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一次搞懂「耐震」、「制震」、「免震工法」,三項抗震工法誰能制霸

 
     
     
  近年地震災情頻傳,掀起大眾媒體對「耐震宅」的關注。隨之而來的是制震效果、免震設備等討論,「阻尼器」、「制震壁」、「耐震係數」、「抗震等級」,面對這些專有名詞,你真的明白了嗎?  
     
   
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台灣地震環境是集合住宅的一大隱憂
處於歐亞板塊和菲律賓板塊的交界處,密集板塊活動為台灣帶來豐富的自然生態環境,同時也造就頻繁的地震活動。根據統計,台灣每年平均發生上百次有感地震,大多數民眾對些微的地表搖晃早已見怪不怪。然而,正是因為「習慣」,導致大眾對此失去警覺性,才會錯失預防先機,遭致重大損害。

在地震工程界流傳著一句話:「地震本身不會殺人,但建築物會。」地震發生時,有高達90%以上的人是由於建築物倒塌而喪失生命。1999年的921大地震,規模為7.3級,造成50000多棟房屋倒塌,2000多人死亡,是許多人心中難以磨滅的創傷。近年高雄維冠金龍大樓和花蓮統帥飯店也發生意外,隨著台灣大樓愈蓋愈高,一旦發生地震事故,將會造成更大的損害。因此,為了民眾的生命和財產安全,建築物的抗震性能未來應面臨更謹慎的評估。

耐震:建築物結構的基礎要求
今年2月花蓮地震後,統帥飯店和雲門翠堤大樓相繼倒塌,民眾對建築物安全再生疑慮,甚至有部分人認為,老房子反而比新大樓更堅固。實際上,在1999年921大地震後,營建署已重新修訂建築耐震設計法規,針對各區域地形重新制定耐震係數,提高建築物的耐震安全標準;按照法規標準,2000年以後,部分建築物應可承受6級地震而不倒塌 。

所謂的耐震或抗震度,指的是建築物在最初設計規劃時,所能承受的最大力量。「耐震係數 」是水平加速度的係數,亦即預估地震時該地區可能發生的最大地表加速度值。現行的耐震設計規範各地區的參數計算方式,須考慮建物所在地的土壤軟弱程度、斷層間距等數值加權,而結構技師則依照該數值設計出符合標準的建築結構。簡單來說,耐震係數愈高,建築可承受的震度就愈高,且耐震係數在最初建築設計時就已經確定,所有建築物在結構技師的規劃下,都具備基本的耐震能力。

數字不只是比大小 從源頭檢視耐震設計
在建築結構工程中,會影響建築耐震力的主要元素包含結構設計、鋼筋材質與綑綁工法、地基和混凝土磅數,而這些細節要求都已被納入《混凝土結構設計規範》與《建築物耐震設計規範》中,像是柱子內部的箍筋方式、橫箍數量與間距、鋼筋的搭接方式等等,都必須按照法規設計,企求更具韌性的穩固結構。

建築的結構設計和耐震係數,與該地區的地質、建築物用途有關,需要從許多方面分析該棟建築的適當結構。舉例來說,許多民眾會認為建築所用的水泥磅數愈高,房屋結構就更安全,但實際上還需考量所在位置的土壤狀況,假如A建築的在地震區,土壤狀況較差,水泥磅數至少需要7000磅,才能保證地基安全;而B建築所在地區只需要4000磅,但建商卻將強度提高到5000磅,相較之下,B的建築品質其實更高。因此在建築結構安全部分,數字並不是絕對的,若民眾有相關需求,應求助專業的結構技師,從設計源頭規劃與建物實際完工情況比較,才能精確分析該棟建築物的安全狀態。

制震:樑柱間的避震器
在基礎結構設計以外,結構技師和建設公司也會考量使用「制震」與「免震」設備,提高建築的耐震力。「制震」設備又稱為減震或避震器,是藉由裝置的特性形成物理抑制力,能讓建築結構本體承受較少壓力,有制震壁、阻尼器等形式。

制震壁(或稱為黏彈式制震壁/阻尼器)是在建築的上下樑柱之間裝設鋼板,鋼板中間含有橡膠或其他化學聚合性黏彈材,能吸收地震部分能量,進而降低搖晃的程度,比如新日鐵、日本住友、美國EPS制震壁,都是常見的制震材料。或者在樑柱的對角線上裝設具有彈性的斜撐制震柱(位移型挫屈束制斜撐,BRB),以「V」、「^」、「/」等型態強化結構韌度,避免結構柱因變形而失去作用,適用於結構不規則的特殊建築物。

