我家房子怎麼耐震！ (II)

我家房子怎麼耐震！ (II)
國立臺灣大學土木工程研究所彭書偉

我家房子怎麼耐震！ (I)- 談傳統耐震設計概念

板塊運動使全世界許多國家與地區面對地震隨時來襲的威脅，各國政府莫不謹慎因應，臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界處，建築物如何抗震更是我們無可逃避的重要議題。

現代社會發展的趨勢，越來越多人口集中於都市，促使建築物越蓋越高、交通道路日益繁忙、橋梁與管線日益複雜。因此，地震工程科技必須不斷提升，以因應更嚴峻的地震安全需求。傳統建築物之耐震設計因經濟及使用性考量，採用「大震不倒但允許破壞」的概念，在一定強烈程度的地震來襲時，僅顧及生命安全之維護，而建物原有之功能性，往往因破壞嚴重而無法維持。

對於如醫院、消防單位等需於地震後發揮功能的建築物而言，這樣的設計方式增加了防災工作的不確定性與困難度。本文介紹建築物另外兩種耐震設計方式，皆利用特殊裝置維持建築物受振後主體結構之完整性與建物本身之功能性，依裝置不同分為減震(vibration reduction)和隔震(vibration isolation)設計。

房屋隔減震原理

房屋的減震與隔震的原理，可用水桶和水族箱來比喻，如圖1所示，水桶中的水量如同地震時地表振動能量，水越多，代表能量越大；水族箱的容量視同房屋的耐震能力，容量越大，耐震能力越大。

圖1 (a)為不耐震房屋，水族箱容量過小，倒入時水溢出，代表房屋的耐震能力不足以容納地震振動能量，造成損毀；(b)為減震設計房屋，如同水箱增設水龍頭，水倒入時能被開啟排出部分的水量，在大地震發生時，減震裝置能消散部分地震能量，減少房屋震動；(c)為隔震設計房屋，改成在水族箱上方增設雙導管漏斗，水倒入時，大部分的水從粗導管直接排掉，少部分進入水族箱，隔震裝置如同漏斗，能過濾（隔絕）掉大部分地震能量，大幅降低地震對房屋的衝擊。減震與隔震裝置皆能有效防止水位超出水族箱之容量，如同以不增加水族箱容量的方式提升了房屋的耐震能力。

圖1：房屋減震與隔震原理
(圖片來源：《安全耐震的家–認識地震工程》，第五章)

減震技術

前述減震的原理，為利用減震裝置消散房屋受震時的能量，而實際應用如圖2(a)所示，將減震器設置在房屋結構框架中，藉由減震器受地震時的相對運動（變形），吸收部份結構振動能量，以達到緩衝並消能的效果，使結構物擺動的幅度降低。減震器的種類繁多，包括液壓型阻尼器（圖2(b)）、黏彈性阻尼器、制震壁、挫屈束制支撑（圖2(c)）、鋼板剪力牆等，各具特色。

圖2 減震技術
(圖片來源 (a):《安全耐震的家–認識地震工程》，第五章。(b), (c): 《隔減震應用之介紹》)

隔震技術

隔震的原理，是隔絕房屋受震時的能量。圖3 (a)中，將隔震器置於房屋結構底部，藉由隔震器的水平滑動來隔絕地震能量傳入房屋結構，隔震器之上的結構物猶如剛體，僅有小量的變形，而未隔震受震時房屋會整體甩動，容易產生變形而破壞。圖3 (b)為一典型的隔震器「鉛心橡膠支承墊」(Lead Rubber Bearing , LRB)，其主要構造：1.天然橡膠材質較軟且可承受大變形量，可使房屋水平滑動；2.鉛心可幫助消散地震能量；3.內填鋼板則可避免支承墊在垂直方向過於軟弱，而使支承墊的變形集中於水平方向。隔震設計能夠有效隔絕地震能量的傳遞，地震中僅感受輕微晃動與滑動感，能減少屋內傢俱傾倒，提升安全性，亦可與減震裝置同時設計使用，為安全耐震的良好選擇。

圖3 隔震技術

參考資料

1. 國家地震工程研究中心：《安全耐震的家–認識地震工程》，第五章， (http://w3.ncree.org/ZH/ITEE_handbook.aspx)。
2. 黃震興，《隔減震應用之介紹》，國立臺灣科技大學營建系課程簡報，(http://www.ce.ntut.edu.tw/ezfiles/46/1046/attach/86/pta_5368_4417002_75142.pdf)