0206美濃地震:維冠金龍大樓可能之倒塌機制

在0206美濃地震中,共有117人罹難,其中115人 (98.3%) 之死亡乃肇因於「維冠金龍大樓」之倒塌 [1]。若該大樓之垂直構件(柱、牆) 之強度,足以抵擋此次地震,大樓不至於倒塌?若該大樓前側 (臨街側) 垂直構件之強度,與後側相若,而不是一強 (後側) 一弱 (前側),前後兩側同時失敗,低樓層崩塌,高樓層呈剛體往下移動,其內人員尚可保命?若該大樓傾倒後,仍能保持完整之梁柱構架,其內人員有足夠之空間,或自行脫困?或等待救援?樓房理應是人們安居之所,而不是葬身之地。此時此刻,正需要各方提出見解,理出該大樓倒塌之可能機制及其肇因,在全國數十萬棟老舊建物中,有系統地篩選出具有共同弱點之大樓,或輔導、或強制該類大樓,進入結構耐震評估與補強之程序,有效地排除類似災難之再次發生。

維冠金龍大樓

維冠金龍大樓座落於臺南市永康區國光五街2號,位於東經120.2609度、北緯23.0055度,在震央 (120.54度、22.93度) 之方29.71公里處,東臨永大路二段,南臨國光五街。該大樓為16層鋼筋混凝土造,1FL樓高約6m,2FL至16FL之樓高均為2.9m,建物總樓高約50 m,於1995年1月竣工使用,低樓層作商業用,高樓層作住宅用。樓層平面呈U字型,共有9個單元,前側 (東側臨永大路二段) 有7個單元 (A至G),後側 (西側) 有2個單元 (H及I)。在前側之7個單元中,長向 (南北向) 有7跨,跨度均為8 m;短向 (東西向) 僅有1跨,跨度約10 m。垂直動線 (樓梯及電梯) 集中在後側 (西側),且位於短向單跨往外延伸處(圖1)。

可能之倒塌機制

從大樓結構之立面觀之,低樓層作商業用途,而高樓層則作住宅用途。為了營業效果,低樓層之商店 (場) 力求開闊之視野,牆量自然較少;高樓層之住宅為了起居之功能,需要隔間,牆量自然較多。無論是鉛直之靜載重及活載重,或水平之地震力,皆由高樓層累加至低樓層。因此,若結構之側力強度,不足以抵抗地震之橫力,則結構傾向於低樓層崩塌。

從大樓結構之平面觀之,臨永大路二段之一側 (東側),乃消費者及客戶進出之動線,遂力求視野開闊,故東側 (前側)牆量自然較少;而樓梯間及電梯間集中配置在後側,形成西側 (後側) 之牆量較多。因此,若低樓層之垂直構件 (柱及牆) 不足以承受地震之橫力,東側 (前側) 因側力強度較低,將率先破壞,甚至失去其垂直承載能力。因而在東側柱子破壞後,樓版之東側高程下降,結構向東側 (前側) 傾斜,結構傾斜導致傾倒力矩增加。大樓結構在短向之高寬比約為5比1。當傾斜角度大於1/5,而西側垂直構件之拉力強度不足以抵抗傾倒力矩時,結構呈現不穩定狀態,整棟大樓向東側 (前側) 傾倒於永大路二段上。

若大樓以非常緩慢之速度傾倒在永大路二段時,建物結構仍能「構架保持構架」,在完整之梁柱構架中,人們有足夠之生存空間,可自行脫困或等待救援。若梁能牢固地錨定於柱子中,縱然大樓並非以緩慢之速度傾倒於路面上,梁柱構架依然保持完整,人們將有足夠之避難空間,傷亡數字便可大幅降低。可是,或因傾斜速度太快,當傾倒於路面時,衝擊力太大,梁柱脫離;或因梁柱錨定不足,接頭破壞。無論是那一種原因,結果皆為樓版堆疊,人們沒有足夠之生存空間,導致傷亡慘重。

綜而言之,本團隊依原結構配置、破壞狀態大抵推估,在0206美濃地震中,維冠金龍大樓之低樓層東側的柱子率先破壞,結構向東側傾斜,因傾斜角度過大而傾倒在路面上。大部分梁柱因傾倒而脫離,導致上、下層之樓版堆疊,因此傷亡慘重 (圖2至7)。

結語

當大樓傾倒於路面時,若傾倒速度緩慢,或梁柱錨定強度足夠,雖然傾倒,亦能保持完整的構架,人們就有足夠之避難空間並等待救援。如此一來,高樓層之居民可倖免於難。

單跨大樓雖有利於採光及視野,但結構之贅餘度低,一旦梁柱於地震中脫離,勢必造成傷亡,因此,梁之兩端必須確實錨定於柱子中,形成堅固之梁柱接頭。住商混合大樓之低樓層作商業用,牆量少,若欲保留開闊之視野,必須加大低樓層之柱子,以補其不足。樓梯間及電梯間配置於大樓之後側,故後側牆量多,形成前側弱、後側強,因此,牆必須納入結構分析之模型中,充分呈現扭轉效應,並據此調整設計,以排除之。

在0206美濃地震中,住商混合大樓係損壞最為嚴重的一群建築物,低樓層 (商業用途) 之所有權人,應非經濟弱勢之族群,有能力辦理結構耐震評估與補強,營造一個既安全又歡樂之消費環境。根據統計,每15至20年有一次具災害之地震,而災害防救工作千頭萬緒,唯有理出輕重緩急,有系統地依序展開,15年後才不會後悔。

參考文獻

1.https://zh.wikipedia.org/wiki/ 2016年高雄美濃地震。

2. http://udn.com/news/story/9446/1497857-維冠現場》A區G區最慘重 I區C區零死亡-推估原因在...。

 

圖1  一樓平面示意圖

圖2  倒塌後空拍照片

圖3  倒塌後照片-南向立面(A棟、H棟)

 (施忠賢技師提供)

圖4  倒塌後照片 (施忠賢技師提供)

 

圖5  倒塌後照片 (施忠賢技師提供)

 

圖6  倒塌後照片 (施忠賢技師提供)

 

圖7  倒塌機制

 

 

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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