消能機制:
利用結構體內部鋼筋或外加阻尼器的塑性化,可以消散一部分地震輸入到結構體的能量,並降低結構體所承受的地震力,其作用如同汽車的避震器。
法規最小設計地震力:
法規針對高、矮建築物制定不同的最小設計地震力。另外,提供重要功能或供公眾使用的建築物(不包括一般住宅),其法規最小設計地震力需要加以放大;而建築物有內建或外加消能機制,其法規最小設計地震力可以折減。
建築物振動週期:
建築物左右來回擺動一次的時間,約略與建築物的高度及構造有關;即RC及SRC構造週期較短,而鋼構造(SS)週期較長。
地盤振動週期:
地盤左右來回搖晃一次的時間,約略與土壤的軟硬度有關;即堅硬土穰週期較短,而軟弱土壤週期較長。
共振效應:
地震時,地盤與建築物倆者的振動週期愈接近,建築物所承受的地震力愈大,且高、矮建築物都有可能發生。
震度:
地震時,地表最大的振動加速度,共分七級,而震度五級初即會對一般結構產生破壞力。
破壞地震力:
每一次地震,建築物所承受的真實地震力皆與法規最小設計地震力不同,而真實地震力有可能是破壞地震力,遠大於法規最小設計地震力(可達5倍以上)。具破壞性地震的特徵:(1)共振效應明顯;(2)震度五級以上,且其連續搖晃的時間稍長。
結構強度:
強度大小取決於結構桿件的長度、斷面尺寸及鋼筋量;只是一般建築物的結構設計強度,都只採用法規最小設計地震力的25%~40%,實在無法與真實破壞力相抗衡。由於一般住宅的結構設計必須兼顧建築使用空間及建造成本,單純增加結構強度,並非經濟、安全的作法;只是一般人只顧慮樑、柱斷面尺寸大小及鋼筋量多寡,卻難以體會每一棟高、矮建築物,都有可能遭遇到破壞地震的強大作用力。台南維冠大樓在倒塌之前,也已經聳立超過20年,卻難逃震度五級地震的考驗。
結構設計原則:
結構系統及阻尼器必須提供建築物有效的消能機制,即消能能力及結構強度(類似汽車避震器的油壓筒及彈簧),才可以緩和共振效應及降低地震力,減少致命地震對建築物的破壞。所以,建築物結構體的安全不能沒有消能機制,就如同汽車車體的安全不能沒有避震器,是一樣的道理。
資料來源/蘇源峰結構技師