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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一一一年三月十二日

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社務委員:洪啟德、陳玫英、鄭明昌、蔡震邦、陳清展、賴建宏、周子劍
     黃騰輝、巫垂晃、謝詳樹、陳菁雲、楊高雄、陳存永、梁詩桐
監  察 人:張長梅、陳錦芳、呂震世、陳永成、伍勝民
社  長:賴建宏

副  社 長:陳玫英、黃騰輝、陳存永

總  編 輯:楊耀昇

副  總 編:朱煌林
營運總監:陳玫英

總  主 筆:周子劍
本期主筆:吳思宜
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

談 結構設計理念與建築物耐震性能(

蘇源峰、楊金龍、徐茂卿  技師

7為永仁高中地震紀錄東西向的地震反應譜,顯示週期1.3秒的反應加速度,從PGA=0.140G放大至0.312G,放大倍數=0.312G/0.140G=2.237也顯示韌性設計加速度,在週期1.3秒等於0.134G<代表地震作用力的0.312G,是造成大樓倒塌的主要原因之一,更遑論最大可能反應加速度=0.583G,是原始反應加速度的1.87=0.583G/0.312G

8顯示阻尼比=0.25的減震設計,將週期1.3秒的最大可能反應加速度,從0.583G減少至0.324G,減少幅度44.4%=1-0.324G/0.583G。除此,減震設計,也從韌性設計加速度0.134G,增加至減震設計加速度0.322G,增加幅度140%=0.322G/0.134G-1

驗證結果:代表結構強度的減震設計加速度0.322G≒代表地震作用力的0.324G,大樓避免遭受最大可能地震的破壞。

5.驗證案例二:花蓮市雲門翠堤大樓

大樓樓高12層,週期約1.1秒。雲門翠堤大樓於2018.02.06花蓮地震時,偏南北向倒塌,造成14人不幸喪生。表4也記載最靠近大樓工址的測站(花蓮市花蓮商職HWA008),在花蓮地震時的地震紀錄:原始地震紀錄南北向震度6弱、東西向震度6強。

9為花蓮商職地震紀錄南北向的地震反應譜,顯示週期1.1秒的反應加速度,從PGA=0.343G放大至0.521G,放大倍數=0.521G/0.343G=1.529也顯示韌性設計加速度,在週期1.1秒等於0.198G<代表地震作用力的0.521G,是造成大樓倒塌的主要原因之一。

9顯示阻尼比=0.25的減震設計,將週期1.1秒的原始地震反應加速度,從0.521G減少至0.387G,減少幅度25.7%=1-0.387G/0.521G。此外,減震設計也從韌性設計加速度0.198G,增加至減震設計加速度0.407G,增加幅度106%=0.407G/0.198G-1

驗證結果:減震設計是配合最大可能設計地震(震度6),而此次花蓮強震的震度是6強,但是代表結構強度的減震設計加速度0.407G>代表地震作用力的0.387G,大樓避免遭受最大可能地震的破壞。

6.驗證案例三:花蓮市統帥大飯店

飯店樓高11層,週期約1.0秒。統帥大飯店於2018.02.06花蓮地震時12樓垂直壓潰,造成1人不幸喪生。表4也記載最靠近飯店工址的測站(花蓮市花蓮氣象站HWA019),在花蓮地震時的地震紀錄:原始紀錄南北向震度6強、東西向震度6強。

10為花蓮氣象站地震紀錄東西向的地震反應譜,顯示週期1.0秒的反應加速度,從PGA=0.394G放大至0.673G,放大倍數=0.673G/0.394G=1.7110也顯示韌性設計加速度,在週期1.0秒等於0.272G<代表地震作用力的0.673G,是造成大樓底層壓潰最主要的原因之一。

10顯示阻尼比=0.25的減震設計,將週期1.0秒的原始地震反應加速度,從0.673G減少至0.489G,減少幅度27.3%=1-0.489G/0.673G。此外,減震設計也從韌性設計加速度0.272G,增加至減震設計加速度0.505G,增加幅度86%=0.505G/0.272G-1

驗證結果:減震設計是配合最大可能設計地震(震度6),而此次花蓮強震的震度是6強,但是代表結構強度的減震設計加速度0.505G>代表地震作用力的0.489G,大樓避免遭受最大可能地震的破壞。

六、結論

1.強震地震力與韌性設計地震力差距甚大,結構設計若不能提供足夠的強度及有效的消能機制,結構只能以破壞的模式,來減緩共振效應。

2.韌性設計採用低強度設計,需要配合高效率的消能機制;然而,實務上存在許多因素,會阻礙消能機制的運作,韌性設計的適用性需要確實評估;否則,高地震力會超越低結構強度,造成結構破壞。

3.隔震設計利用地盤與結構週期的差異性降低地震力,但是10F以上的中高樓、軟弱地盤及工址靠近斷層,需要檢討其適用性。另外,隔震設施的力學性質變異大,設計參數需要透過實體試驗、及性能保證試驗驗證。

4.減震設計採用高結構強度及有效的消能機制,結構體及尼器。遭遇最大可能設計強震不壞,也節省約15%的結構工料成本,且室內空間加大;符合結構耐震設計三大基本準則:「耐震性、經濟性、居住機能性。」

 

永仁高中20160206美濃地震東西向

地震反應譜

 

永仁高中20160206美濃地震東西向

減震反應譜

     
 

花蓮商職20180206花蓮地震南北向

地震反應譜

 

10  花蓮氣象站20180206花蓮地震東西向

減震反應譜

 

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