另一種則是油壓型阻尼器,在樑柱之間裝設阻尼器,當油壓缸中的液體因速度而流動時,會產生壓縮效能,以抵抗力來抑制搖晃時的作用力。這類阻尼器的優點,在於能應對極微小的震幅,在高樓受強風吹拂時具有絕佳抑制效果。例如東京六本木之丘的森大樓與東京晴空塔,就是採用KYB的阻尼器,維持高層建築的安全及舒適品質。

強固企業總經理王民蔚也提醒,無論採用何種制震系統,都必須裝設至少1/2到2/3以上的樓層,才能產生制震作用,否則只是虛設裝置。一般制震壁多包覆在水泥牆內,難以用肉眼判斷其數量及狀態,若消費者要確保制震效果,可要求檢附建物結構設計圖,並確認後續檢測及維修等項目。

免震:隔絕地表與結構柱的防禦堡壘
若使用免震(隔震)設備,通常會在建物1樓的樑柱頂端,或建築的結構柱底部裝設鉛心橡膠墊,在地表和建築本體結構間發揮緩衝作用,將地震波的力量轉移至可移動的隔震墊,藉由隔震墊的水平移動來抵銷上方結構的受力程度。之所以稱為「免震」,是因為該設備可隔絕60%以上的地震力,是所有產品中效果最好的一種。

免震設備的結構柱周遭,必須預留80公分到1米的隔震空間,其他如建築管線或電梯軌道,也要與隔震墊的滑動式系統結合,因此施工難度較高,其裝置成本大約為制震設備的2倍。目前台灣建案仍以制震設備為大宗,使用免震系統的建案大多總價較高,比如由美國結構設計師規劃的「陶朱隱園」,採用美國EPS隔震墊,可承受7級以上震度,耐震係數高達0.4g,其他如日本OILES LRB隔震墊與義大利Alga隔震墊,也是相當知名的產品。

強震環伺 孰弱孰強?
一路細數下來,還是「免震」設備最安全?其實也不然。在耐震主題裡,最重要的仍是「結構設計」。結構設計決定了建物的耐震等級,所有設備和工法都包含在耐震係數的計算之中。如今台灣的新興建築,若要取得使用執照,勢必得先通過耐震設計標準,因此都具有合格的耐震力。換句話說,最危險的建築,其實是未經結構檢測與補強的老建築。



王民蔚總經理從事結構補強工作已行之有年,他語重心長地說:「不管是制震或免震設備,在建案整體投入成本中,其實不過鳳毛麟角,為了居住安全,應該要考慮有效能和實績的產品。」比如強固企業所代理的日本KYB制震和LRB隔震墊,也是王民蔚在考量日本的地理環境和防災經驗後而選擇的產品。「我認為日本對地震的研究和預防做得最徹底,比如日本新宿中央大樓,由於事先注意到長周期地震危害,所以加裝了288組KYB阻尼器作為耐震補強,才能在311地震時維持建築物的完整。」

轉換心態,改善法規:未來建築安全履歷
在台灣建築生態當中,「老建築」的比例遠遠多於「新建築」,許多老房子的耐震能力遠遠低於政府規範的標準。前述制震或隔震設備,都是結構技師在規劃建築之初,就已納入設計當中,包括數量、位置、支點,以嚴密的計算達成最好的效果。阻尼器雖然也能裝設在既有建築的樑柱間,但也遠不如事先規劃的效果來得好。



王民蔚總經理指出,多數民眾會將進行結構補強的建築與不安全劃上等號,這其實是個思考誤區。實際上,建築的結構問題是肉眼無法察覺的,需要憑藉專業的技術檢測才能確認建物狀態是否穩固。所謂結構補強,是一種災害預防工程,藉由擴柱、加設翼牆、碳纖維加固、鋼板包覆等工法,提升建築物的耐震力。比起未作過檢測和補強的中古屋,經過專業結構補強的住宅大樓應往往更多一層保障。另一方面,結構補強牽涉到建物整體設計與技術工法,若未按照專業流程,反而會造成潛在的危險;有鑑於此,政府應與學界和產業合作,研商評估方法和施工機制,並嚴格規範施工人員的技術考核,強化施工品質。



無論是新建案的耐震係數標準,或是既有建築的結構檢測,都不應只是風行一時的潮流噱頭,而必須持續追蹤與深入,推動可供信賴的評估認證(如住宅性能評估辦法、耐震標章),並督促政府完善既有建築改造的相關法規,讓民眾能生活在更安心的住宅環境。
 
     
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