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民生工程新面貌:安全耐震的家

臺灣位於板塊交界處,過去百年間曾發生過10次以上的災害性地震。如何避免生命財產受損?關鍵就在於「如何打造安全耐震的家」!
 
 
 
哪一種建築構造才耐震

臺灣現代的建築構造,主要分為鋼筋混凝土結構(RC)、鋼結構(SC)與鋼骨鋼筋混凝土結構(SRC)3種,購屋時要選擇哪一種構造才真正耐震呢?

雖然許多鋼筋混凝土建築在 921 大地震時倒塌,但並不代表這種建築不耐震。根據災後調查發現,幾乎所有倒塌的鋼筋混凝土建築,都是因為施工不良或設計不當所致。事實上,不論是何種構造,只要依據「建築物耐震設計規範」來設計,並且確實做好施工過程的每一個環節,就可以抵擋絕大多數的地震,使得房屋達到「小震不壞、中震可修,大震不倒」的耐震要求。

不同建材與構造的建築物,施工的方法和步驟也有差異,以下針對不同建築結構的特性與應該注意的施工重點分別說明。

鋼筋混凝土結構

鋼筋混凝土是臺灣最常見的建築材料,有造價低、防火性高、隔音效果佳、耐久等優點。建造時先組立梁柱的鋼筋,接著在鋼筋的外圍架設模板,再灌注混凝土完成建築物的構架。由於鋼筋混凝土結構材料較重、韌性不佳,樓房蓋得越高,承擔的自身重量也愈重,因此底層的柱子必須更粗壯,才能抵抗地震力。在建築成本與使用空間的考量下,鋼筋混凝土建築的高度通常不會超過 20 層樓,在臺灣最多也只建到 30 層樓高。

雖然建造鋼筋混凝土樓房所需的技術性較低,但是施工程序複雜,品質控管的難度也高,因此施工細節就成為建築結構是否耐震的重要關鍵。想了解建商的施工品質是否值得信賴,預售屋的購買者可以親自前往施工現場,查看建商有沒有依照工程規範確實施工。新成屋的購買者可以向建商要求查看施工照片及相關檢測數據,觀察的重點有以下 6 項。
  1. 鋼筋必須乾淨、沒有生銹或其他異狀。此外,可以向建商要求檢查鋼筋出廠檢驗報告,包括拉力測試與輻射檢測等,以確保鋼筋的品質。
  2. 柱子主筋的搭接要避開柱頭、柱尾處,也就是靠近樓板的地方,並且採用錯位搭接。搭接的長度約為主筋直徑的 40 ~ 70 倍,並且依鋼筋、混凝土強度的不同而有差異。除此之外,也可以使用鋼筋續接器來續接。
  3. 在靠近樓板的柱頭、柱尾附近,箍筋間距應小於 10 公分,相當於一個拳頭寬度。樓層中間遠離柱頭、柱尾處,箍筋間距可以較大,但最多不得超過 15 公分。
  4. 柱子的箍筋兩端必須折曲成 135 度固定,稱為耐震彎鉤。為了提高柱子的耐震能力,柱子中央必須再以繫筋綁紮,繫筋的一端是耐震彎鉤,另一端折成 90 度角即可。
  5. 為了避免房屋日後出現海砂屋現象,混凝土在澆注前應先進行氯離子檢測,依規定每立方公尺的氯離子含量不得超過 0.3 公斤。如果使用的是海砂,預先做好洗砂處理,可避免高濃度的氯離子腐蝕鋼筋,影響建築結構的安全性。
  6. 混凝土還必須通過抗壓強度測試,方式是把已經固化的圓柱型混凝土樣本,放在機台上逐漸增加壓力,直到樣本破裂,以測試抗壓強度是否達到設計要求。

鋼結構

鋼結構的建造方式是以螺栓、卯釘、焊接等方式接合鋼材,組成鋼骨構架,再進行樓板及牆面工程。因為鋼結構的材質輕、韌性大、工期短、施工品質穩定,適合用來建造高樓,目前世界上主要的超高大樓多以此為主。然而,相較於鋼筋混凝土結構,鋼結構建築的隔間材質給人不夠厚實的感覺,而且隔音效果較差、造價高,一般較少用來當住宅,大多做為營業處所或商務辦公大樓使用。

