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。