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你的房子耐震嗎?結構物監測站告訴你

1985年墨西哥城大地震中,許多高層建築因自然震動周期與地震周期一致,引發共振效應而倒塌,造成嚴重傷亡。(圖片來源:Wilimedia Commons 作者United States Geological Survey)

1985年墨西哥城大地震中,許多高層建築因自然震動周期與地震周期一致,引發共振效應而倒塌,造成嚴重傷亡。(圖片來源:Wilimedia Commons 作者United States Geological Survey)

2013年6月2日南投再次發生規模6.3強震,震撼全台灣。身處地震頻發的國家,如何進行地震的防災減災,無論對於官方還是民間而言都是重要的工作。

地震災害致命的原因多半是因為房屋倒塌,或是因地震而引發的火災或海嘯,單純的地面晃動並不會造成災情,所以房屋、橋梁等建築結構物的抗震能力便成為地震減災的重要課題。

當地面上的建築物遇到地震,除了受到地質環境的影響外,建築物本身也有「自然振動周期」,對於建築物的搖晃程度與建築物的受損情形有相當大的影響。

所謂的「自然振動周期」,指當地震來襲,建築物底部與地面一起晃動,而地面上的建築物因為缺乏水平方向的固定,而呈現水平自由運動的狀況。建築物的結構、建築材料,甚至樓高,都會影響到建築的自然振動周期。

當建築物的自然振動周期與地面晃動的頻率一致,便容易產生「共振」現象,對於建築物造成極大的破壞。

當樓高越高,建築物的自然振動周期越長,不巧的是,大規模地震的地面搖晃頻率亦較長,若高層建築未做好防震措施,遭遇大地震時便相當容易受損。例如1985年的墨西哥城大地震,許多高樓便是因為共振效應倒塌,造成極大傷亡。

為了更加了解不同建築結構的自然振動周期對於建築的影響,氣象局在1991年起,開始在建築物與橋梁布設結構物監測系統,觀測地震對建築物與橋樑不同的震動情形。

以2002年震撼大台北的311強震為例,當時台北車站前,鋼骨結構的新光大樓頂層(高度約240公尺)的搖晃幅度,比鋼筋混擬土結構的中央氣象局6樓(高度約18公尺)來得小,顯示不同結構的建築物面臨地震時有不同的表現。

此外,2006年4月1日台東發生規模6.4的強震,台東縣消防局嚴重受損,這次地震是台灣布設結構物監測系統後,首次監測網中的建築物因地震損毀,提供極為珍貴的觀測資料,供工程界得以藉由此次經驗,改善建築物的防震設計。

不過,實際上個別建築物或橋梁受到的震動來源相當複雜,除了地震之外,風力、基礎沉陷、結構老化亦有影響,以觀測到的震動波形來解釋整個建築物的結構變化並不容易,目前世界上也未有公認的理論存在。

由於不知地震何時來襲,目前氣象局將儀器先行安裝於重要建築物中,為科學界蒐集資料,讓防震的理論與振動分析方法的發展,能有實際資料驗證,讓未來台灣的建築物能愈加安全。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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關於作者

成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。