206台南大地震 Q&A

再次強調本文只是藉由此次地震做一些相關知識的科普介紹，請勿斷章取義！在沒有完整的證據時請勿下定論！ = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

各位好，今天凌晨的地震真的非常嚇人。

當 然，目前最重要的是人員平安，不過在看完報導後，我的腦中仍有許多疑問，相信應該也有不少人和我一樣；此外，網路上有人痛批傾倒的大樓為豆腐渣工程，然而 我認為在做出評斷前，必須先有全面的理解，因此在詢問過地震專家後，寫了相關的小知識，以及這次災情嚴重地區分布的可能原因。

在此特別感謝我的父親，一位正直認真的土木/地震工程專家，提供相關專業知識與研究資料，若我的詮釋/書寫有所錯誤，請各位不吝指教，謝謝！

p.s. 閱讀本文需有國高中以上之地科程度(我也是邊寫邊撿回高中記憶XD 希望不會太艱深)

讓我們先看看這次地震的基本資料。

可 以知道，此次地震皆屬於極淺~淺層地震（震源 < 30 km稱為極淺地震，30~70 km則稱為淺層地震；原則上，陸地上的地震大多為淺層地震），震源越淺，傳到地面的能量就越大（因為輻射阻尼(radiation damping)越小，有興趣者可自行查閱），故本次規模雖為中等(6.4)，但實際上震度卻很大。

對於本次地震有了基本認知後，來談談為什麼災害會如此嚴重吧！

首先，地震波造成的災害主要由以下三種因素決定：

1. 地震波的頻率

2. 震幅大小

3. 地震的延時(duration)

為 什麼地震波的頻率會影響災害的形成？每個地震波的頻率都不同，而建築物也有自己的「自然振動頻率」(註1)，若地震波的頻率恰好與建築物的自然振動頻率相 同，則會產生「共振效應」(resonance effect)，使建築物搖晃程度加劇，因此會有「某棟建築倒塌，旁邊卻沒事」這樣的現象產生。(有句話：「你可以用一根吉他絃震垮一棟房子」就是在講共 振效應。) 請看圖2右半部，以盪鞦韆為例，若鞦韆搖擺的頻率正好等同推人的頻率，則鞦韆會越晃越大力(大家共同的兒時回憶> <)，同理，若房子搖晃的頻率正好等於地震波的頻率(圖2左半部)，則房子搖晃的程度會加劇。(鞦韆=房子；地震=推的人) 註1：請將建築物想成單擺。回想高中物理所教，單擺會受到擺長(i.e.建築物的高度)影響而有不同的震動頻率，建築物亦然；不過建築物的振動頻率也會受 到建材、結構形狀、使用狀況影響，故相同高度的建築物，其自然振動頻率不一定相同。自然振動頻率是可以在建築物設計階段就估算出來(八九不離十的那種估 算)。

因此，房子越矮，擺長越短 (圖3左半部)，越容易與短周期的地震波共振；反之，房子越高，擺長越長 (圖3右半部)，越容易與長周期的地震波共振。

大家可別小看共振的效果喔！以1990年菲律賓地震為例，圖4中的建築就是因為與該地震波共振，所以整棟倒塌(collapse)，而旁邊建築卻平安無事。

至 於震幅大小與延時則相當直觀。震幅越大，能量越高，傷害越大；相同強度下，延時越長，傷害越大(用膝蓋想想就知道啦！！！) 因此在地震來襲時，哪棟建築物會傾倒、傾倒的方式如何，都與以上三種因素息息相關，當然也和周遭地質、建築物本身脫不了關係。(i.e. 建築物的自然振動頻率、有沒有偷工減料A___A) 對災害形成的原因稍有了解後，利用PBL(Problem based learning, 問題導向學習)的方式來討論吧！注意，以下的答案都是「可能原因」，造成災害的變因實在太多，因此我只是提出可能原因順便長知識，請勿直接下定論唷~

