在今天看見明天

小心「軟弱一樓」的地震危害 P.122

小心「軟弱一樓」的地震危害 P.122

台灣已經進入「地震」警訊期,五月上旬宜蘭連續發生持續的有感地震,報章雜誌也曾多次要求大家提高警覺,作好防震準備。


剛好筆者親人的住處(四層樓公寓),一樓正要開咖啡館及照相館,將一樓內外磚牆全面打除後,二、三、四樓住戶提出抗議,經過協調會後,決定由「土木」或「結構」技師公會鑑定,是否有危及公共安全?是否要補強?協調會後住戶們並問筆者可否提出結構「安全性」的看法?


政府忽視「打除磚牆」的危害
 
為了尋求答案,筆者翻遍了「結構」、「土木」、「工程技術」近十五年來的期刊及研究報告,國內竟然無人曾對此提出看法。每天有多少大樓在打除磚牆?有多少一樓店面沒有牆?台北市舉目皆是,其影響面不可說不大,而政府單位竟然沒有任何研究報告?在結構工程第四屆研討會論文集第一六五九頁,林炳昌及林長志曾有如下的報告:「台灣目前在高樓建築設計上,常為了美觀及商業用途,而將一樓的高度挑高,甚至將二樓之樓板去除,而國內法規鼓勵建築物採用開放空間的設計觀念,更助長此類軟弱層結構的產生。」
 
林炳昌認為,「此類結構違反結構設計上的原則,即整體結構由底層負擔大部分消散地震能量的責任,致使底層韌性很快用盡而崩塌。歷年來許多強烈地震中都有此類結構物的損壞報告,如一九九五年日本阪神大地震等。事實上,美日較新的規範都有對於此類立面不規則性結構加以規定。」文中又說:「考量整體構架之破壞機構,則發生地面層與二樓有較高的韌性需求,尤其是二樓以上有磚牆或RC 作用時,特別嚴重。」
 
筆者翻閱劉大海等人著作的《高樓結構》一書,總算查到一點資料,其重點引述如下:



柔弱底層的震害
 

一、南斯拉夫斯科普耶市十月街的一幢五層大樓,上面各層為住宅,隔牆較多;底層為商店,無隔牆,且正面全面為玻璃門窗。一九六三年地震後,上面各層幾無震害,而底層嚴重歪斜。
 
二、一九七六年羅馬尼亞地震,普魯耶什有一幢四層框架系統房屋,底層為咖啡館,無隔牆;上面幾層為住宅,磚隔牆較多,受震後,底層因柱子折斷而倒塌,上面幾層整體坐落。
 
三、布加勒斯特市的一座九層框架系統 Podgoria 大樓,上部為住宅,底層為商店。同一次地震後,底層嚴重破壞,瀕臨倒塌。
 
四、墨西哥一九八五年地震,底層為餐廳、停車場或大門廳的高樓,也有不少是底層發生嚴重破壞。
 
五、一九七一年美國聖費南多地震, Olive-View 醫院位於九度區,主樓遭到嚴重破壞。雖然它不是高樓,但它是柔弱底層大樓的典型震例,其教訓是值得借鑑的。該主樓是六層鋼筋混凝土結構,剖面如圖一所示。三層以上為場鑄承重牆系統,底層及二層為框架系統,但二層砌有較多的磚隔牆。上、下樓層的抗推勁度相差約十倍。地震後,上面幾層震害很輕,而底層嚴重偏斜,縱向側移達六百公釐,橫向側移也是六百公釐,角柱碎裂。說明此種『框托牆』系統很不利於防震。

筆者查對建築學會所編一九九五年日本阪神大地震災報,第四十二頁林炳昌教授也有類似上述的報告。
 
在台北市放眼望去,不少高樓都採取開敞的底層。還有一些高樓,底部幾層因設置門廳、餐廳或商場而需要大空間,上部的耐震牆或豎向支撐,在這些樓層中被截斷,使底部幾層變成框架系統。換言之,大樓的上部各層為全牆系統或框│牆系統,而底層或底部幾層變為框架系統,整個結構屬「框托牆」系統。這種系統的特點是,上部樓層抗推剛度大,而下部樓層抗推勁度小,在大樓底層或底部幾層形成柔弱層,這種系統很不利於防震。




