隔震建築介紹
台灣隔震建築緣起
民國八十八年九月二十一日凌晨一點四十七分,一陣天搖地動,奪走了2246條人命,房子全倒9909棟。震央在集集的大地震,地震規模七點三級,遠超過政府頒佈的建築強度規範值,我們不禁要省思,身處在地震帶的台灣,是不是在建築設計或營建技術上能解決這種深層的恐懼。
傳統建築的結構概念
傳統建築用鋼材、混凝土、或木材等結構建材,設計到足夠的強度和韌性來抵抗地震力的破壞。 唯韌性結構雖然可以消散地震的破壞能量,但強度大到一定程度時,仍難免對非結構構件的牆,甚或結構體(如樑柱等)造成破壞。 九二一大地震對建築物隔間牆的破壞及建築物傾毀就是明顯的例子。 一般而言,大地震後牆的補修是很正常的,因為牆的勁度通常較柱子大,主震時牆會比柱先吸收地震力的衝擊而遭破壞。 雖然牆先行被破壞後再由框架式的樑柱結構來抵抗餘震在結構設計上是正確安全的概念,但是經常這樣修修補補和擔心受怕也不是辦法,是不是有一勞永逸的方法可以徹底解決問題?
提高建築耐震能力的方式
一般而言,提高建築耐震能力之方式主要可分為兩大類:一是隔震、一是消能。消能是利用可變形,或可破壞之斜撐桿件或可復原之阻尼器(Damper),拉長建築物振動周期及增加阻尼比,期以達到提高建築耐震能力之效果。 但這種方式仍不能改變建築物在地震時樓層間變位之事實:這種變位正是造成牆面皸裂、門窗變形、斜撐破壞及管線破裂之原因(如下圖)。但隔震的方式在想法上就和消能完全不同了。
什麼是隔震建築?
隔震建築,在日本叫「免震構造」,它的原理是利用阻尼器(又叫隔震器或隔震墊)拉長建築物振動周期及增加阻尼比,以降低地震力對建築物的衝擊。 簡單來說,就是用隔震器將地震時建築物的擺動轉換為建築物對地面的橫向位移,地震能量由隔震器來吸收。 如此隔震建築物就大大的降低扭曲及彎曲,也會明顯的降低搖擺程度(地震加速度),因而降低構造及設備的破壞。
近年來地震頻仍的國家諸如美、日、義、蘇、大陸投入了大量資源進行隔震技術的理論和應用研究工作,取得了相當的成果。1994年美國北嶺(North-ridge)和1995年日本神戶(Kobe)兩次大地震中,成功的被紀錄到隔震建築物於大地震時結構的地震反應。地震反應紀錄顯示隔震結構受力僅為傳統結構系統的30%(如下表),且上部結構之行為亦可被簡化視為彈性結構(非同於上述之韌性結構),降低樓層間相對變形。
1994年美國北嶺地震之隔震建築與傳統耐震建築對照 |
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震央距離(Km) |
隔震系統 |
地表加速度a(g) |
屋頂加速度a(g) |
Private Residence |
21 |
GERB |
0.44g |
0.63g |
USC University Hospital |
32 |
LRB |
0.49g |
0.21g |
Olive View Hospital |
32 |
傳統耐震 |
0.91g |
2.31g |
L.A. Emergency Operations Center |
38 |
HDR |
N/A |
N/A |
L.A. Fire Command & Control Center |
38 |
HDR |
0.22g |
0.32g |
Foothill Communities Law& Justice Center |
90 |
HDR |
0.05g |
.010g |