多震台灣 談外觀奇特建築物之安全

一、 地質構造複雜

台灣位處全球發生地震8~9成的泛太平洋地震熱帶花采列島中間,活躍的菲律賓海板塊,每年以7~8cm,朝西北向約45。擠撞全球最大歐亞陸板塊,形成約南北向之五大山脈,在本島形成反曲點,於島南區有歐亞陸板隱沒進菲律賓海板塊下、島北區則海板插入陸板下方,故全國斷層無數、崇山峻嶺遍布,超過3千米高山達268座,遠逾日本十餘座與紐西蘭的二十餘座,由這些高山數量,可知台灣地質構造複雜、與所能衍生自然災害,風險有多大。若以水土保持法定義之「山坡地」:逾海拔100m或5%坡度以上,山坡地面積約達2,6374 km2,約達全國領土3.6萬km2的75%。但台灣人容易淡忘之特性,是世界少見,921集集地震迄今20年,當年慘狀歷歷在目,是否還存在讀者心中呢?

二、 建築物誇張複雜

台北市陶朱隱園建築,在2014年入圍有建築界奧斯卡金像獎之稱的世界建築節大獎(WAF)之未來組住宅類,也被CNN評選「2016年最讓人期待之新城市地標」,施工5年,並於去年取得使照。每層樓旋轉4.5。向上扭升,近球狀之外型奇特,高21樓,每層2戶、每戶約3百坪,售價逾20億,為滿足此一特殊結構型式,建商號稱地下4樓裝數億元,由「留英結構設計師」,所規劃48顆美國EPS隔震墊,利用單擺摩擦隔離,抵銷地震能量、減少晃動,其抗地表加速度400gal,耐震7級,防地表水平力作用時大位移變形,基礎用68支深入地底約50m之基樁。

另,擁有普立茲克建築獎建築師伊東豐雄,在台灣第五件作品,繼台中歌劇院又一力作,號稱全球首座超高住宅作品在台中天空樹,把該基地2,200坪,屬都市使用分區「商二之一」,建蔽率70%、容積率350%的法規要求,敷地計畫的特殊規劃只蓋18%之面積,而拉高到150米,39樓超高建築,留下2千坪基地當空地,來種樹與挖4百坪的湖,精準計算內凹弧形外觀曲線,在建物外表如樹木向上、向外擴散之傾斜帷幕大樓(圖1及2),外表使用昂貴膠合複層熱硬化玻璃,再加上外懸式垂直型的可透視玻璃片來作為遮陽片,於地下4樓設置新日鐵338組位移型制震鋼管、及56組速度型抗風阻尼器,共394組。其抗地表加速度400gal,耐震7級,約可減緩20%搖晃度。該建築基地在此台中礫石層,還是採用傳統的人工雙手挖掘工法,構築深20米擋土壁基礎。

三、 特殊結構疑過度設計

由「地質調查所活動斷層與地質敏感區查詢系統」與「水土保持局土石流防災資訊網」來看台中盆地,除表層為薄的黏土或砂質土外,大多均是卵礫石層為主。就地質組成分布表面約有不連續之黏土層或砂層,平均厚度約2m內,自地表往下大多是連續性卵礫石層,該地號約屬於地下水補注地質敏感區,附近並無斷層與土石流潛勢區等,其海拔約75m。該基地工址與地質影響帶為位在安全之區塊,但為何要加設頗多昂貴的制震與抗風阻尼器等,原因應是國際間通用之風力工程規範與風洞實驗及我國耐震與結構理論分析規範而致。

四、 地震與共振的危害

看921地震規模7.3級,前述建築是否能抵抗類似921地震之襲擊,真的有待觀察。筆者建議所有小比例尺都市規劃與大尺度之工程建築設計時,絕不能遺忘台灣有過的震度紀錄,且建物本體頻率與基地可能產生共振及液化問題,不可小覷;建物深基礎與工址四周地質之介面強度,將受地下水升降影響,使用時在高層樓就不可放過重或違增建等。

定時監測檢查維修與適當補強及灌漿加勁,才不致頭重腳輕,讓相關隔震抗風系統阻尼劣化減效,衍生建物危險。檢視建築技術規則第2篇設計施工編第234條第1款規定:「50米或16樓以上高層建築物有下列情形第1至8目之一者,應提出理論分析,必要時得要求提出結構試驗,作為該設計評估之依據。」,「基本振動周期T」,係建物受震或風等外力造成,來回擺動一次之所需時間、1秒內完成幾個波就是「頻率Hz」。T約為建物樓層數的一成,簡單換算10樓建物的T約為1秒、20樓是2秒。建物本身基本振動周期以高樓較長、低樓則短,該T與基地「顯著振動周期Tg」相似,就會產生共振而加大建物之搖晃;因每一建物所在基地Tg不一樣,故即使在同一區域內,因各建物T不一樣,遇到地震不同振動其衍生之共振,並非高樓一定較危險,尚須視震波與該建物基地之特性而定。一般RC樓房,在無耐震阻尼輔助器的平衡下,住越高樓民眾感覺搖晃比低層樓就會大很多。以921地震為例,其主震延時逾25秒上,其歷時共120秒、其頻率約0.5~2Hz之範圍,故在此範圍內5~20層樓建物,若再加上設計與施工品質不良,則傷害就大;台北盆地中間較軟弱其Tg≒1.3~1.6秒,在1986年1115地震,大安區復興南路14層的裕台大樓、與1999年921時松山區12層東星大樓,就引發共振而倒塌;但在盆地外圍較堅硬木柵與中和靠山地區,其Tg≒0.3~0.5秒,遂反致低層建物易共振,如1986年3層木柵區景美女中勵學樓、與中和市員山路3層華陽市場之倒塌。

五、 結語

台灣處高地震發生之泛太平洋地震熱區中,百年來統計分析,每年6級以上地震平均3個。集集地震釀近十萬間房屋損壞,這些房屋在當時也是合法設計建築,但卻不能抵抗這突然奇來百年大地震,更何況目前還是有很多將一樓柱牆違法拆除打通濫用之跛腳屋,或頂樓濫違建、與外型幾何不穩所致之頭重腳輕屋,其危險性更加可怕。在歐美大陸型國家,常見之外觀迷人結構奇特之建築,並且大量使用溫帶國家脆性高透光性之耗能材料如玻璃,具有這樣建築元素之房屋,絕非適合台灣天然環境,國人選屋時必須瞭解日益嚴重地球高溫與地震,是台灣不可避免的宿命。在多震、多颱、多災的台灣,籲請購屋使用者,能多注意建物要用百年以上,其安全養護維修的支出必然要計入,不可貪一時外貌奇特,後悔終生,尤其在目前地球暖化所致,各國頻傳尖端氣候來襲,真是天威難測。

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圖1 台中市富邦建設天空樹超高建築的西北向群樹環繞實景圖(賴明煌攝)

 

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圖2 台中市富邦建設天空樹超高建築的東向之綠地實景圖(賴明煌攝)

 

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