建築物受損比例 (b) 損害程度達到完全損害以上各類建築物受損比例 79
圖A.1.3 以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台南市各類建築物破壞統計圖 (a) 利用NCREE(2002)易損性曲線計算其損害程度達到嚴重損害以上各類建築物經濟及損失損害程度達到完全損害以上各類建築物經濟損失(b) 利用本研究易損性曲線計算其損害程度達到嚴重損害以上各類建築物經濟及損失損害程度達到完全損害以上各類建築物經濟損失 81
圖A.1.4 (a)利用NCREE(2002)易損性曲線 (b) 利用本研究加速度易損性曲線計算建築物全倒及半倒損害率 82
圖A.1.5 (a) 利用NCREE(2002)易損性曲線 (b) 利用本研究加速度易損性曲線計算建築物經濟損失 83
圖A.2.1 綜合考量包括區域震源、隱沒帶震源、及斷層震源下台北地區475年迴歸週期及2475年迴歸週期之危害度圖，由左至右依序為地表加速度、譜加速度在週期3秒以及譜加速度在週期10秒 84
圖A.2.2 台北地區暴露度模型(樓地板面積) 85
圖A.2.3 建築物樓地板面積分類統計圖 85
圖A.2.4 以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台北市各類建築物破壞統計圖 (a) 損害程度達到嚴重損害以上各類建築物受損比例 (b) 損害程度達到完全損害以上各類建築物受損比例 87
圖A.2.5 以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台北市各類建築物破壞統計圖 (a)損害程度達到嚴重損害以上各類建築物經濟及損失損害程度達到完全損害以上各類建築物經濟損失(b)損害程度達到嚴重損害以上各類建築物經濟及損失損害程度達到完全損害以上各類建築物經濟損失 89
圖A.2.6 由NCREE(2002)易損性曲線及PSHA評估台北地區房屋損害情形(a)輕微損害 (b)中度損害 (c)嚴重損害 (d)完全損害。利用本研究加速度易損性曲線及PSHA評估台北地區房屋損害情形 (e)嚴重損害(半倒) (f)完全損害(全倒) 90
圖A.2.7 (a)利用NCREE(2002)易損性曲線評估50年內超越機率10%之建築物經濟損失 (b)利用本研究加速度易損性曲線50年內超越機率10%之建築物經濟損失 91

表目錄
表2.1 建築物依建材及樓高分類列表 13
表2.2 建築物耐震設計水準分類 13
表2.3 結構系統單位面積的重建成本 (元)，及在不同損害程度下的損失比 14
表3.1 建物損害分級及量化描述 27
表3.2 建物分類統一對照表 28
表3.3集集地震及美濃地震災損資料迴歸加速度 (PGA)易損性曲線misfit比較 29
表3.4集集地震及美濃地震災損資料迴歸速度 (PGV)易損性曲線misfit比較 30
表4.1 以美濃地震氣象局全國強震站 (TSMIP)觀測資料評估各類建築物破壞 (破壞面積/樓地板面積) 55
表4.2 以P-alert 即時震度資訊觀測資料評估各類建築物破壞 (破壞面積/樓地板面積) 57
表4.3 以美濃地震氣象局全國強震站 (TSMIP)觀測資料評估各類建築物經濟損失 (千萬元) 59
表4.4 以P-alert 即時震度資訊觀測資料評估各類建築物破壞 (千萬元) 61
表A.1以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台南市各類建築物破壞 (破壞面積/樓地板面積) 78
表A.2以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台南地區建築物經濟損失 (千萬元) 80
表A.3以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台北地區各類建築物破壞(破壞面積/樓地板面積) 86
表A.4 以機率式地震危害度分析475年迴歸週期評估台北地區之建築物經濟損失(千萬元) 88

參考文獻

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指導教授

馬國鳳、鄭錦桐(Kuo-Fong Ma Chin-Tung Cheng)

審核日期

2017-8-15

推文