地震工程 有恃無恐:談耐震設計的原理 文/陳慧慈 |2016.10.26 語音朗讀 2876觀看次 字級 大 中 小 圖一:單自由度棒模式的動態平衡方程式 圖/陳慧慈 照片一、鉛心橡膠隔震墊。 圖/陳慧慈 照片三、基礎層同時裝設鉛心橡膠隔震墊和油壓阻尼器的大樓。 圖/陳慧慈 文與圖/陳慧慈 每次地震造成建築物搖晃時,大家會感到恐慌的主要原因是擔心建築物會倒塌,因此如何設計與興建具有抵抗地震能力的建築物,讓居住者感到安心,是地震工程的終極任務。 透過歷次地震災害的現場調查和數以萬計的研究,已經有許多耐震設計方法被提出來。然而這些方法的原理,都可以透過圖一的單自由度棒模式的動態平衡方程式來說明:IF+DF+SF=EF,其中EF是地震力,DF是消耗振動能量的阻尼力,SF是柱子將建築物拉回的回復力,IF是虛擬的慣性力;如果DF+SF=EF時,IF的數值為零,表示即使有地震,房子也不會振動。 對照著上面的動態平衡方程式,你會發現有三種方法可以提高建築物的耐震能力,讓建築物在地震時的振動變得很小。第一種方法就是把地震動隔離,以降低作用在建築物的地震力,我們稱這個方法為「隔震」。應用在實際建築物時,是把鉛心橡膠隔震墊放置在與基礎相接的柱子底部(照片一)。 第二種方法是讓回復力SF增大,因為在這個情況下,即使阻尼力DF不增加,還是能降低慣性力IF。這個方法是靠建築物本身的梁柱來抵抗地震力,這也是目前耐震設計規範的主流,其基本的理念是小震不壞,中震可修,大震不倒,所以採用了強柱弱梁的設計方法,也就是在大地震時允許梁柱受損,但柱子不能折斷,否則房子就會坍塌,造成人命的傷亡。 第三種方法是提高阻尼力DF,我們稱這個方法為消能減震。它的原理就是透過外加在建築物的裝置,以消耗地震傳入建築物振動能量的方式,來提高阻尼力而降低建築物的振動。在照片二中,外加在建築物上的油壓阻尼器就是屬於這個方法的裝置。 在實際的應用上,前面所提到的三種方法可以單獨使用,也可以一起混用。照片三是日本東京工業大學的教學研究大樓,在它的基礎層就混用了照片一的鉛心橡膠隔震墊和照片四的油壓阻尼器,來降低建築物的受震反應。 至於進行建築物的耐震設計時,到底要採用哪一種方法,需要結構技師、業主和建築師,從設計條件限制以及經費需求等方面深入討論,並經過建築物的受震反應分析,確認安全無虞,才能做確定。 前一篇文章 快樂塗鴉簿 甘蔗大豐收 下一篇文章 快樂塗鴉簿 樂遊湖心亭 熱門新聞 01白袍計畫2024.04.1902大高雄佛教會慶佛誕 佛光人齊浴佛2024.04.1703【時光重逢】 玉蘭花的香氣2024.04.1904社論 失敗教改,如何挽救2024.04.1805人間佛教研究選題論證會 青年學者關注佛教文化傳承2024.04.1806政院人事長蘇俊榮 讚歎佛光山弘法國際化2024.04.1907花旗木、賞花人 如長龍 2024.04.1708【悅讀人生】懷念故友2024.04.1909普門寺佛光寶寶祝福禮 信仰喜傳承2024.04.1710截肢足球員 單腳踢出一片天2024.04.19 訂閱電子報 台北市 天氣預報 台灣一週天氣預報 相關報導 【快樂塗鴉簿】非洲犀牛【趣味動物園】聰明的烏鴉【快樂塗鴉簿】綠島飛夢 【童詩.童思】無解的題目【快樂塗鴉簿】 阿媽寫春聯 【人間有愛 】 遇見更好的未來 作者其他文章地震工程 水來牆擋 談海嘯災害的防止地 震工程 了解並預測建築物命運的水晶球 棒模式地震工程 規模與震度 談地震強弱的表示地震工程 地震波賽跑比賽的起點 震源在哪裡?地 震工程 長腳P與短腿S