胡偉良︱為什麼大樓在地震時比公寓容易倒塌?
![921地震前的建築設計及施工品質不偌現行法規嚴謹。(資料照)](/uploads/1721968537.jpg)
過去幾年的強震造成不少高樓建築物倒塌並造成不少人員傷亡,引發了民眾對高樓建築物安全的關切,甚至讓民眾產生「高樓比低樓不安全」的感覺,但事實恐非如此,追根究底來看,高樓的安全與否,其差異就存乎於:設計施工的水準。
1, 量體較大,危險性較高
1) .高樓建築整體規模的量體較大,重量較重(通常是4、5層樓的數倍甚至數十倍之多);因此地震時引發的水平方向力量較大,再加上因樓較高,導致整體的重心也較高,高度效應導致建築物在地震時,搖晃更多,柱子受力也大。
2) .因為上述原因,因此高樓每根柱子受力遠比低矮建築物(量體通常也比較小)大。
3) .當建築物的柱子在設計、施工存有瑕疵或不足,或因使用上的考量將結構體做了更改時,就會造成結構上的「軟弱層」,並因而在軟弱層崩壞,而導致致命的傷亡。
也因此,當出現缺失時,災損就會比較嚴重,像是:
a.設計上的瑕疵、不足、不當
包括:柱子在設計上的抵抗力不足(尺寸太小、箍筋數量不足)、結構配置不當(造成特定柱子承受額外的負擔)。
b.施工上的瑕疵
包括了:混凝土加水(好施工,但結構體的強度因此大幅降低)、箍筋配置不足(間距過大或未配繫筋)、不適當(彎鈎角度90度(應該在135度以上)。
c.使用上的疏漏
如:底層的用戶因為使用上的考量(取得較大的無柱、牆空間或寬廣的視覺效果),把一些原有的柱樑或牆壁拿掉(開放空間),使得該層建築物變成軟弱層,也就是俗稱的軟腳蝦。
2,拿掉牆壁、柱子導致頭重腳輕
至於為什麼拿掉牆壁、柱子會這麼關鍵,主要是因為:拿掉部分柱子會使其他柱子承擔更大的(額外)力量。而拿掉牆壁(主要指連結樑和柱子的部分)則會使整個結構物減少了牆壁的協同抵抗地震水平力的功能;而且柱子在少了牆壁的側向支撐後,其(軸向)抵抗能力會大幅衰退。
再加上底樓的挑高,會使底層柱的承載能力因此減弱,再加上「上層結構比較密實」(有樑柱牆壁(隔戶及外牆),上面的力量累積到了一樓,形成受力最大,但卻最脆弱(挑高柱、少牆體)的「頭重腳輕」、「上強下弱」型。上述也是「倒塌案件中最常見的類型」
3,早期的法規疏漏是地震災害的主因
由於921地震之前的設計、施工規範原本就還不完善,施工更是普遍品質不佳,若建築物再有不規則的配置(外形不規則(????型、冂型、T型)時,桿件會因此承受額外的應力集中及扭曲,更容易使得構件因此受損,若該部分的設計、施工瑕疵沒有補強,就容易産生致命的傷害,地震時的災害風險大幅提高。
4, 老舊公寓比較安全是錯誤的觀念
反觀老舊公寓,一方面量體(面積範圍)較小,柱子承受荷重較小,加上基地相對比較方正、對稱,壁體量較多,因此在受到中小型地震時,反倒顯得相對安全,但如果以此推斷老舊公寓比較安全,可就是大錯特錯了。
所以簡單的說,依921地震之前設計、施工的建築物都不安全,其中大樓的地震危害風險最大,根據之前內政部發布的統計資料,全國屋齡逾20年以上的12層以上住宅大樓, 其中竟有75%結構上存有安全疑慮;其次是公寓,據我個人的估計,如果台北發生6級以上的地震,應該有5成以上的公寓將嚴重受損。而依921地震之後新規範設計、施工(2005年後完工)的建築物則是比較安全的。
而50公尺以上的高層建築迄今在地震中少有災損,這也正足以打破一般低樓比高樓安全的謠傳,它較穏當的原因其實是因為:1).結構系統的審查較為嚴謹(有第三方專業審查)。2).建商及營造廠商的規模較大,財務、管理、及專業的水準均較高。
5, 符合法規規定,大致就可以達到安全無虞
