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建築與防災(四):我要耐震的房子!

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

不同結構的建築物,都必須符合防震規範的設計標準,因此安全性是一致的。圖為臺灣現代建築經常使用的RC結構。(圖片來源:WikimediaCommons 作者:Argyriou )

不同結構的建築物,都必須符合防震規範的設計標準,因此安全性是一致的。圖為臺灣現代建築經常使用的RC結構。(圖片來源:WikimediaCommons 作者:Argyriou )

李柏昱 | 國立臺灣大學地理環境資源學系

從臺灣過去幾次大震災的慘痛教訓中,可以看出單純的地表晃動並不會對生命財產構成威脅,無法抵抗地震而倒塌的建築才是傷亡的主要原因。但是影響建築物抗震的因素何其多,本次專訪請到國家地震工程研究中心的林克強研究員,由建築結構的角度切入,分享建築結構在抗震設計上必須考慮的因素,以及地震來臨時,建築中哪些地方最容易被破壞?還有臺灣常見的RC、SRC、SC結構,在耐震上該如何考量跟選擇?

建築結構必須注意的問題

林克強研究員說,由於臺灣地處地震帶,因此整個台灣在做建築設計時都必須將地震威脅納入考慮,建築物耐震設計幾個必須注意的點包含地質因素、結構特性、建築高度、建築規則性與個人使用習慣。

地質因素─如果建築物所處的地質比較堅硬,地震波來的時候就容易消減,不會反覆震盪,建築物受到的震波相對就比較小。例如台北市的盆地效應,1987年的花蓮地震就導致華陽市場倒塌,盆地效應有如一只裝滿水的水盆,輕輕一晃可以看到水面劇烈的波盪起伏;如果換成裝滿混擬土,怎麼晃表面都不動如山。

結構特性─不同結構系統的耐震能力並不相同,不過在進行建築耐震設計時,原則是不管採用哪種結構系統,都會要求建築物的安全性必須通過耐震標準,建築物並不會因為是鋼構還是鋼筋混泥土構造,就比較容易倒塌,耐震設計上都是合格的。

建築高度─由於高度越高,樓頂所受的加速度越強,加上底層承載的重量越重,越有可能因為結構設計不良或施工不良而倒塌。

建築物的規則性─建築物在立面上或是平面上是否規則。若建築物某樓層之重量與其相鄰之樓層有明顯差異,或是建物立面幾何形狀不對稱,前者如設置游泳池或是一樓完全開放設計,後者如某樓層退縮或外推,皆被視為立面不規則;平面上,建築幾何形狀最好是方形、矩形或圓形,如果是十字型、H型、L型平面等等,則被視為平面不規則。越規則的建築受到地震的影響就越不明顯,越不規則就越容易出現「軟層」或是「弱層」的問題,地震便相當容易對這些軟弱層造成破壞。

個人使用習慣─林研究員特別強調這個因素,是臺灣社會與政府長期忽視的一塊。個人使用習慣與社會文化息息相關,比方說拆除或增設隔間牆,當然會影響建築物受地震效應的影響。在台灣,一樓經常當作店面使用,而將一樓隔間牆敲除,使一樓成為軟弱層,加上一樓又乘載了整棟建築物的重量,整棟房子如同一隻「軟腳蝦」,地震一來一樓就不見了。此外,地震對建築物產生的效應與建築物重量密切相關,台灣盛行屋頂加蓋,但是建築設計是否能容納這些多餘的負重?

地震對建築構件的破壞

林研究員說,遭遇地震建築物一定會受到損害,臺灣對建築物的耐震要求是「小震不壞、中震可修,大震不倒」。建築物最容易受損的地方,往往是建築物第一個受到地震力的地方。對台灣的建築物而言,這個首當其衝之處便是牆,因為牆壁受到的徑向作用力最大,地震發生後經常看見許多房屋的牆壁出現裂痕,引起民眾恐慌。耐震規範中,對於牆的耐震要求是能裂但不能倒,所以牆壁些微龜裂是建築物吸收地震能量的正常反應,對於過寬、過高的牆,耐震規範中都要求必須增設額外的強化設施。

另外一個很容易被地震破壞的地點,是建築構建彼此相交的節點,例如梁柱交接點。對建築物而言,最嚴重的破壞莫過於柱子的破壞,雖然並不如牆壁龜裂來得常見,但通常柱子一倒建築物就會倒塌。

從耐震設計的角度來看,只要能避免人命傷亡,這棟建築物的耐震設計便可算成功。目前對於耐震的要求已逐漸提高到「大震可修」,並維持一定的功能;災後擔任重要功能的建築,比如說學校校舍、醫院、政府機關,能夠在震後繼續使用更顯重要。

隨著建築法規的演進,近年來地震因為建築倒塌的傷亡數量降低許多,非結構性的破壞才是目前造成地震人員受傷的重要原因,比如說掉落的天花板、傾倒的家具、破碎的玻璃窗等等。林研究員強調,如果要保障人民的生命財產安全,這些非結構性的要求也是相當重要的。

三大結構大車拼,維護費用須考量

臺灣的建築耐震法規經過多次修訂,不管使用哪種結構系統,只要建築物依據「建築物耐震設計規範」來設計,施工落實結構設計並顧及每一施工細節,耐震強度應無疑慮。臺灣現代建築主要有鋼筋混凝土(RC)、鋼骨鋼筋混凝土(SRC)以及鋼骨結構(SC)三者,各有不同的優缺點以及施工上需要注意之處。

RC是台灣最常見的建築結構,初期造價便宜,還有防火性能佳、隔音效果好等優點。但是RC結構施工程序複雜,品質控管難度高,施工細節成為建築結構是否耐震的重要關鍵,需要注意鋼筋與混凝土的品質、箍筋的角度以及諸多施工細節。

SC結構適合興建高層大樓,而且鋼材研展性佳,SC結構大樓相當耐震,但有初期造價高昂、隔音差、不耐高熱等缺點。施工過程鋼骨焊接處的品質控管與鋼材的選擇相當重要。

SRC結構結合上述兩者的優點,兼顧RC的防火與隔音效果,又有SC的延展抗震能力。但也因此SRC施工過程相當繁複,需要注意的地方也是上述兩者的集合,必須同時注意鋼骨焊接、鋼筋以及混凝土的品質等等。

但是從實際面觀之,還必須考慮建築物的生命週期,林研究員說「你能夠容忍怎麼樣的破壞,台灣地震不斷發生,你願意在建築物的生命週期中投入多少成本來修復?」就初期建造成本來看,當然是SC結構最為昂貴,SRC結構次之,RC最為便宜。不過如果考慮修復成本,RC結構容易因為地震而導致開裂,需要經常修補,而SC結構只要不破裂就不會有維修問題。

林研究員說:「台灣人使用建築有一個錯誤的觀念:建築物蓋好後就不用維護了。基本上建築物蓋好後每隔幾年就應該要做基本維護,也能提早發現建築物容易受損的地方。」,許多人都希望能有一間能遮風避雨的小窩,但愛屋如同人的身體,也必須面對生老病死的宿命,國外大約每隔15年會做一次建築的檢查,藉此判斷建築是否需進行更新。唯有好好照顧自己的安身之所,下次地震來時,才能繼續盡忠職守保護屋內人的安全。(本文由科技部補助「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)

 

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「專題報導」。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!

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

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關於作者

李柏昱

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。