鋼材有良好的延展性,使得鋼結構建築相當耐震,不過如果使用品質不佳的鋼材或施工不良,仍然有很大的風險。焊接技術是決定鋼結構建築會不會在地震時倒塌的重要因素,應聘請有證照的焊工,依照嚴謹的規範作業,並於焊接完成後通過「焊道非破壞檢測」。此外,鋼材不耐銹蝕及高熱,必須以噴漆、鍍鋅等方式加以保護,並且在鋼材外被覆防火材料,做好防火隔熱措施。除了上述的施工細節外,購買鋼結構建築時,也可以請建商提供鋼材出廠的檢驗證明。

鋼骨鋼筋混凝土結構

鋼骨鋼筋混凝土結構簡稱為 SRC,這是結合鋼筋混凝土結構與鋼結構兩種建材與工法的建築。建造方式是先利用鋼材做好構架,並且在鋼骨外加設主筋及箍筋,之後組立模板並灌入混凝土,把鋼骨及鋼筋包覆起來,後續的施工步驟大致與鋼筋混凝土相同。

SRC 綜合了鋼結構與鋼筋混凝土結構的特點,韌性比鋼筋混凝土結構高,材質比較輕,防火效果則比鋼結構好,適合用以建築中高樓層的大樓。不過 SRC 不僅造價高,施工也非常繁複,除了需要與鋼結構相同嚴謹的鋼骨焊接與檢驗過程之外,也要注意鋼筋綁紮與混凝土品質等問題。

老舊建築的補強

由於新技術、新工法與時俱進,加上建築規範日趨嚴謹,近年來新的建築物耐震能力通常比 20、30 年前蓋的房子好。如果居住的樓房是屬於耐震能力較差的老舊建築,該怎麼處理呢?

事實上,現今的建築補強技術已經十分成熟,老舊建築不一定要拆除重建才安全。可以委託專門技師或顧問公司,評估房屋的耐震能力與使用情況,再利用擴柱、增加翼牆、碳纖維包覆、鋼鈑包覆等工法加以補強,便可接近新建築同等級的耐震水準。

921 大地震過後,許多早期興建的學校校舍,因未能達到現今的耐震要求,而由教育部國教司逐年編列經費,進行抗震能力的補強工程,以避免類似 921 大地震、四川大地震等校舍嚴重倒塌的情況再次發生。

不當的建築設計與使用情況

除了施工不良的因素外,根據 921 大地震災後調查發現,不當的建築設計與人為使用,例如軟弱底層現象、夾層屋的設計、建築物外形不佳、不當開發山坡地、未進行土壤液化防治等,也是造成建築物,尤其是鋼筋混凝土結構倒塌的主要原因。

軟弱底層現象 有些屋主或建商為了營業或裝潢的需求,會把一樓的隔間牆打通或把柱子打掉;或為了讓大樓看起來氣派體面,而使一樓過度挑高;或要增加居住空間,而在建築物的頂樓違法加蓋。像這樣樓房的結構設計不當或經過非法改變,造成頂樓過重、底層支撐力不足的情形,通稱為「軟弱底層」現象,這種建築物特別容易在地震時崩塌。

以常見的鋼筋混凝土建築來說,梁和柱以及具結構功能的「剪力牆」,牆的內部有鋼筋,是抵抗地震力的主要結構,絕不可以拿掉。事實上,即使只是一般的磚造隔間牆,也能在地震時成為抗震的第2道防線,因此拿掉任何牆壁前,最好先請技師檢查確認。

夾層屋與樓中樓的差別 都市中的住宅大樓受到容積率限制,不能隨意增加樓層數,因此有些建商刻意把樓層挑高,讓住戶自行「二次施工」增建夾層,藉以提高單坪售價,這種房子稱為夾層屋,屬於室內違建。夾層屋在設計圖送審時,並未包含夾層設計,一旦被檢舉,可能面臨拆除的命運。而且樓層挑高及夾層樓板增加的重量,可能導致建築物的耐震力降低,如果建築在地震中毀損,責任歸屬較難釐清。

樓中樓的樣式與夾層屋近似,不過在建築設計圖送審時,已經包含樓中樓的地板面積與結構設計,屋主擁有合法的權狀。如果建築在地震中毀損或倒塌,只要沒有其他不當使用的情形,責任通常歸屬於建商。因此,除非能夠確定建商在進行主結構設計時,已經把夾層屋的影響因素考慮進去,而且確實掌握夾層的施工品質,否則購買夾層屋還是得三思。