1. 為什麼整個雲嘉南的震度都是 5，但永康、新化、歸仁、東區災情特別嚴重呢？

ANS： 在山跟平原交界處，會產生「盆地邊緣效應」(basin effect)(圖5)。圖5為一實驗模型，圖表橫軸為地形變化，可見左右兩側高，中間為一平原，縱軸則是理論計算出的最大加速度與輸入震波的最大加速度 之比值。由於地形關係，地震波到平原山地交界處會反射，再加上入射的波累積能量，使得此處震度較大。請見圖6，這是台南地形與行政區的疊圖(解析度有點不 足，但我找不到更好的了> <)，可以看到這次災情較嚴重的地區位於平原與山區交界之處(橘框：永康、新化、歸仁、仁德)。

2. 震源在美濃，為什麼最嚴重的地方在台南？

ANS： 根據研究，斷層裂開的速度與橫波(S波)的傳遞速度是相當接近的，而當斷層裂開時會釋放能量，因此斷層結束端除了震波的能量之外，還接收了斷層裂開的能量 總和，稱作Fling effect，如圖7中，0為震央，1,2,3,4是斷層裂開處，5則是斷層結束的地方，因此，圖片左下方代表遠離斷層裂開方向之處所測得的波型，為震幅 不變、延時長；而右下方則是斷層終點處，由於每個斷層裂開的能量與震波幾乎同時抵達，因此震幅大增、延時短，就是Fling effect。

不過，斷層究竟開裂到哪裡，需要獲得強震紀錄才能得知，目前只能用猜測的方式（大家就當作長知識吧~），另一種可能的原因是「場址效應」(site effect)。

3. 什麼是「場址效應」？

ANS： 有電視台已經在報導中提及這個名詞了。所謂場址效應，指的是地震波傳至沖積層地表時，因淺層地下介質之速度降低，所引起的地震波放大現象，最有名的例子是 1985年的墨西哥大地震，其災情因為場址效應而加重不少(有興趣者可自行google圖片)。而理論上，在設計建築物前，建商應該要做土壤分析(理論上 啦，理論上)

4. 地震不是發生在高雄台南嗎？為什麼雲林草嶺的震度反而最大呢？

ANS： 當地震波傳到山頂的時候，會被放大，稱作 Topography effect。以圖9為例，這是在日本Matsuzaki地區，透過5個地震紀錄實際量測的結果，橫軸是高程(elevation)，縱軸則是各高度之加 速度與最高點加速度的比值，可發現平地的加速度約為200m處的0.4倍而已。

草嶺可能因為地勢關係而比其他地區多了一級，但並不一定完全是這個原因。

p.s. 中央氣象局的測站，會將地震完的最大加速度傳回去計算，以確認各地的震度；地震的級數是由最大加速度判斷，故由草嶺級數最高，我們可以回推草嶺的最大加速度也是最大的。

5. 新聞都報說柱子裡面有沙拉油桶了，難道不是豆腐渣工程嗎！？(怒)

ANS：這要視哪根柱子而定，有些柱子屬於裝飾柱，在結構本身並沒有功能，因此有沙拉油桶不會影響，但如果是真正的柱子，那就太糟糕啦！該罰！該譴責！

6. 所以永大路的大樓倒塌究竟是為什麼？

ANS： 以上所說的都可能是造成建築倒塌的原因。不過，學者看了該大樓的照片(圖10)後表示，永大路的大樓的傾倒方式看起來是受到了共振現象的影響，當然建築結 構本身的問題也可能存在(一切有待更進一步的查證！！！請勿斷章取義！！！)，不過，別忘了這棟房子在921大地震的時候並沒有垮，因此大家還是要好好思 考共振效應的可能性(921大地震的頻率與206大地震應該是不同的(此點待查證))

以上就是一些關於206台南大地震的Q&A，謝謝各位耐心看完:)

