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九二一集集大地震建築物含軟弱第一層震害問題探討 ﹝空一行﹞ 期間：88年12月1日至89年8月31日止 ﹝空一行﹞ 系別：土木系 指導老師： 簡秋記 學生： 邱宏澤 ﹝空一行﹞ 一、背景 近年來國內流行都市社區高樓建築，在底層採開放空間的挑空中庭設計，即將一樓面積一部份移做公共庭園、休憩設施之用或作為商業活動，或是採局部挑高等；雖然滿足了使用上之便利，但未必能滿足結構安全的要求，因此以往國內外發生之重大地震災害中，常可見此種軟弱底層的破壞方式，例如：1985年9月19日發生之墨西哥大地震，在所有破壞房屋中，有8%是屬於軟弱底層之破壞；在1995年1月17日日本阪神大地震之後，根據事後調查，在倒塌的建築物中，有許多是屬於開放空間及挑高型態之商店或停車場，由於這種開放空間的樓層勁度比其他樓層勁度小，導致破壞集中在軟弱之底層；而1999年8月17日發生的土耳其大地震，死傷至少四萬人以上，損壞房屋中很多是違法加蓋樓房，引致軟弱底層之倒塌；去年九二一集集大地震發生後，內政部建築研究所即進行國內建築物震害調查工作，選擇損害較為明顯之8773棟進行詳細調查，受損建築以鋼筋混凝土造(52%)最多、磚造(24%)及土造(13%)次之，其中鋼筋混凝土受損建築物中92%為設有騎樓、挑高底層及二樓以上懸臂。從以上國內之統計資料中，可發現早期土造及磚造具較差之耐震能力，建築損害是無可避免的，至於鋼筋混凝土建築雖因其為後期建築主流，但因其施工品質較不易掌握，至受損比率仍偏高，尤其以有騎樓及挑高底層者最多，值得深思。另外在使用管理方面，不少地區的建 築物，不論是既有或新建的樓房，常常可見一 樓因為便利營業使用，自行敲除牆壁或屋頂加蓋樓層、部份樓板挖空、甚至有挖梁或打柱之施工行為，如此不當之修建或改建，雖然未見 承重強度不足之立即破壞現象，但已明顯降低一樓或其他樓層之結構強度與勁度。在結構設計方面，國內鋼筋混凝土建築物常在構架中填充鋼筋混凝牆或磚牆，並將一樓挑高且不填充鋼筋混凝土牆，但是進行結構分析及設計時，卻將構架全部以未填充鋼筋混凝土牆或磚牆的空構架來處理。地震來襲時，兩者會呈現截然不同的反應；因此對於新建結構物，其正確方法應將填充鋼筋混凝牆或磚牆視為結構體，在結構分析中予以分析考慮。而對於既有建築物含一樓軟弱層之結構，則必須進行耐震評估進而修復和補強。 二、軟弱層震害案例調查 2.1 公共建築及中小學校舍震害調查 南投縣警察局埔里分局，原三樓鋼筋混凝土建築，地震時底層柱遭剪斷，導致底層塌陷，雨遮掉落至地面(照片一)。南投縣埔里鎮宏仁國中三樓校舍，走廊無柱，教室底層先破壞，沿走廊方向崩塌(照片二)。南投縣中寮鄉公所，原二樓鋼筋混凝土建築，後來加蓋第三層作為圖書館使用，地震時底層被剪斷，造成底層崩塌。中興新村省政府法規會，原三層鋼筋混凝土建築，後來加建至四層，地震時底層崩塌。 2.2 民宅震害調查 九二一集集地震後，台中縣、南投縣等災區，連棟式「透天厝」民宅，損壞極為嚴重。連棟式位於「三角窗」民宅，其一樓多作為營業用途，因此有兩面之開口牆量不足，且柱間距較大，加上屋頂違規加蓋，地震時容易造成軟弱底層崩塌(照片三及四)。 2.3 高樓震害調查 九二一地震中倒塌的大樓除台北市東星大樓、新莊博士家外，尚有台中市、大里、豐原、東勢、霧峰、竹山、員林、斗六等地，大約有15棟10至16層的集合住宅或辦公大樓或綜合使用大樓。這些大樓除台北市東星大樓屋齡超過10年外，其餘大樓都未超過10年。照理應該是按耐震特別規定設計的韌性結構，即使在超越規範設計地震力作用下，也要「大震不倒」才對；其倒塌主要原因之一，在於底層之設計大多是開放性大廳或者是店鋪，造成牆壁很少的軟弱底層，但是二樓以上當作住宅，牆壁很多且勁度很高，同一棟大樓勁度變化處之軟弱底層，吸收了大部分地震能量，造成破壞而倒塌(照片五及六)。 三、軟弱層問題探討 3.1 軟弱層定義 不規則性結構可分為立面和平面不規則性結構兩種。而軟弱層是屬於立面不規則性結構，且根據勁度及強度之相對大小將其區分為軟(soft)層及弱(weak)層兩種:(1)軟層即勁度不規則性，係指該層之側向勁度低於其上一層者之70%或其上三層平均勁度之80%。(2)弱層即強度不連續性，為該層強度低於其上層強度80%者，樓層強度係指所考慮方向上所有抵抗地震層剪力構材強度之和。 3.2 軟弱層破壞原理 無軟弱底層的高層大樓，各樓層具有大略相同之極限剪力強度，因而在地震作用下，各樓層的層間側移大致相等，所吸收的地震能量沿高度分佈較為均勻，各層的輸入能量及吸收能量處於穩定平衡；但是帶有軟弱底層的高層大樓，由於底層的勁度及強度均較低，其極限層剪力強度比上面各層小得多，在地震力作用下，房屋的側移大部份集中於底層