2016熊本地震 軟弱層之震害

 熊本地震之主震規模7.3,震源深度12公里,發生於當地時間2016年4月16日凌晨1:25 (當地時間),其前震則發生於4月14日晚上21:26,規模6.5,深度11公里。截至去年9月14日,熊本地震造成98人死亡,2,321人受傷,8,198房屋全倒,29,761房屋半倒。截至去年5月23日,經濟損失估計高達2.4至4.6兆日元 [1]。

在歷次之地震災害調查中,軟弱層之破壞模式,最為普遍 [2]。根據建築物耐震設計規範 [3],一樓層之側向勁度若低於其上一樓層之70%或其上三樓層平均勁度之80%,即為軟層;若低於其上一樓層之 60%或其上三樓層平均勁度之70%,則為極軟層。若一樓層之剪力強度與該樓層之設計層剪力的比值,低於其上一樓層比值之80%,即為弱層。

本文採用2016年熊本地震之勘災資料,在三幢災損建築結構中,有以舊版本規範設計而未考量軟弱層者;亦有採較新版本規範設計,考量軟弱層者。因此,本文從三個案例之震損異同,嘗試闡述軟弱層之震害及其可能之對策,供工程師參考。

一、五層樓建築結構未考慮軟弱層

五層樓建築結構為鋼筋混凝土構造,呈一字型,該結構係按較舊版本之規範作設計,並未考量軟弱樓層。一樓作商業用,二至五樓作住宅用。為了起居功能,住宅之隔間較多,牆量亦隨之較多,因此,造成一樓有軟弱層。在地震之襲擊下一樓崩塌,而二、三及四、五樓,仍能保持其完整性
(圖1、2)。

二、七層樓建築結構未考慮軟弱層

七層樓建築結構為鋼筋混凝土構造,呈L字型,分西、東二棟,該結構係按較舊版本之規範作設計,並未考量軟弱樓層。西棟西側臨街處,一樓設有店舖、樓梯間及電梯間,其餘西、東二棟之一樓,皆作停車之用。相對而言,西棟一樓西側臨街處牆量較多 (店舖之隔間牆;樓梯間及電梯間之核心牆),在地震襲擊下,並未崩塌,其餘西棟東側及東棟全部一樓,皆崩塌 (圖3、4、5)。

若周遭有汽車,地震時建議民眾可置身車側,因輪胎及引擎等支撐著下壓之力量,使二樓樓板距地面尚留有數十公分之空間,若趴下 (俯卧) 在車子旁,或有存活之空間。

三、十層樓建築結構有考慮軟弱層

十層樓建築結構為鋼筋混凝土構造,一樓作停車之用,其餘住宅用。該結構分北南二棟 ,北棟與南棟間有伸縮縫,結構獨立。該結構採用較新之耐震規範,已納入軟弱層,於一樓增設非結構牆,以避免軟弱底層。北棟之南北向有7跨,東西向1跨,共16柱。南北向有翼牆,東西向有外牆及隔間牆。地震後,北棟之翼牆開裂 (圖6),但未傷及柱子,柱子仍然完好,成功地排除軟弱層。北棟東西兩側,設有南北向之非結構翼牆,南北兩側設有外牆,且其間設有東西向之隔間牆。因此損壞較不嚴重,僅有翼牆開裂,未傷及柱。

南棟之東西向有4跨,南北向1跨,共10柱。西、北、東側皆有外牆,南側卻無牆。東、西兩側外牆有裂縫,但不嚴重,且未傷及柱子;北側外牆嚴重開裂 (圖7及8),其中一柱於南北方向發生剪力裂縫 (圖9)。南棟僅三側設有非結構牆,牆嚴重開裂,且北側柱子出現剪力裂縫。

四、結語

由於日本建築結構之一樓,作停車使用,甚為普遍。因此若採用舊版本規範作設計,未考量軟弱層,導致一樓牆量不足,而二樓以上多是住宅,搭配起居之功能,存在為數不少之隔間牆,因此,會形成一樓弱層。建築結構之垂直載重 (靜載重及活載重),由屋頂累加至一樓,故一樓之垂直載重最高;雖然樓層之地震力 (水平載重),由低樓層往高樓層遞增,但樓層剪力卻將地震力由屋頂往下累加,一樓之樓層剪力 (水平載重) 最高。因此,無論垂直載重或水平載重,一樓皆最高,若沒有增加一樓垂直構件 (柱或牆) 之數量,一樓遂形成弱層。

從本文所述之熊本地震的建築結構震害,若在耐震設計之初,即納入軟弱樓層之考量,並於軟弱樓層處,適度補充柱量或牆量,則可排除、抑制或減緩軟弱底層之崩塌。至於既有之建築結構,係按當時之規範作設計,並未考量軟弱層之問題,透過評估 (快篩、初評或詳評),可確認軟弱層之存在,進而以經濟有效之方法,作局部補強後,排除此一破壞模式,即可大幅降低人員之傷亡。

參考文獻

1.Mukai T, Hwang JH,Chung LL, Shao PC, and Yao G (2016). "Reconnaissance Report of 2016 Kumamoto Earthquake".

2.鍾立來、施忠賢、楊耀昇、賴昱志、賴濤、蕭輔沛、邱聰智 (2016)。「0206美濃地震:維冠金龍大樓可能之倒塌機制」。臺灣省土木技師公會,技師報,第1017期。

3.內政部 (2011)。「建築物耐震設計規範及解說」。100.1.19台內營字第0990810250號令,自中華民國100年7月1日生效。

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圖1 五層樓建築結構南側,一樓崩塌,只剩四層樓,發生軟弱層破壞。

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圖2 五層樓建築結構之北側,一樓崩塌,只剩四層樓,發生軟弱層破壞。

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圖3 七層樓建築結構,東南側一樓崩塌,西南角損壞但未崩塌

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圖4 七層樓建築結構,西側有樓梯間及電梯間,牆量多,未有明顯損壞。

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圖5 七層樓建築結構之東西兩棟之交界處,一樓崩塌,二樓樓板壓在車子上。

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圖6 十層樓建築結構之北棟西側,翼牆開裂,但未傷及柱子。

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圖7 十層樓建築結構之南棟北側 (南北兩棟之交界處),非結構牆開裂,帶動柱子部分保護層剝落。

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圖8 十層樓建築結構之南棟北、東、南側,西、北、東側有外牆,南側卻無牆。

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圖9 十層樓建築結構之南棟北側,北側外牆嚴重開裂,柱子於南北向產生剪力裂縫。


【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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