921集集大地震〝非常破壞,非常建設〞
陳 智

         921大地震,造成了重大的災害,痛定思痛之餘,個人雖才疏學淺,僅就建材、設計、施工、都市計劃等方面加以討論。

一、建材

         在強地震區,尤其是在震央附近,建築物在7級以上地震力的作用之下能夠不受損傷,幾乎是不可能的。應該選用質輕、價廉、高韌性易於修補重建之建材如木材或鋼。將人員、物質的損害減至最低。鋼筋混凝土高樓建築物由於體積重,韌性差在大地震來時的風險是很大的。君不見南投縣國姓南港村在大地震後唯一殘存的房子及三位住戶是一幢質輕的鐵皮屋嗎?圖一以洛杉磯為例,住宅區的房子很少高於4樓的(UBC,65英呎以下)最普遍的建築物底樓為混凝土式無樑板地下室,上加蓋三層以下的木造或鋼造建築物。
         地震力與建築物本身的重量成正比,減輕建築物重量可以減少地震力及地基承載力,所以減輕建築物重量為地震設計的必要手段。除主結構體外,建築物的隔間及外牆,應採用質輕,無剛度的建材。混凝土或磚的隔間及外牆,不但增加了建築物的重量,而且影響到了建築物原結構設計的剛度分配,是很不恰當的。

二、設計

         建築規範中的地震區的劃分,有重整之必要,以此次地震的震央(南投)即不在規範中強地震區之內。而且以本島的面積,分成三個地震區似乎太多了一點。有關單位應調查並公佈全省活斷層的位置,以為設計時之參考。平時加強結構工程師之間的經驗交流及培訓。要了解規範只是設計時的參考及最低設計標準,要因時制宜,隨機應變。唯有對理論及實際工作有深入的了解,才能綜觀全局。在設計時做出正確的決定,並將風險減至最低。
         地震對建築物損害,大致分為四大類(1)傾倒翻覆(2)軟弱樓層全面崩塌或由偏心扭力造成的局部崩塌或傾斜(3)結頭破壞(4)地基沉陷或液化

圖一 國姓殘屋(國姓鄉長石巷唯一完整的房舍向上突起近百公尺移位)
         (1)建築物的傾倒翻覆─這和建築物本身的重量、高度、平面長寬比、地基深度及型態有密切的關係。 一幢高又窄的混凝土房子在其窄方向抵抗傾倒力距的能力是有限的。
         (2)軟弱樓層的全面崩塌或由偏心扭力造成的局部崩塌或傾斜─基本上建築物愈下層所受的地震力愈大,所需的樑柱尺寸應愈大,如果下部有挑高樓層,樑柱尺寸應相對加大,或加入其他的側向力支撐系統。側向力支撐系統應盡量保持分佈均勻、上下連貫、對稱的特性。主結構側向力支撐系統不要做剪力轉移,變換位置。軟弱樓層的判定,可以將一個大側向力放在結構體之頂端,以其樓層間之位移大小及柱之反曲點的變化來判定。偏心扭力會加強建築物的局部應力集中,造成不利的影響。
         (3)結頭破壞─結頭設計包含樑與柱的結頭以及其搭接,樓板(DIAPHRAGM)與樑之接頭。結頭設計應達到韌性設計的標準,並應考慮設計及施工上的可行性。不要照抄電腦輸出的資料而應加以消化整理。應繪製結頭的斷面詳圖,仔細挑列鋼筋數量間距及斷面大小,以利施工。
         (4)地基沉陷或液化─本省地區由於土質不佳,地下水位高的特性,在基礎設計上是一大挑戰。應與土壤工程師密切配合在最佳地基深度(承載力)建築物重量,地下水之上浮力中間尋找一個平衡點。每幢房子都應有足夠的地質鑽探資料。如果地基有液化之危險應採用大直徑的基椿。(有關設計之詳點,請參考拙作"建築結構設計精華"詹氏書局出版)

三、施工

         施工與設計圖應詳細核對檢查,以防偷工減料之事發生。包商應快速檢驗設計圖是否有施工困難之處,並通知工程師修改設計。

四、都市計劃

         在強地震區的住宅應盡量少建高層建築。應增加道路設施,將人口盡量擴散。■