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 2878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韋伯望遠鏡 發現「水世界」行星2024.04.2702陸客來台現曙光 國台辦:積極推動兩岸旅遊2024.04.2503杜俊賢醫師 用小電大地逆轉失眠苦2024.04.2704解開藤蔓2024.04.2605永續演唱會 觀眾跳動發電2024.04.2606【中醫專欄】地震結束後,還常感頭暈嗎?2024.04.2707【院線片】《BIG》 活著 就是給自己最棒的禮物2024.04.2708【詩】 路星2024.04.2609可在多樣性條件下生存、繁衍 紫色星球 細菌生命力更強2024.04.2710盲棒教練陳宥憲茹素 體力耐力變強跑更快2024.04.26 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】好擠喔! 【小土豆日記】敗給十個呼拉圈!【快樂塗鴉簿】晒柿子【快樂塗鴉簿】可愛的小丑【新詩大解密】紀弦〈狼之長嗥〉【快樂塗鴉簿】 彩色小鳥 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