0206美濃地震：低矮型住宅建築物之震損特徵

邱聰智¹、沈文成¹、翁樸文¹、李昭賢¹、蕭輔沛¹、李翼安¹、黃世建^1,2、鍾立來^1,2

¹ 國家地震工程研究中心

² 國立台灣大學土木系

一、    前言

105年0206美濃地震，造成臺南市許多低矮型住宅建築物有結構性震損。地震發生後，國家地震工程研究中心(簡稱：國震中心)與美國普渡大學團隊等，自3月7日開始展開第二階段勘災，到3月18日止共出動196人次。第二階段勘災目標，主要為建立震損結構物資料庫，每棟建築物進行結構尺寸丈量及震損照片記錄，可供後續研究參考，本次勘災共蒐集了台南市134棟建築物，勘查點分布如圖1所示，其中有41棟低矮型街屋、52棟校舍、12棟區公所辦公廳舍、市場建築7棟、公有辦公廳舍9棟以及13棟中高層住商混合大樓，如圖2所示。

本文將介紹玉井區、仁德區及歸仁區等，低矮型住宅建築物之震損特徵。分就三角窗建築震損、軟弱底層、高窗短柱破壞、頂層增建結構及耐震方向性等，敘述如后:

圖1 台南市勘災地點分布圖，紅色星點代表震央， 藍色圓點代表勘災點。		圖2 美濃地震134棟建物震損資料庫

二、    三角窗建築震損案例

本案例位在台南市歸仁區信義北路與大仁街口，距離臺南市測站(TAI)直線距離約9 km。台南市測站(TAI)為D類地盤(V_s30= 198 m/sec)，各方向加速歷時紀錄及反應譜，如圖3及圖4所示。

本建物推估興建年代為1997年以前，第一及二層為商業用途，第三層以上為住宅，屬7層樓RC構造住商混合建築。圖5顯示，本棟建築物位在路口，為三角窗建築，兩側面馬路方向皆有騎樓，而且底層為開放空間，右側及背側牆體呈現L型配置，右側面有完整的外牆，而背側牆多數開窗戶，可見為勁度不對稱結構。於地震後，整棟結構因底層為開放空間，形成軟層塌陷，如圖6所示；再加上因勁度不對稱而造成偏心扭轉現象，使得底層柱頭承受不住因偏心扭轉引致的大變形而斷裂，如圖7所示；背側有多數開口牆，此側勁度相對右側來得弱，造成扭轉倒塌(圖8)。

圖 3 臺南市測站(TAI)加速度歷時記錄		圖4 臺南市測站(TAI) 加速度反應譜
圖5 位在路口的三角窗建築，地震前照片。 (google 街景照片)		圖6 位在路口的三角窗建築，地震後倒塌照片。
圖7 底層柱頭承受不住因偏心扭轉引致的大變形 而斷裂		圖8 位於背側的牆有大量開窗，結構勁度顯著 不對稱。

三、    軟弱底層案例

本案例位在臺南市玉井區中華路，距離玉井國小測站(CHY062)直線距離約0.791km。玉井國小測站(CHY062)為C類地盤(V_s30= 598 m/sec)，本測站記錄到南北向最大地表加速度為447 gal，東西向最大地表加速度為426 gal，而且兩方向的反應譜在短週期範圍內，已經超越現行設計地震及最大考量地震。各方向加速歷時紀錄及反應譜如圖9及圖10所示。

本案例建物興建年代為1996年，屬 3層樓RC造含填充磚牆構造，頂層以輕型鋼增建1層，如圖11所示。勘災團隊於現場進行樓地板面積、柱牆尺寸丈量，地面層(GL)結構尺寸測繪結果如圖12所示。圖12顯示，構架線3在GL層中，於BC及CD二跨間的隔戶牆打通，主要作為營業用空間，同樣位置在2FL以上各層則保留隔戶牆，形成軟弱底層；相同地，構架1至構架5中，於騎樓處(AB跨間)上方各層也保留隔戶牆，一樣形成軟弱底層。現場記錄顯示(圖12)，構架A中GL層有4根騎樓柱剪力破壞，構架E中GL層有5根高窗短柱剪力破壞。圖13顯示A3柱剪力破壞，現場緊急以H型鋼做臨時支撐，構架D於D2、D3及D4柱跨間的開口磚牆，皆有剪力破壞(圖14)。

圖 9 玉井國小測站(CHY062)加速度歷時記錄		圖10 玉井國小測站(CHY062)加速度反應譜
圖 11 玉井區中華路3層樓街屋		圖12 地面層(GL)結構尺寸現場測繪圖
圖13騎樓柱A3剪力破壞，現場緊急以H型鋼 做臨時支撐		圖14 GL層D2及D3跨間的開口磚牆破壞情形

