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耐震建築結構、設計原則與耐震係數介紹

台灣位處地震帶,頻繁的地震對台灣人來說已是家常便飯,但若是建築物不夠穩固無法耐震,造成的災害總是慘重。在 1999 年的 921 地震後,營建署已重新修訂耐震建築設計法規,針對不同區域與地形調整建築的耐震係數,藉此提升建築的耐震安全標準。

本篇文章將介紹什麼是耐震建築、耐震係數,以及耐震建築的原理跟設計結構,日後若有看房買房需求,都可以將耐震建築設計列入考慮。

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耐震建築是什麼?耐震建築介紹

營建署在 921 地震後修改耐震建築的安全標準,在 2000 年之後,建築物基本上都可以承受 5 級地震,在介紹耐震建築的設計之前,我們先介紹耐震建築是什麼?以及耐震建築相關的名詞,包含耐震度與耐震係數。

耐震度、抗震度、耐震係數

在耐震建築中,最常看到的名詞是「耐震度」跟「耐震係數」:

  • 「耐震度」又稱抗震度,指的是建築物在最初設計規劃時,所能承受的最大力量。
  • 「耐震係數」是指水平加速度的係數,也就是預估地震時,這個地區可能有的最大地表加速度值。

耐震係數高,能承受的震度高

目前耐震建築設計、耐震係數等參數計算方式,都須考量建築所在地的土壤軟硬、斷層等因素進行計算,之後再由結構技師依照耐震係數等數值,設計出符合標準的建築結構。

簡單來說,建築物的耐震係數越高,所能承受的地震震度就越高,就居住安全來說也就更安全。

(參考資料:iBT)

耐震建築:設計原則

目前現行耐震建築的設計原則主要有 3,分別是「小震不壞、中震可修、大震不倒」:

(耐震建築設計原則主要有 3,來源:由國家地震工程研究中心提供)

耐震建築設計原則1、小震不壞

根據地震危害度分析,在當地平均每 30 年所預期發生一次的最大地震作用下,不會讓建築物受損,在地震過後仍能維持建築物的正常機能。

耐震建築設計原則2、中震可修

根據地震危害度分析,在當地平均每 475 年所預期發生一次的最大地震作用下,可能讓建築物局部受損,但經過修復後仍可居住。

耐震建築設計原則3、大震不倒

根據地震危害度分析,在當地平均每 2500 年所預期發生一次的最大地震作用下,可能讓建築物全面受損,但不至於倒塌,大樓裡的人仍可逃離,後續可請專業人員針對耐震建築結構進行鑑定,以判斷補強或拆除重建等後續作為。

(資料來源:國家地震工程研究中心)

這裡有更多耐震建築介紹》抗震建築是怎麼設計的?用抗震結構來面對地震,保護住家安全

耐震建築:結構設計

接著來介紹耐震建築的結構設計,其實耐震建築之所以能耐震、抗震,與結構設計息息相關。

目前較為主流的耐震建築,設計結構主要有以下三種:

  1. 鋼筋混凝土(RC)
  2. 鋼骨鋼筋混凝土(SRC)
  3. 鋼骨(SC)

三種設計結構材料的特性、施工方法與抗震力都有不同,地震來的時候感受度也有差,因此要先了解自己對於耐震的需求是什麼,看房時也會較有方向。

(耐震建築的設計結構主要有三種:鋼筋混凝土、鋼骨鋼筋混凝土、鋼骨)

耐震建築結構1、鋼筋混凝土(RC)

  • 施工方式:以混凝土包覆鋼筋
  • 施工難易度:較簡單
  • 抗震度:較低
  • 晃動度:較小
  • 施工成本:較低
  • 建築高度:低

鋼筋混凝土的建築,主要支撐力道來自於包覆鋼筋的混凝土,「剛性較強、柔軟度較差」的特性,讓耐震建築物不會隨著地震晃動、搖擺,感受上較舒適。但這樣的特性同時也成為缺點,因為無法隨著地震的幅度擺動,建物結構就比較容易受到破壞。

因此 RC 建築不適合蓋得太高,以減輕主結構梁柱的承重力,藉此來提升抗震能力。

耐震建築結構設計:鋼骨結構(SC)

  • 施工方式:以鋼骨為建築結構
  • 施工難易度:較簡單
  • 抗震度:最高
  • 晃動度:最大
  • 施工成本:較高
  • 建築高度:適合超高建築

SC 鋼骨結構的建築,其樑柱部分都是以「H 型」鋼骨建造而成,外部不會再用混凝土包覆,因此節省了施工時間與建構重量。而且少了混凝土的包覆後,建築物的撓性與柔軟度都提升,因此可以隨著地震搖擺,抗震力極佳,因此適合超高樓層建築(如台北 101)使用

但相對的,既然會隨著地震搖擺,那建築物內對於地震的感受就是最大的,因此對住在裡面的人來說可能很「驚悚」,因此像是台北 101 加裝了阻尼器來防震,或是其他的防震裝置,都是減輕鋼骨 RC 結構建物的晃動程度。  

耐震建築結構設計:鋼骨鋼筋混凝土結構(SRC)

  • 施工方式:以鋼骨為樑柱結構,在外圍包覆鋼筋及灌入混凝土
  • 施工難易度:最複雜
  • 抗震度:高
  • 晃動度:較大
  • 施工成本:最高
  • 建築高度:高樓層建築適用

在當今的建築市場上,最受歡迎的耐震建築結構屬於鋼骨鋼筋混凝土(SRC)。這種結構同時兼具了純鋼骨與鋼筋混凝土結構的優點,不但有高度的耐震撓性,也有不錯的剛性可以降低房子因地震而產生的搖晃程度

但最大的缺點就是這種結構的成本極高,比起其他兩種結構成本高出 20 % 左右。不過因為台灣位處地震帶,因此就算成本較高,SRC 結構的建案仍最受歡迎,也成為建商打廣告最愛用的一點。

耐震建築結構、原理與耐震係數:總結

在耐震建築裡常見兩個名詞,分別是耐震度與耐震係數:

  • 「耐震度」又稱抗震度,指的是建築物在最初設計規劃時,所能承受的最大力量。
  • 「耐震係數」是指水平加速度的係數,也就是預估地震時,這個地區可能有的最大地表加速度值。

目前現行耐震建築的設計原則主要有 3,分別是「小震不壞、中震可修、大震不倒」。

結構設計的部分主流設計有 3 種:

  1. 鋼筋混凝土(RC):
    「剛性較強、柔軟度較差」的特性,讓耐震建築物不會隨著地震晃動、搖擺,感受上較舒適。但也因為無法隨著地震的幅度擺動,建物結構就比較容易受到破壞。
  2. 鋼骨鋼筋混凝土(SRC):
    最受歡迎的耐震建築結構屬於鋼骨鋼筋混凝土(SRC),兼具純鋼骨與鋼筋混凝土結構的優點,不但有高度的耐震撓性,也有不錯的剛性可以降低房子因地震而產生的搖晃程度。但成本極高,比起其他兩種結構成本高出 20 % 左右。
  3. 鋼骨(SC):
    外部不會再用混凝土包覆,建築物的撓性與柔軟度都提升,因此可以隨著地震搖擺,抗震力極佳,通常會加裝阻尼器來減輕鋼骨 RC 結構建物的晃動程度。

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