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地震來,躲那裡? ---- 你我都應該知道的房屋基本結構 ---- 也可做為購屋的參考
2012/12/29 12:31
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地震來,躲那裡? ---- 你我都應該知道的房屋基本結構 ---- 也可做為購屋的參考

台灣因位於環太平洋地震帶上,每年都有多起規模6以上的地震。這些地震或多或少都帶給台灣些許災害,尤其十三年前的921地震,帶給台灣嚴重的生命及財產損失。目前,雖然地震仍是一無法預知的天然災害,但是平時若能採取適當的準備措施,仍然是可將生命及財產的損失降至最低的。

就讓我們來瞭解地震及房屋結構的基本常識。首先,許多人都會問,我的房子能承受幾級地震?其實這是一個結構工程師無法回答的問題,因為結構工程師設計房子並不是以抵抗幾級地震為依據、為標準的,而是以地表加速度為依據、為標準的。地震規模的大小是以其釋放的能量為依據,一個規模較大的地震,可能因其離地表較深,離你家較遠,地震波傳到你家附近時所造成的地表加速度相對較小,所以並沒有對你家造成傷害;相反的,一個規模較小的地震,卻可能因其離地表較淺,離你家較近,地震波傳到你家附近時所造成的地表加速度卻比較大,反對你家造成傷害。

在台灣大部分的房子都是鋼筋混凝土結構、鋼骨結構、或鋼骨鋼筋混凝土結構(俗稱SRC結構),以及少部分加強磚造結構(大都為老舊的四層樓及以下的公寓和二或三層的透天厝)。也有許多人會問,鋼骨結構、或鋼骨鋼筋混凝土結構的抗震性是否比鋼筋混凝土結構好?因為坊間許多建商都打出廣告,本大樓為鋼骨結構、或鋼骨鋼筋混凝土結構,抗震能力良好等等,以吸引客人。其實不然,只要是依照耐震設計規範設計,不論何種構造,其耐震性都是一樣好。

台灣大部分的房屋建築都是以韌性抗彎矩構架來吸收地震能量,以達到抗震的目的,也有部分的房屋建築並配置剪力牆或斜撐構架來分擔部分地震力。其實一個建築物所承受的地震力是來自其慣性,就如同一個人坐公車時,公車起步時,人會向後傾;公車煞車時,人會向前傾。建築物也一樣,地震來襲時,建築物底部的地表,受到地震波傳來的加速度,建築物也會向前、向後傾,而形成來回搖晃。而這地震力的大小則與建築物的質量有關,地震力的分佈則與建築物質量的水平及垂直分佈,建築物的樑、柱尺寸及樑、柱的平面、立面配置有關。一建築物的樑、柱(及剪力牆或斜撐構架)配置良好,則其應力(地震力的分佈)較不易集中於某特定處,而造成建築物的局部破壞,進而造成建築物的倒塌。但是怎樣的建築物是配置良好呢?筆者將繁雜的結構學理歸納為三個基本原則,各位可把握這三基本原則來判定建築物的配置是否良好。 而這三個基本原則恰好可用S. R. C.這三個英文字母來表示,只是此處 S. R. C.並不是鋼骨鋼筋混凝土結構。而是對稱性(Symmetry)、規則性(Regularity)、及連續性(Continuity)。

對稱性 (Symmetry) --- 一個建築物的樑、柱(及剪力牆或斜撐構架)的配置具對稱性,則地震來襲時,該平面較不會產生由偏心所造成的扭轉,因此抵抗地震的能力也較好。但對稱性是要看整棟建築物的,不是只看你這一戶,而且最好是兩個方向都有(地震會從那個方向來是無法預知的,目前的結構設計是將建築平面以直角座標分成兩個方向,並在兩個方向上都配置抵抗地震的結構系統)。這些資料都是載明於施工圖上(沒有施工圖只能從建商的銷售圖來判斷)。其實這是筆者認為消基會(政府)應該為消費者爭取的,你買任何用品,小至家電用品,大至汽車,都有使用說明書,唯獨買一輩子最貴的房屋卻什麼也沒有。筆者認為,建商應該提供一份建築、結構、水電圖給消費者(至少是你這一層的)。

規則性(Regularity)--- 地震來襲時,不規則的建築物其應力(地震力的分佈)較易集中於某些地方,同時由偏心所造成的扭轉更會加大其應力,容易造成建築物局部破壞。不規則性又可分為平面不規則及立面不規則。如下圖所示,一建築平面缺角過大即為平面不規則,由此衍生可得”凸 ”字形、”凹 ”字形、”十 ”字形、及”H ”字形等,均為平面不規則。

 

即使一對稱的建築也可能是平面不規則,如”十 ”字形及”H ”字形等,因為平面不規則建築物的凸出部分,在地震下的反應常常不同於整棟建築物在地震下的反應,所以容易造成建築物局部應力過大而導致建築物損毀。在同一層中,如樓版厚度差異過大(機械設備層),或樓版開口過大(部分挑空),都屬於平面不規則。

立面不規則的建築則包括樓層重量差異太大,如設備層或該層有游泳池以至於該層重量與其上下層差異太大;某層樓的樓高與它層均不同,國內許多一、二層為商場或開放空間的建築,因其樓高比上面各層高出很多,都是屬於立面不規則。立面不規則的建築於地震來襲時,這些不規則的樓層其應力常常會比較大,進而導致建築物倒塌。

連續性(Continuity)--- 一建築物的水平構件,樓版及樑;以及垂直構件,柱及牆;其連續性良好,則地震力可以有效的經由這些路徑傳遞至基礎下的土壤。如連續性不好,則地震力在這些不連續構件處必須重分配,尋找其他構件以傳遞地震力到基礎下的土壤,而這些不連續處也易造成破壞,進而導致建築物倒塌。連續性也分水平連續及垂直連續,國內許多建築物在入口大廳處,常因美觀而挑空,這也就形成樓版及樑的水平不連續(也是平面不規則);也常因特殊用途如會議廳、停車場等,常造成柱及牆無法向下連續而形成垂直不連續(也是立面不規則)。

國內大多數的鋼筋混凝土建築物及鋼骨鋼筋混凝土建築物,其外牆、電梯間及樓梯間牆、部分建築物的隔戶牆,大都是鋼筋混凝土牆。如這些牆一直連續到建築物底層基礎,則這些牆邊都是地震來襲時良好的避難處所,其餘的內部隔間牆大都是磚牆,遇到強震時,這些磚牆可能會倒塌而造成危害。各位讀者可將自家的房屋結構先行調查清楚,看看那些牆是從上到下結構良好,可做為地震來襲時的避難處所。這些避難牆的優先選擇順序為靠建築物內側(平面中心)的牆,因為由偏心所造成的扭轉,建築物外側的牆,較易損壞;內牆角(90度)優於外牆角(270度)。

國內的鋼骨建築物,其外牆多為預鑄式帷幕牆(金屬、玻璃、或混凝土),內部隔間牆大都是輕隔間或磚牆,這些牆都是非結構牆,遇到強震時,這些牆都可能會倒塌。地震來襲時,可選擇靠建築物內側的柱腳處避難,但最好避免在磚牆旁。

地震雖然是一無法預知的天然災害,但是平時若能採取適當的準備措施,仍然是可將生命及財產的損失降至最低的。

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