0206美濃地震:市場建物之震損及加固之功效

前言

1986年11月15日凌晨05:20,於花蓮東方外海約20km處,發生芮氏地震規模(ML)6.8的強烈地震,震央位於北緯23.992ºN、東經121.833ºE,震源深度15 km,臺灣全島及澎湖皆在震度Ⅱ級以上。該地震事件造成15人死亡、62人輕重傷,房屋全倒35戶、半倒32戶、至少有200餘戶以上的建築物受損[1]。而遠在震央西北偏北175 km外之華陽市場,受損最為嚴重,造成13人死亡(佔87%),45人受傷(佔73%)[2]。華陽市場座落於臺北縣中和市(現為新北市中和區)員山路上,為三層樓鋼筋混凝土建築物,一樓為市場,二、三樓為住宅。為了營業,一樓採開闊之空間,牆量較少;二、三樓住宅具有隔戶、隔間牆,牆量較多。此外,一樓承受之垂直(重力)及水平(地震力)載重皆為最高,遂形成軟弱底層。在該次地震侵襲下,一樓率先崩塌,可能向下之衝力太大,二樓亦隨之崩塌。

相隔30年,2016年2月6日凌晨03:57,高雄市美濃區發生芮氏規模6.6之強烈地震,震央位於北緯22.92ºN、東經120.54ºE,震源深度為14.6 km [3]。該次地震中,台南市東區的大智市場、與山上區公共造產公有購物中心,發生建築物底層崩塌破壞的災情。所幸,地震發生在深夜凌晨,當時市場尚未開始營業,兩處市場倒塌並未造成人命傷亡;然而,建物崩塌的警示不應被忽視,30年前後兩次的地震事件,突顯國內常見的住商複合市場,建築之耐震安全,存在一定程度的風險,值得社會大眾與工程界關注。

另一方面,台南市南化區公有零售市場,雖具備市場建物一樓開闊少牆的特性、且其所在位置相當接近震央,所受震度頗高,但其部分一樓鋼筋混凝土柱,曾經過簡易的鋼柱加固補強,在此次0206美濃地震中,僅發生柱與牆構件的損壞,並未發生致命性的崩塌破壞,顯示具經濟性的簡易加固補強工法,可能亦具有某種程度的耐震功效,值得國內產、官、學各界投入研究、探討其應用之可行性。

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圖1 (a)山上市場、大智市場、南化市場和震央之位置;與(b)鄰近測站之地表加速度紀錄

一、山上區公有購物中心

山上區公有購物中心(以下簡稱山上市場),距離美濃地震震央約26.90 km,約在震央西北方向,與正北之交角約為45度角(圖1a),在0206美濃地震中,離其最近之強震測站CHY089,所量得地表加速度峰值為394.52gal(東西向) (圖1b)。山上市場舊址為臺南市山上區南洲里95-8號,臨近市道178線,為地上兩層樓高之鋼筋混凝土(RC)構造建築物,約於1989年興建,其一樓主要規劃為販售市場供攤商使用,而二樓則作為8間住宅供無居者安身使用。

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圖2 山上市場平面示意圖: (a)一樓與(b)二樓

如圖2之結構平面圖所示,本棟建築物在兩個方向的總長皆約30 m,其建築平面整體略呈T字型,基地面積約506 m2,其二樓與屋頂之樓地板總面積(含陽台)約1,137 m2,建築物X向與正北之交角約為67度角(N67°E)。依據建築物結構平面示意圖,本棟建築一樓因作為販售市場使用,(詳圖2a),整體為開放空間,僅在樓梯間與北側角隅有少量的隔間牆;二樓作為住家用途,配置有大量磚牆與RC牆(詳圖2b)。

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圖3 山上市場於(a)震前(Google Map)[4]與(b)震後(一樓坍塌)之情況

