制震、隔震外的抗震新選擇－強震宅

低造價、高安全、易配置、省空間、零維修

921大地震後，坊間除了依建築技術規則中耐震規範設計的「耐震宅」以外，更有很多「制震宅」、「隔震宅」出現，但幾次較大地震後，不管哪一種建築都可被發現有結構破壞現象，顯然不管耐震宅、制震宅、隔震宅在設計上都存在很多問題。為解決這些問題，業界已有人提出所謂「強震宅」的新設計概念！在了解「強震宅」設計概念前，我們先來了解耐震宅、制震宅及隔震宅設計上相關問題。

耐震宅、制震宅及隔震宅的問題

耐震宅、制震宅、隔震宅的規劃設計上都有其考慮要點。耐震宅的設計，只要達成「小震不壞，中震可修，大震不倒」的耐震標準即可。至於制震宅、隔震宅的設計，則是要看能否達到以下四個標準：低造價，造價要接近耐震宅；高安全，強震時，結構不能破壞；易配置，阻尼器要容易配置安裝，不佔空間；零維修，阻尼器日後不要有維修的困擾。

一、耐震宅

耐震宅，不管鋼構造(SS) 或混凝土構造(RC)都採低強度設計，其結構設計強度約等於法規最大可能設計地震力（即耐震係數）的20~25%，由於結構強度遠小於地震力，結構容易遭受破壞。

其中SS耐震宅，遇到強震時樓層相對位移大，梁柱接合的銲道會受到反覆拉、剪作用，一般施工品質難以達到設計需求，導致銲道斷裂、結構強度降低。若要改善，只能考慮增加結構設計強度，但會增加成本。

至於RC耐震宅，則因僅設計梁柱構架，忽略15公分混凝土牆及其開口的結構作用，而使地震能量消散會從梁端破壞，轉移到混凝土牆開口周遭短梁、短柱及短牆的破壞；此外，破壞也會轉移至地震力較大而牆量較少的一樓，讓一樓變成軟弱層。若要改善，結構設計強度要提升至耐震係數的30%，但對於短構件及軟弱層破壞的改善，助益不大。

▲地震後，RC建築常在門、窗開口周遭的梁、牆、柱產生X形裂縫。

二、制震宅

RC梁柱構架裝設阻尼器可說都是浪費資源的設計，因為15公分混凝土牆會限制樓層變形，讓阻尼器沒有足夠的變形空間以消散地震能量及降低地震力。至於SS梁柱構架裝設阻尼器，雖可以幫忙梁端消散地震能量，減緩梁端破壞程度及銲道斷裂的危險性，但前提是內、外隔牆不得妨礙構架變形。

三、隔震宅

隔震宅的設計理念為將隔震裝置裝設於隔震層，使隔震層可以產生相對較大的位移，相當於將矮樓變成高樓，而高樓的法規設計地震力比矮樓小。隔震宅都放在基礎層或地上層，因此除了耗費空間外，更因必須考慮鄰房碰撞距離，電梯、樓梯及管線的安全運作，隔震裝置的安裝精度要求高，造價成本增加較多，日後的檢修及維護更不可少。

此外，由於隔震宅的結構設計強度比耐震宅及制震宅低，因此必須從嚴調查土層的特性，尤其高樓隔震宅，確認結構物弱化，其設計地震力可能大幅降低，因此碰到軟弱土層、近斷層及12樓以上的狀況，隔震宅設計並不適用。

▲隔震層浪費空間。

強震宅〈隔震柱減震結構系統〉

針對耐震宅、制震宅、隔震宅的相關問題，已有業者整合理論與實務，提出了以所謂「隔震柱減震結構系統」設計的「強震宅」來解決。強震宅採高強度結構設計，強度為耐震係數的三分之二，將一樓做為隔震層，讓一樓牆與梁柱構架分離，在梁柱構架內裝設THD剪力式阻尼器(RC)或THD消能斜撐(SS)，提供阻尼器足夠的變形空間，以有效消散地震能量。而二樓以上的上部結構為彈性體，則設置剪力牆構架(RC)或剛性斜撐構架(SS)，鋼骨及鋼筋彈性受力，梁柱接合銲道不斷裂、混凝土裂縫可閉合，讓建築物在強震時依然能保持完整不被破壞。與純梁柱構架相比，二樓以上剪力牆構架及剛性斜撐構架的設置，可以減少梁柱斷面尺寸，所節省的空間與相關費用，可以平衡阻尼器所衍生的費用。

強震宅所用之THD阻尼器用高強度鋼板撓曲變形消能，變形大、穩定性高，其消能效率優於美、日同級品，擁有多國專利，具有體積小、不佔空間、容易包覆、安裝簡單、價格低廉等優勢。

▲強震宅所使用的阻尼器體積小，安裝於一樓，幾乎不影響空間使用。

強震宅設計，抗震新又好的選擇

相對於耐震宅、制震宅、隔震宅的設計，強震宅設計確有如下優點：考慮內、外牆體及其開口的結構作用，避免短構件破壞；採用完全由阻尼器來消能的高強度設計，取代完全由結構破壞來消能的低強度設計；彈性承受地震力，比較可以忍受可能的施工瑕疵；一樓配置數量足夠的THD阻尼器，除了高效率消散地震能量、降低地震力外，也確保一樓不會變成軟弱層；符合低造價、高安全、易配置、省空間及零維修等條件。

因此，強震宅設計應是建築抗震新又好的選擇，可以成為建築物特點及賣點，能有效增加消費者的購屋意願！

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資料來源／蘇源峰結構技師

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