以當今的營建技術來論,建築物要做到充分的抗震、耐震其實不難,但是考量到經濟的必要性(做的太安全,造價會變得太昂貴),使得當今的建築規範朝向「小震不壞、中震可修、大震不倒」的目標去做要求,因此,大樓之所以倒塌除了早期的規範(2000年以前)尚不夠嚴謹、週全外,最主要還是出自民眾的輕忽、自私和貪婪,在法規完善(2005年)之後,下一步要做的應該是人心的改革。
1, 量體較大,危險性較高
1) .高樓建築整體規模的量體較大,重量較重(通常是4、5層樓的數倍甚至數十倍之多);因此地震時引發的水平方向力量較大,再加上因樓較高,導致整體的重心也較高,高度效應導致建築物在地震時,搖晃更多,柱子受力也大。
2) .因為上述原因,因此高樓每根柱子受力遠比低矮建築物(量體通常也比較小)大。
3) .當建築物的柱子在設計、施工存有瑕疵或不足,或因使用上的考量將結構體做了更改時,就會造成結構上的「軟弱層」,並因而在軟弱層崩壞,而導致致命的傷亡。
也因此,當出現缺失時,災損就會比較嚴重,像是:
a.設計上的瑕疵、不足、不當
包括:柱子在設計上的抵抗力不足(尺寸太小、箍筋數量不足)、結構配置不當(造成特定柱子承受額外的負擔)。
b.施工上的瑕疵
包括了:混凝土加水(好施工,但結構體的強度因此大幅降低)、箍筋配置不足(間距過大或未配繫筋)、不適當(彎鈎角度90度(應該在135度以上)。
c.使用上的疏漏
如:底層的用戶因為使用上的考量(取得較大的無柱、牆空間或寬廣的視覺效果),把一些原有的柱樑或牆壁拿掉(開放空間),使得該層建築物變成軟弱層,也就是俗稱的軟腳蝦。
2,拿掉牆壁、柱子導致頭重腳輕
至於為什麼拿掉牆壁、柱子會這麼關鍵,主要是因為:拿掉部分柱子會使其他柱子承擔更大的(額外)力量。而拿掉牆壁(主要指連結樑和柱子的部分)則會使整個結構物減少了牆壁的協同抵抗地震水平力的功能;而且柱子在少了牆壁的側向支撐後,其(軸向)抵抗能力會大幅衰退。
再加上底樓的挑高,會使底層柱的承載能力因此減弱,再加上「上層結構比較密實」(有樑柱牆壁(隔戶及外牆),上面的力量累積到了一樓,形成受力最大,但卻最脆弱(挑高柱、少牆體)的「頭重腳輕」、「上強下弱」型。上述也是「倒塌案件中最常見的類型」
3,早期的法規疏漏是地震災害的主因
由於921地震之前的設計、施工規範原本就還不完善,施工更是普遍品質不佳,若建築物再有不規則的配置(外形不規則(????型、冂型、T型)時,桿件會因此承受額外的應力集中及扭曲,更容易使得構件因此受損,若該部分的設計、施工瑕疵沒有補強,就容易産生致命的傷害,地震時的災害風險大幅提高。
4, 老舊公寓比較安全是錯誤的觀念
反觀老舊公寓,一方面量體(面積範圍)較小,柱子承受荷重較小,加上基地相對比較方正、對稱,壁體量較多,因此在受到中小型地震時,反倒顯得相對安全,但如果以此推斷老舊公寓比較安全,可就是大錯特錯了。
所以簡單的說,依921地震之前設計、施工的建築物都不安全,其中大樓的地震危害風險最大,根據之前內政部發布的統計資料,全國屋齡逾20年以上的12層以上住宅大樓, 其中竟有75%結構上存有安全疑慮;其次是公寓,據我個人的估計,如果台北發生6級以上的地震,應該有5成以上的公寓將嚴重受損。而依921地震之後新規範設計、施工(2005年後完工)的建築物則是比較安全的。
而50公尺以上的高層建築迄今在地震中少有災損,這也正足以打破一般低樓比高樓安全的謠傳,它較穏當的原因其實是因為:1).結構系統的審查較為嚴謹(有第三方專業審查)。2).建商及營造廠商的規模較大,財務、管理、及專業的水準均較高。
5, 符合法規規定,大致就可以達到安全無虞
以當今的營建技術來論,建築物要做到充分的抗震、耐震其實不難,但是考量到經濟的必要性(做的太安全,造價會變得太昂貴),使得當今的建築規範朝向「小震不壞、中震可修、大震不倒」的目標去做要求,因此,大樓之所以倒塌除了早期的規範(2000年以前)尚不夠嚴謹、週全外,最主要還是出自民眾的輕忽、自私和貪婪,在法規完善(2005年)之後,下一步要做的應該是人心的改革。