本次地震造成山上市場一樓整體倒塌(如圖3),一樓的柱構件全數破壞,其破壞模式可概略分為兩種:(1)在南側的一樓柱發生剪力破壞,攔腰折斷(圖4a);(2)在北側的一樓柱發生柱頭破壞(圖4b)。推測其破壞原因,應為該棟建築物之二樓作為住宅使用,設置有大量外牆與隔間牆體;一樓作為市場使用採開闊空間,幾乎沒有配置牆體,僅靠柱構件承載重力與地震力,故一樓之抗側力勁度與強度,明顯弱於二樓,在此次0206美濃地震中發生軟弱底層之崩塌破壞。

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圖4 山上市場一樓柱構件破壞情況:(a)南側柱剪力破壞(b)北側柱柱頭破壞

二、大智市場

大智市場距離美濃地震震央約31.84 km(圖1a),約位在震央之西方,與正北之交角約為84度角(N84°W)。在0206美濃地震中,離其最近之強震測站CHY070所量得地表加速度峰值為250.13gal(東西向) (圖1b)。大智市場舊址位於臺南市東區長東街103巷2號,為民國70年代建造之地上四層、地下一層樓的RC構造建物。

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圖5 大智市場於震前之街景圖(Google Map)[4]

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圖6 大智市場平面圖: (a)一樓與(b)其他樓層(2~4樓與頂樓)

如圖5照片所示,建物一樓為傳統菜市場,除了在西南角隅處的樓梯間有配置牆體之外,大部分為開闊空間;二、三、四樓作住宅用,配置有大量的隔間牆,地下室則為車庫。圖6a所示之一樓平面圖,為國家地震工程研究中心與美國Degenkolb結構工程顧問公司,聯合勘災時量測倒塌建物所繪之,與建物破壞前尺寸可能會有些許出入;而二樓以上之平面圖(圖6b)則是由一樓平面圖與其他簡易外部量測所推測之,其內部之隔間情況並未繪入圖中,但由於二樓以上為住家用途,可預期內部會配置大量隔間牆體。

建物之結構系統無明顯長短向,建築平面接近正方形,在兩個方向的長度皆約為34 m,其中一向(圖6中X向)朝北偏東86.5°(N86.5°E)之方位,結構物在南北向有幾個跨度長達8.2 m以上,柱距頗大。建物基地面積約為991 m2,二樓以上(二~四樓及屋頂)之樓地板總面積(含陽台)為4,667 m2。

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圖7 大智市場: (a)建物西面一樓坍塌;(b)西南角二樓坍塌其與(c)建物南面一樓坍塌

大智市場在此次0206美濃地震中,主要破壞模式係為一樓的軟弱層崩塌(圖7a與7c),其建物一樓,除了在西南角隅處的樓梯間以外,其他位置的一樓柱皆發生嚴重剪力破壞與柱頭破壞,如圖8所示。在建物西南角隅處的樓梯間,由於此處在一樓有配置數道牆體(圖6a),具較高的承重與抗側力能力,故在此處建物一樓並未發生崩塌破壞、而是發生二樓的崩塌破壞(圖7b),推測該處之二樓崩塌破壞,係由結構系統其他部分之一樓崩塌時,上方樓層向下墜落所帶動。

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圖8 大智市場一樓柱構件破壞情況: (a)西面柱構件與(b)南面柱構件

三、南化區公有零售市場

南化區公有零售市場(以下簡稱南化市場)位於經緯度座標東經120.477ºE,北緯23.043ºN,距離震央約14 km,約位在震央西北微北的方向,與正北之交角約為37度角(圖1a)。在0206美濃地震中,離其最近之強震測站A730所量得地表加速度峰值為408.01 gal (南北向)(圖1b)。南化市場舊址為臺南市南化區南化里174-9號,臨近市道176線,建物為地上兩層樓高之RC造建築物,約於1992年興建,其中一樓規劃為販售市場供攤商使用;二樓則作為儲藏室使用(照片如圖9)。

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圖9 南化公有零售市場(Google Map)[4]

