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華信電子週報   <不動產行情、不動產估價、不動產法規類>

週報

主題:

十分鐘搞懂建物與防震()

前言:上期電子報與各位讀者介紹了地震時影響建物安全的建物因素與外在因素,那麼除了建築結構基本的耐震加強外,現代的建築工程尚有那些技術與方式可以加強建物的結構安全呢,本期將接續與各位讀者分享抗震、制震建築的工程設計,惟如有錯誤或遺漏之處,仍尚請不吝指正,謝謝!

抗震工程的設計

  由於建築物在面對地震時的危險最主要在於地震震動會對建築物造成拉扯與擠壓進而變形,對建物結構的強度形成挑戰,故抗震或制震技術亦針對此一原理,主要分為隔離震動(隔震)抑制震動(制震)兩種。

1.隔震:隔震則是於建物底層或中間層設置一個隔震層裝設隔震墊與阻尼器,藉以吸收地震能量,減輕地震力對建築物之衝擊,其形式有數種,鉛心橡膠支承墊(Lead Rubber Bearing)是最為典型的一種,其組成結構如下圖:

建築物隔震器裡一層鋼片一層橡膠的構造,使隔震器具備承載建築物重量的能力;橡膠容易變形的特性,則使整個隔震器產生和滑板類似的效果,因而減低地震對樓房的擾動。隔震器不僅降低地震對建築物的衝擊,同時也保護建築內的貴重物品。

由於一般隔震墊主要功能是延長震動週期,較不具備抵銷震動能量的功能,故也有將U型鋼環合併於橡膠墊基座,由橡膠墊隔震,U型鋼環消減震動能量。

2.制震:制震是在大樓的柱樑構架中設置一定數量的吸收能量的裝置,也就是阻尼器或稱減震器(制震器),減少建築物的振動。地震時,建築物可藉由減震器的運動,吸收部份的結構振動能量,達到減震效果。減震器依材料狀態,大致分為油壓減震器與鋼板減震器兩種,一般而言,油壓減震器的減震消能與材料的流動速度有關,鋼板減震器的減震消能與材料的變形大小有關。

(1)油壓減震器:油壓減震器又稱為「油壓阻尼器」,正式學名為「流體黏滯阻尼器 Fluid Viscous Damper」,這種減震器內部填充黏稠的液狀材料,地震導致建築變形時,斜撐會拉壓阻尼器,使阻尼器產生阻尼力,阻擋結構變形,並吸收結構振動能量。

(2)鋼板減震器:其原理是利用細長鋼材受拉時發生塑性變形而吸能,且外加「束制」固定,受壓時不易挫屈亦可因塑性變形而吸能。

挫屈束制斜撐(BRB Buckling Restrained Bracing)是鋼板減震器的典型代表,其構造是在核心鋼材的外圍加裝外套管,並填入混凝土,防止核心鋼材受壓而挫屈。

(3)減震器的應用:由於減震器系透過建物結構變形吸收建築物的振動能量,達到結構減震的效果。如果建築構架過於剛硬,地震時構架變形微小,減震器也就無法發揮效用。因此,減震器在應用上,高樓建築比低矮樓建築常見,鋼骨建築比鋼筋混凝土建築合適。

減震器裝設在梁柱構架中,其裝設方式不僅限於單一斜撐,也可採用V型或倒V型的配置,至於採用哪種方式較恰當,則與建築空間的動線和門戶的安排有關。

建築結構的減震效果,與減震器安裝的數量和位置有關。如果僅在一兩個樓層裝設,減震效果微小。一般來說,一棟建築至少要有二分之一以上的樓層安裝減震器,才能達到減震效果。

 

其他常見制震裝置

除了上述制震裝置類型,現在經常可見到建商在銷售宣傳上常訴求某建案採用新日鐵XX制震技術(裝置),首先新日鐵是日本一家大型鋼鐵生產商,而其制震產品常為台灣建商使用,常見有如下兩種:

1.   UBB(Unbonded Braces)其原理類似挫屈束制斜撐(BRB)UBB組成結構為鋼板+鋼管。

                                

1.   VEM(VEM DAMPER) 其結構系外層鋼板中間填入稱為ISD111(一種丙烯酸類的高分子聚合體)的粘彈性體,並以此吸收震動能量。

值得注意的是板片型VEM設計上雖有制震功能,但其特性較適合抵抗高樓強風所造成的建物振動或小型地震的振動,相較於他種制震設備,板片型VEM遇強震時會更加仰賴主建物結構本身的耐震程度,故也有些建案會配置兩種制震設備。

 

結論

 以上即為幾種較具代表性或較常見的制震裝置介紹,經過這兩期針對建築物耐震與抗震的介紹,相信各位讀者已對建物的防震與各種不同的制震裝置特性有相當的認識,當下次看到某建案標榜的制震裝置時,再也不會滿滿的問號囉!

 

 

 

 

以上資料來源參考:

1.   建築物耐震設計規範及解說http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=10471&Itemid=57

2.      國家地震工程研究中心http://www.ncree.org/

3.      建築與防災-(李柏昱)http://pansci.asia/archives/75408

4.   專題報導-安全耐震的家(李政寬、邱世彬、張惠玲)http://ejournal.stpi.narl.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9802/9802-05.pdf

5.   建物防震https://market.cloud.edu.tw/content/senior/earth/yl_ld/content/1-2/proof.htm#0

6.      相關報導http://www.epochtimes.com/b5/6/5/20/n1324709.htm

7.      台北市建築交集會http://tprema.org.tw/official/?parent_id=1243

8.      再談隔震建築結構-邱榮政http://blog.xuite.net/roger.nina/twblog/121028496-%E5%86%8D%E8%AB%87%E9%9A%94%E9%9C%87%E5%BB%BA%E7%AF%89%E7%B5%90%E6%A7%8B

9.      新日鐵免制震介紹https://www.nsec-steelstructures.jp/base_isolation/unbondedbrace/features_ub/benefits_ub/

 

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