作者:張成鉅
學歷:台灣大學土木工程研究所結構組畢業
經歷:長新工程顧問有限公司
民國88年9月21日凌晨1時47分,台灣中部地區發生芮氏地震規模7.3的強烈地震,造成二千三百餘人死亡,八千七百餘人受傷,房屋全倒近萬棟,半倒亦達七千餘棟。災情之慘重令人怵目驚心,堪稱為台灣百年來災情最嚴重的地震。也因為這次強烈地震,更顯露出台灣建築界長久以來不重視建築結構之心態,因此如何慎選一個結構安全有保障的住宅,實為購屋者第一應考量之目標。
結構設計安全考量的要素
台灣因位處歐亞大陸板塊和菲律賓海板塊交界處,兩大板塊不斷相互擠壓所以地震頻繁,因此在台灣地區設計一棟建築物時,應該考慮的是除了承受住戶之垂直重量外,如何抵抗地震來臨時所產生之水平搖晃力量,不致造成重大傷害,乃是一位專業結構設計者之最高目標。
建築物要能耐震,則必需要有韌性。猶如竹子雖極瘦極高,欲令其折斷實非易事,此乃因其具備極佳之韌性。運用此一原理,結構系統方正,避免單一跨度之設計,且應避免有短樑、短柱或細長柱出現,在鋼筋之配置上應考量施工之可行性,柱子箍筋間距不得大於10公分,均是建築物具備韌性能力之重要條件。
結構設計另外一個安全考量的要素即是『強柱弱樑』,所謂『強柱弱樑』顧名思義,就是柱子耐震能力要比樑來得大。因為強烈地震來臨時,如果柱子比樑先行破壞則整棟建築物隨即倒塌,居民無法順利逃離。相反的如果樑比柱子先行破壞,則可產生預警作用並延遲建築物之倒塌時間,而達到人員撤離之目的。 在使用材料方面,如果設計時沒有特別註明,一般鋼筋均使用水淬鋼筋,事實上水粹鋼筋抗拉強度雖高卻缺乏韌性。當地震來臨時,鋼筋於短期間需承受數十次之反覆高度拉力,水淬鋼筋極有可能無法承受如此高頻率之受力而斷裂。因此設計上應使用耐震鋼筋(CNS標準SD-420W)。混凝土方面,因一棟12層以上之大樓每根柱所承受之地震軸力,少則1000公噸多則常達到2000~3000公噸,所以使用高強度之混凝土應是必要的。 施工方面,除了遵照一般之施工規範如搭接長度需足夠,樑如果有穿孔需依規定處理,邊版及版塊過大(長度超過6m)之版應作角隅補強外,最重要的是,柱鋼筋之搭接位置應位於低應力區即柱中央區,並採用隔層搭接,以避免同一斷面鋼筋根數過多而影響混凝土和鋼筋之握�堙A柱內埋管管徑不得大於5公分。樑柱接頭及高應力區應以緊密箍筋施工,柱外圍箍筋應以135°彎勾施工,以發揮其圍束能力。
本次921大地震造成如此慘重之傷亡,除了地震強度超過法規規定設計強度外,大樓無法發揮應有之韌性及低層樓柱子抗震能力不足,使用材料不符合國家標準,而造成大樓無預警式的倒塌實占有相當大的關係。