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建物加裝阻尼器 降低震災結構損害

2016-07-29 09:03:58經濟日報 ■劉靜君

地球板塊相互持續性的擠壓,造成地殼內部的應力累積,當累積達到一定程度後,會發生破裂且釋放能量,此種現象即稱之為地震。

消散能量 降低搖晃程度

採用隔震、減震技術,可以大幅減少地震能量傳遞至建築物,降低房子結構的損壞、保障居民安全、提升居民的舒適度及確保設備正常運作無虞。自921大地震後,隔震、減震設計在國內獲得許多建商青睞,紛紛以隔震宅、制震宅為訴求大力推廣,全球知名品牌也紛紛搶進台灣市場,讓隔、減震元件價格更趨合理化。

由於買房子是以安全為首要考量,即使初置成本略高些,但以長期的成本來考量,具有隔、減震效果的房子還是比較安全、值得信賴,且在震後幾乎不需維修補強。

房子遭遇地震時,梁、柱、牆、樓板及非結構元件間,皆會因彼此輕微撞擊或摩擦而消散小部分的地震能量,此為結構物的固有阻尼。一旦地震能量輸入累積到達一定程度時,房子就會產生永久變形與不同程度上的破壞。

國家地震工程研究中心研究員汪向榮博士說,建築物減震是利用安裝在房子結構上的減震消能元件(或稱阻尼器),在地震過程中產生額外的消能作用,以降低房子結構所承受的地震能量。加裝阻尼器的房子,當地震能量輸入時,可與房子結構的固有阻尼共同消散地震能量,不僅可降低搖晃程度,更可以減少房子結構的損害。

減震消能元件一般來說可區分為速度型與遲滯型。速度型阻尼器的出力會隨著速度增加而提升,速度越快能夠消散的能量越多。目前較廣為應用的速度型阻尼器,有黏滯型阻尼器及黏彈性制震壁。

隔震支承 常見分三大類

黏滯型阻尼器的出力只與速度有關,在地震過程中,阻尼器發生最大出力的時間與結構物梁柱產生最大變形受力的時間不同,因此,不會帶給結構物額外的負擔。黏彈性制震壁通常以牆壁的形式安裝,不會佔用額外的空間,其不僅與速度有關,也與位移有關,速度與位移越大,制震壁的出力與能夠消散的能量就越大,因此,常應用在高樓層建築,具有可以同時消散地震能量與抵抗風力的效果。

遲滯型阻尼器的消能機制多以金屬材料的降伏行為來消散地震能量,如挫屈束制斜撐,其也可以設計為房子的主要韌性結構系統,在地震作用下,透過拉、壓的反覆降伏來消散地震能量。

汪向榮博士說,與減震技術相比,隔震技術的特色是在地震能量輸入至上部主體結構前,即可透過隔震系統隔離大部分的地震能量。

隔震系統是由隔震支承及額外阻尼器組合而成,隔震系統所在的位置稱為隔震層,隔震層有如一個較一般結構柔軟的樓層,在地震時產生變形且吸收絕大部分的輸入能量。隔震系統可以設計在建築物的底部,稱為基礎隔震建築,也可以設計在低樓層,如一樓樓頂等位置,稱為中間樓層隔震建築,均可有效保護上方的建築物。隔震支承一般來說可分為橡膠類、滑動類及滾動類。國內現有的隔震建築中,以採用橡膠類隔震支承居多。橡膠類隔震支承以一層橡膠、一層鋼板的方式堆疊而成,因此,又稱為積層橡膠支承。

天然橡膠支承可透過額外的加工賦予較高的消能特性,如在橡膠支承中央擠入鉛製圓柱,使支承在變形的同時也可透過金屬的降伏行為來增加消能能力,稱為鉛心橡膠支承;或是對於橡膠支承中的橡膠材質進行改良以增加消能能力,稱為高阻尼橡膠支承。常見的滑動類隔震支承如摩擦單擺支承,對於不規則的建築設計,及重量較輕或變異較大的結構設計,具有相當的優勢。

汪向榮博士說,基本上,隔震與減震技術沒有孰優孰劣之分,只要有良好的設計與施工,都能有效提升房子的耐震性能,讓國人可以安心居住,不必害怕地震。

嚴格把關 杜絕偷工減料

目前國內在相關研究、規範、設計與施工上,均已趨成熟水準,政府亦已投入大量成本建置高性能檢測設備,為國內相關工程實質把關,杜絕不良品質的隔、減震元件。

未來,政府機關與相關專業組織仍需持續努力,將相關資訊更加透明化,並訂定維護管理辦法,讓社會大眾能夠真正瞭解隔、減震建築物的好處,建商與工程師能夠使用良好品質的隔、減震元件,及避免使用者維護不當而影響隔、減震設計的預期效益。

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