地震來了怎麼辦?免震 制震 抗震 哪種工法最安全?
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田唯希
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地震來了怎麼辦?免震 制震 抗震 哪種工法最安全?

2021 年 3 月 10 日


臺灣位於地震帶上,持續受各種大小地震的摧殘與困擾,人們在面對居住環境時自然而然非常關心耐震相關的問題。地震工程界有個說法是:「地震本身不會害死人,但建築物會。」強震來臨時,大多數的傷亡都是因為建築物倒塌而造成,而在電視上看到關於建築物倒塌的新聞也讓人更加關注自己身處在的建築物內的耐震程度。究竟一棟建築物能夠利用什麼樣的工法來抵擋大自然的力量、耐震的主要概念又是甚麼呢?希望能在這篇為大家釐清一些基本的抗震觀念!

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耐震標準怎麼制定?

首先介紹有關建築物耐震的相關法規《建築物耐震設計規範》,由內政部營建署集結國內地震工程專家的研究以及地震災害的經驗,經過立法院通過後施行。根據地震發生的機率、規模、震度,將臺灣各地分成不同的震區後,再依照此標準規定各區建築的地震力係數

  • 耐震係數越高,耐震度越高!
    所謂的耐震或抗震度是建築物在最初的設計規劃時所能承受的最大力量。耐震係數是水平加速度的係數,也就是預估地震時該地區可能發生的最大地表加速度值。簡單來說,耐震係數越高,能承受的耐震度就越高
  • 小震不壞、中震可修、大震不倒
    而建築物耐震的主要觀念可以用一句話來解釋,就是:「小震不壞、中震可修、大震不倒」。小震指的是當地平均每 30 年就會發生一次的最大地震,其強度不會使建築物受損,在地震過後能夠維持其正常機能;中震是根據歷史地震統計當地平均每 475 年就會發生一次的最大地震,其強度只會使建築物局部受損,但經過修繕後仍然可以居住;大震則是當地平均每 2500 年就會發生一次的最大地震,其強度可能使建築物全面受損,但不會倒塌,大樓裡的人仍可逃離大樓。在強震中建築物可能無法毫髮無傷,所以耐震的主要目的是要讓人能夠及時逃出,遠離危險來源。不論建築再怎麼耐震,切記:逃生還是最重要的!
  • 水泥磅數不是越高越好!
    有時可能會聽到建商介紹建築物所使用的「水泥磅數」,一個常見的迷思是磅數越高代表房屋結構就越安全,但一棟建築物的結構需要從非常多面向下去分析,數字並不是絕對喔!
    舉例來說,當地的土壤、地形、建築物用途等條件,都是一棟建築物的耐震係數的影響因子,如果建築甲位於地震區且土壤狀況較差,它可能需要 7000 磅的水泥磅數但卻只用了 6000 磅;建築乙或許只需要 4000 磅但卻用了 5000 磅。
    相較之下,雖然建築甲的實際使用磅數比乙高( 6000 磅> 5000 磅),但建築乙其實擁有更高的結構品質(建築甲低於本身需求磅數;建築乙超過本身需求磅數)。因此大家不需要盲目地追求最大的數字,因為每一棟建築的條件都是不同的。

關於水泥磅數的補充,水泥磅數的正確說法是混凝土設計強度,公制單位為 kg/cm²(每公斤可乘載多少公斤的重壓),但通常會使用「磅數」或是 psi(英制)來表達。水泥磅數的選擇和上述提到的條件有密切的關係,不論是建築物用途、地形、氣候等等,都會是要考慮的因素。拿高樓大廈作為例子來思考的話,在下方的樓層與地基需要承載較多的重量,因此會使用更高強度的混凝土來支撐整座大樓;水泥磅數有機會隨著樓層高度遞減

耐震怎麼分類?

上面提到的《建築物耐震設計規範》與《混凝土結構設計規範》中已有清楚的結構設計規範、鋼筋的綑綁工法、混凝土磅數等等會影響建築耐震度的元素也有詳細的規定;設計端必須遵守法規去計算與設計,才能蓋出讓人安心的穩固建築。

當然,大家最在意的問題仍然是建築物如何耐震、用甚麼方法可以提高建築物的耐震度。除了最基本的建築結構設計鋼筋材質工法地基等等,結構技師或是建設公司也會考慮使用「制震」與「免震」設備來加強建築物的耐震度。

制震」設備又稱為減震或避震器,顧名思義就是減少建築物的搖晃,也減少對於建築物結構體的負擔。阻尼器( Damper 或 Shock absorber )便為大家最熟悉的制震器,是用來減緩震動或吸收能量的機械或液壓裝置,而最知名的大抵是臺北 101 大樓的風阻尼器。臺北 101 屬於超高層大樓,容易受到風的影響而產生晃動,若擺動太大則會引起建築物內人們的不適。為了減少建築的搖晃, 101 採取的方式是裝設大家熟知的大圓球,也就是風阻尼器( Tuned Mass Damper ,縮寫為 TMD )。

參考影片: https://www.youtube.com/watch?v= SlKx8scISjM &feature=emb_logo

另一種方式叫做制震壁,是在建築物上下的結構體之間安裝中間含有黏彈性材料的鋼板,藉由這樣的裝置來吸收部份的地震能量,減緩搖晃的程度。又或者在結構比較不規則的建築物上加裝斜撐制震柱於梁柱的對角線,用來加強結構的韌性。

免震」又稱為隔震,是在建築物的結構底部安裝隔震墊,地震來臨時,藉由隔震墊的行動抵銷部分的地震能量,使得建築體只需要吸收剩餘的能量,因此可以大幅減少受損的程度。之所以會被稱為免震是因為這樣的方式能夠隔絕 60% 以上的地震力,是效果最好的一種方式

參考影片: https://www.youtube.com/watch?v=ovygOWWizoM

雖說如此,台灣運用最普遍的耐震工法是制震,因為制震壁的位於柱樑或是牆壁上,屬於垂直向的物件,施工相較於免震設備容易許多免震系統因裝設於建築物結構體的底部,所以在前期設計與整合上難度較高,目前台灣的技術較不純熟。也因成本較高,所以選擇使用免震系統的建築大多是總價較高的建案,如陶朱隱園信義帝寶等。

結構補強 = 建築物不安全嗎?該注意些甚麼?

當大家聽到結構補強這幾個字的時候,是不是會自動和危險建築劃上等號呢?這其實是一個錯誤的想法,結構補強是一種災害預防工程,利用不同的施工方式去加強建築物抗震的能力。建築結構的問題是無法用肉眼觀察的,必須由專業的技師進行結構檢測才能診斷出建築的問題,也因此有做好結構補強的建築物比未檢測的老屋還要安全許多喔!

不論是一開始的興建、結構計算、或是結構補強,都涉及整棟建築物的設計與工法,必須按照法規以及專業流程進行。在任何一個階段偷工減料都會造成潛在的危險,因此施工品質與查驗可以說是最重要的關卡,也是政府和業界該嚴格評估與考核的。

以上介紹的制震、免震設備對於建築物的抗震都是加分的規劃,但筆者仍要提醒大家,不能陷入「有這些設備就絕對安全」的迷思喔!其實最重要的事情是基礎工程是否確實,只要施工品質提升,耐震力也會跟著提升;越是讓施工過程透明化,大家對於結構的安全才能更放心。

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