建築物的外形設計 耐震的建築物外形通常重心低、線條簡單、基地方正且四邊對稱,反之可能會有耐震能力不佳的疑慮,購屋時最好能避免選購下列外形的建築物:

重心過高,地震時搖晃較劇烈,底層容易受損倒塌;立面造形不規則,樓層退縮或凸出處在地震時容易受到拉扯而毀損。

平面形狀多變且四邊不對稱,地震時,各分棟建築的振動行為不同,接合處容易遭到破壞。此外,兩棟相鄰的建築物距離過近,高度又不同,地震時各自擺動的周期不一致,很可能相互碰撞而毀損。

山坡地房子的問題 山坡地指的是海拔超過 100 公尺,或雖然低於 100 公尺但坡度達 5% 以上的地方。臺灣地狹人稠,為了尋求更低價的土地或更好的景觀,許多私人住宅或大型建案紛紛往山坡地發展。然而山坡地的地質通常比較複雜,常有地震山崩、土石流、邊坡破壞等地質災害發生,如果沒有預先做好勘查與防治的工程,地震或豪雨時可能會釀成重大災難。

靠近陡坡的房屋必須興建擋土牆,以避免陡坡的土石崩落或發生土石流危及建築物。不過如果陡坡屬於順向坡,或擋土牆施工不良、排水功能不佳,擋土牆很容易因為土壓或水壓過大而崩毀。發生於民國 86 年的汐止林肯大郡事故,就是擋土牆在風雨中崩坍,造成 28 人遭到活埋的慘重案例。因此,選購位於山坡地的房子,要特別留意地質結構、擋土牆的施工與排水功能。

住在山坡地的居民,最好能經常留意地層是否因為不穩固而滑移,這種邊坡破壞的情形通常需要長時間的醞釀。雖然一開始只是慢慢使道路、房屋、水溝、擋土牆、地層等產生龜裂,一旦滑移的能量累積到一定程度,地層可能會瞬間崩落,損毀地表的建築物。因此如果發現上述的異常龜裂現象,最好請大地工程技師前來確認。

土壤液化的防治 在地下水位高且土質是鬆軟細砂的地區,例如舊河道、三角洲、沙灘地等,如果發生大地震,地底的砂和水會因為充分搖晃,瞬間形成類似液化的狀態。地震後水與砂受到擠壓噴發出地表,造成房屋下陷、傾斜等災情,稱為土壤液化。921 大地震時,中部許多縣市就曾發生土壤液化的災情。

蓋房子前,必須委託專業技師進行地質鑽探,以了解地基是否穩定。如果房屋預定地位在可能發生土壤液化的潛勢區,可以把混凝土灌入地底以改良地質,或者把房屋的基樁打入液化區下方的穩固地盤,以避免房屋因為土壤液化而受損。

制震建築與隔震建築

如果建築工程的預算高,而且對於耐震的需求度也高,例如公共建築、醫院、高科技廠房等,可以採用隔震或制震系統,以降低地震對於建築物裡的人和設備的影響,同時減少建築物受損的可能性。

制震建築大多採用斜撐制震器,裝設在由梁和柱構成的框架中。當地震發生時,制震器可以吸收部分地震能量,減少房屋變形的程度。制震建築在地震時的舒適度雖然比不上隔震建築,但建築成本略低,而且安全性高於一般建築,因此近年來許多高價位的住宅大樓紛紛採用。

隔震建築是在建築物底部安裝許多座大型的隔震器,使建築物與地表隔開,地震時大約可以消減 80% 的地震力。不過由於隔震建築的營建成本較高,臺灣目前只有新店慈濟醫院、臺北市防災應變中心等數十棟建築採用,運用在住宅的案例比較少。

面對地震 可以做什麼

從過去幾次大地震的受災經驗中,可發現造成嚴重傷亡的並不是地震本身,而是建築結構無法抵抗地震搖晃而倒塌所致。對於位在地震帶的臺灣來說,適當的建築物耐震設計與完善的施工,更是抗震減災的第1道防線。除此之外,停止非法改建房屋,不要過度追求建築造形,選擇適當的地點蓋房子,根據環境因素調整設計與施工內容等,都是打造一個安全耐震的家的基本要素。

大地震一定會在某處再發生,如果能事先提升建築物的耐震能力,避免房屋倒塌造成人命傷亡,花費的成本將遠比事後救災與重建低廉。更何況生命無價,失去之後再也無法復得!
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