四、    高窗短柱破壞案例

本案例位在臺南市玉井區中華路，距離玉井國小測站(CHY062)直線距離約0.794km(圖9及圖10)。建物興建年代為1990年，屬 3層樓RC構造，頂層以輕型鋼增建1層，如圖15所示。勘災團隊於現場進行樓地板面積、柱牆尺寸丈量，地面層(GL)結構尺寸測繪結果如圖16所示。構架A及構架E之1~6號柱皆產生高窗短柱剪力破壞，如圖17所示。此外，A1柱位在最後側，僅單側有開高窗，另一側則無束制，但是仍然發生剪力破壞，推測應為非韌性配筋柱，如圖18所示。

五、    頂層增建結構案例

本案例位在臺南市仁德區正義路。最近測站為台南市測站(TAI)直線距離約5.88 km)。建物興建年代為1988年，屬 5層樓RC構造典型街屋，勘災團隊於現場進行樓地板面積、柱牆尺寸丈量，地面層(GL)結構尺寸測繪結果如圖19所示。騎樓面南向，西側部分區域頂層以輕型鋼增建1層，如圖20所示；整幢結構的東側部分，在構架1至構架7之範圍頂層以RC造增建1層，其上再以輕型鋼增建1層，如圖21所示。勘查現場發現，在構架1至構架4以及構架6範圍，其地面層(GL)的隔戶牆被打通，此隔戶牆為10cm 鋼筋混凝土牆。顯見東側範圍重量增加，而且底層RC牆被打除，使底層柱承受超額軸力，因而多處騎樓柱發生剪力破壞之情形，細觀這些騎樓柱配筋細節發現，由於柱側邊內嵌電箱，在電箱範圍內，無配置箍筋，剪力強度不足，而發生破壞(圖22)。

圖15 玉井區中華路3層樓商辦		圖16地面層(GL)結構尺寸現場測繪圖
圖17 A2短柱剪力破壞		圖18 最後跨側邊柱剪力破壞
圖19 正義路街屋地面層(GL)結構尺寸現場測繪圖		圖20 正義路5層樓街屋(西側面增建1層)
圖 21正義路5層樓街屋(東側面增建2層)		圖22南面A5騎樓柱剪力破壞，柱主筋裸露可見

六、    耐震方向性案例

傳統連棟街屋因使用需求，建築規劃上通常會在垂直騎樓方向配置隔戶牆，因而隔出相連的住宅單元，而平行騎樓方向則需配置開口牆，做為各住宅單元內的門廳、樓梯間牆、及屋後牆等，因此形成特定的耐震弱向。當地震力作用方向在結構弱向時，將會產生較嚴重的破壞。

本次勘災發現，在台南市歸仁區文化街與民權路口的三棟典型街屋，興建年代皆為1994年，同一批建商興建。其中，D1、D2兩棟建築座向為正座北朝南，D3棟建築則為座西朝東，兩組結構系統恰好呈現90度排列，如圖23所示。此處距離震央位置約26.4km，距離鄰近強地動測站台南站(TAI)約9.7 km，此測站測得東西向最大地表加速度值為234gal，南北向最大地表加速度值為152gal ，如圖3所示。

圖 23 台南市歸仁區文化街與民權路口的三棟典型街屋

D1棟為4層樓鋼筋混凝土造建築，頂層局部用RC增建1層(圖24)， 此棟騎樓柱已於2010年0304甲仙地震中發生破壞，之後以擴柱修復補強，但僅補強GL層，擴柱頂端收頭在2FL層柱底，本次美濃地震使這些騎樓柱兩側梁端發生撓曲破壞，如圖25所示。

D2棟也為4層樓鋼筋混凝土造建築(圖26)， 此棟所有騎樓柱沿街道方向都發生剪力破壞，如圖27所示。圖28為屋後牆剪力破壞之情形。

D3棟也為4層樓鋼筋混凝土造建築(圖29)，頂層局部以RC增建1層，本次地震中無損害。

經由現場勘災發現，D1棟及D2棟結構弱向為東西向，在東西向最大地表加速度值234gal作用下，產生沿騎樓方向破壞模式；相對的，東西向為D3棟的結構強向，因此無損害。可見街屋震損模式與地震力作用方向、及結構物耐震方向有密切關聯。

七、    結論

0206美濃地震造成台南地區多數建物損毀，其中以玉井區損壞數量最多，主要原因為該區震度高達七級，同時多數為老舊典型街屋。本次勘災經驗顯示，低矮型私有住宅建物震損特性，包括三角窗偏心扭轉、軟弱底層、短柱效應、非韌性柱配筋、頂層增建及耐震方向性等，多數與牆的方向、數量與配置有關，因此要評估低矮型建物的耐震能力，必須對牆的耐震行為進行相關研究。