二十三萬噸的台北金融大樓必須特別注意防震
 
民國八十八年一月十六日,筆者曾在技師報對台北一○一層大樓的設計提出疑問,兩個月後在公車上遇到一位工程界的朋友,他說:「設計高樓,一般來說,總高度在三十層以下是地震力大於風力,超過三十層樓的高樓都是風力大於地震力,是風力控制。」我回答說:「按照規範來計算,你說得沒錯。」「但是,全世界的超高樓,三百公尺高度以上都蓋在非震地區(僅以風力設計),或是弱震區(例如高雄八十五層高樓,高三四七公尺),如果真是風力控制,為什麼地震區不蓋世界第一高樓呢?」在日本及美國的地震帶(中震區及強震區)其最高的大樓為 Land Mark Tower *_二八五公尺高)。
 
風力與地震力在高樓設計時,是不可以等量齊觀的。風力是風先吹結構,結構再把力量傳入地基,地表是不動的。地震時,是地表波動,力量從地基傳給結構,風力與地震力的傳力路線不同。法規為了簡化地震設計,假定地震時,地基固定不動,把地震力視同風力結構外力(實際上不是),如此,久而久之,工程師把風力與地震力輸入路線看成相同的。
 
這個簡化地震設計的假定,只有在一般寬胖型的結構設計時為正確的,但是,對於細高型的結構設計則低估了地震力。地表震動包含了水平、上下及轉角運動,把土壤結構互制考慮入內時,對細高型的結構產生位移放大效果。而產生額外傾倒力矩,再產生更大的位移,交互加大形成了嚴重的傾倒力矩。因為忽略了這個地震設計基本假定,才以為風力在超高樓設計大於地震力,三十層樓以上的高樓僅以風力設計的觀念,有偏差。況且台北市一○一層大樓附近二百公尺內就有一條斷層通過,萬一發生不幸,二十三萬噸的重量自二百多公尺(平均高度)落下,威力如同原子彈一般,怎可以不保守謹慎呢?
 
如果是因為不了解失敗後果的嚴重性而把一樓磚牆全面打除,這就如同忽略地震設計的基本假定而完成了「世界第一高樓」的創舉。在去年的結構工程研討會上,看到多年不見的同窗,他們研究的題目是「主動接頭與模糊控制」、「光時域反射及類神經網路結構」,如果政府能請這些優秀的人才來研究民生相關的基本工程問題,那該多好!在美國也有不少優秀的中國工程師,為什麼不請教他們呢?
 
既然大家關心地震的災害,就應當面對上述的問題,妥善解決。筆者才疏學淺,但心所謂危,不敢緘默,爰提出上述的問題,希望工程界的先進能對此提出高明的看法。而《高樓結構》一書的對策附錄於後,提供給大家參考。
 
(本文作者為結構工程博士,土木工程技師。文中引用科技圖書公司的《高樓結構》一書部分內容,特此致謝。)

延伸閱讀

1傳25》土城養護中心爆群聚感染!侯友宜:長照將優先打疫苗 新北172賣場人流管制

2021-06-02

【疫苗關鍵QA】3千萬劑疫苗,能讓台灣群體免疫?1千萬劑疫苗,何時能打完? 最快何時開放邊境?

2021-06-02

李秉穎稱郭董買快到期的疫苗? 王世堅:不要胡說八道

2021-06-02

疫苗政策惹爭議 總統府晚間發聲明 重砲轟在野黨「昨是今非」

2021-06-01

國產疫苗只做二期就施打 台灣恐成最大的人體實驗場? 疫苗四大QA一次看

2021-06-01