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圖10 南化市場平面示意圖: (a)一樓與(b)二樓

本棟建築物長約26.0 m,寬約20.6 m,其建築平面為工整的矩形,基地面積約為380 m2,其二樓與頂層之樓地板總面積(含懸臂外伸的部分)達約1,072 m2,建築物X向(如圖10定義)與正北之交角約為68.4度角(N68.4°E)。如圖10之建物結構平面圖所式,本棟建築一樓因作為市場使用,整體為開放空間,僅在西南角隅的樓梯間有少量的牆體(圖10a);二樓做為儲藏室,在四周配置12 cm厚的RC外牆,室內則無隔間牆(圖10b)。

值得注意的是,先前2010年0304甲仙地震,已造成南化市場的若干一樓柱發生破壞,隨後建物進行簡易加固補強,如圖10a所示,建物東北角隅四根一樓RC柱構件,旁邊以一根或兩根的H300×150×6.5×9鋼柱做簡易加固,鋼柱下端板直接座落在地板上;上端板其中一邊焊有兩塊小角鋼,而小角鋼再透過小號螺絲與鋼柱上方的RC梁相接;沿鋼柱高度方向選擇適當的三個高程、在鋼柱翼板上以外焊小角鋼,再搭配小號螺絲的方式與RC柱相連,估計這樣的接合方式,僅能達到固定鋼柱位置的作用,鋼柱與RC柱間應無法以複合斷面的型式發揮抗側力的作用。

此次0206美濃地震,造成南化市場將近一半的一樓RC柱,發生若干剪力裂縫,包括四根之前未補強的柱構件(圖11a)、以及所有補強過後的柱構件(圖11b)。此外,西南角隅的樓梯間的RC牆與磚牆,也有發生若干破壞(圖11c)。然而,相較本文中其他兩座市場建物(大智與山上市場),南化市場位置最接近震央、所受之地表加速度峰值亦是最高,而建物本身結構亦具備典型市場建物,在一樓開闊少牆之特徵,且其原有的一樓RC柱,還在較早的0304甲仙地震中曾遭受損傷,卻沒在此次地震中,如同大智與山上市場般,發生致命性的底層崩塌破壞,顯示簡易鋼柱加固補強工法,可能發揮了一定程度的抗震功效。

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圖11 南化市場一樓破壞情況: (a)未補強柱;(b)補強柱;(c)磚牆與RC牆

四、結語

市場建物一樓作商業用途,除樓梯間及廁所外,幾無牆壁;二樓以上作住宅用,有外牆及隔間牆,遂形成軟弱底層。山上公有市場及大智市場尚未補強,於此次0206美濃地震中,一樓崩塌,幸時值深夜,無人活動,否則勢必改寫傷亡數字。南化區公有市場於2010年甲仙地震損壞後,作簡易加固,在此次地震中,結構雖然受損,但未崩塌,縱使有人員活動其中,諒不至於造成重傷或死亡。

市場為民眾聚集之場所,提供民生必需品,乃日常生活中不可或缺的一環。為保障無辜消費者之生命,市場耐震能力之提升,實刻不容緩。雖然未經專業工程師設計及監造之加固工程,不值得鼓勵,似在地震中發揮一定的作用。然,為避免民眾自力救濟不得其法,反而適得其反,因此,政府應積極介入。尤其公有市場,應納入耐震評估及補強之列管名單,優先提升其耐震能力,起帶頭示範之作用。若屬私有公用之市場,亦應以強制或鼓勵之方式,引導所有權人儘速辦理耐震評估及補強,必要時限制營業。

參考文獻

1. 中央氣象局,「一百年間(1898-1997年)臺灣十大災害地震圖集-1986/11/15 花蓮地震」,http://www.cwb.gov.tw/V7/earthquake/damage_eq.htm。

2. 維基百科,「1986年花蓮地震」,https://zh.wikipedia.org/zh-tw/1986年花蓮地震。

3. 中央氣象局地震測報中心,中央氣象局地震報告,報告編號第105006號(2016)。

4. Google Map,https://www.google.com.tw/maps.

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