= = = = = = = = = = = = = = = =

凌晨驚醒後看了許多網友提供的資訊，腦中的問題就一個個冒了出來，幸好老爸願意讓我纏著問，還拿出以前他做的PPT幫我上了一課(好像在做共筆啊XD)，使我這個外行人可以在短時間內稍微搞懂一些理論。

打 完這份網誌，我想起前陣子老爸在喝茶聊天時提到的「大學教育的重要性」。以土木工程師為例，若在大學時期認真學習，在設計建築物時便能運用所學的知識，在 安全範圍內減少不必要的人力、物力、財力的浪費，也能確保建築物本身沒有問題；我想，不管哪個科系的學生都是一樣的，下學期還沒開始，請各位新年許下願 望，一起努力學習，不要浪費大學最珍貴的資源吧！然後，進入社會後，依然要秉持著良心，做個正直的人，無論在哪個領域。

天佑台灣 祝各位歲歲平安

p.s. 此網誌封面照片來自 Justin Kao Photography / 高靖捷攝影 ，我希望大家記得，地震確實令人恐懼，但也因為地震，台灣才有如此美麗的山林:)

= = = = = = = = = = = =

[0207 10:00 更新]

延伸閱讀： 地震發生的機制~看看純地震學怎麼說－台灣地震科學中心報告 (感謝成功大學地球科學系 徐同學 提供資訊~) https://www.facebook.com/groups/tectw/permalink/1104988292852799/

曹登貴 - 關於沙拉油桶、保麗龍塊、135度箍筋、錯層搭接與不規則量體設計...

關於沙拉油桶、保麗龍塊、135度箍筋、錯層搭接與不規則量體設計
標籤：地震、保麗龍、沙拉油桶、箍筋、繫筋、135度韌性彎鉤

氣候寒冷中，救災工作如火如荼的進行著，辛苦了大家。農曆年前，面臨這樣的災害想必十分辛苦，一起加油，一定可以度過難關。此外，每每看見新聞中粗心大意的記者報導，我想登貴和許多建築人一樣都覺得十分委屈。因此，登貴想分享與釐清幾個工程上經常被誤解的事情。

一、裝飾性圓柱中的沙拉油桶？
形抗結構是一種節省材料也對結構強度沒有負面影響的構造設計作法，學理是透過結構體的形狀增加慣性矩(I=BH3/12)。例如，小時候把紙反覆折成折 板，柔軟的紙張上面竟然可以放置小文具，這就是一個簡單的例證，另一個就是將紙張折成圓筒，紙圓筒也會產生強度，紙圓筒中心完全中空，但紙管上面可以放置 物品，圓柱中間放置沙拉油桶可以將圓管空間塑形出來，同時減少拆模成本也減少混凝土柱的自重。這處理直徑較大的裝飾性圓柱中也不算少見的合理作法。

二、有關混凝土構造中的保麗龍塊？
基本上，位於主要結構處(例如：樑柱接頭、樑位、柱位)的主筋配置的密集度相對較高，通常不太容易也不太可能出現保麗龍塊。但是裝飾柱或裝飾性造型的部 分，這些與主要結構行為無關的部分，用保麗龍塊，可以讓裝飾造型被塑造出來，同時自重較輕而不會因此造成結構過多的負荷，是一種減少自重的作法。灌漿後無 須拆模也能節省預算，邏輯上就是為了把混凝土體積排除。這是一種合理的工法，因此，是不是偷工減料、算不算豆腐渣工程建議應該要先核對結構圖說確認再議， 不該未審先判。

三、關於端部135度箍筋、135+90度繫筋、還是原設計的結構計算書？
(感謝建築師陳啟中老師親自撥電指導、感謝網友蕭哲翔提供圖說指正。)
135+135兩端箍筋彎鈎的做法目的，主要是為了地震發生時，箍筋可以更有效圍束主筋以及主筋所包圍的混凝土，避免地震搖晃造成主筋開裂混凝土結構破 壞。而135+90度繫筋則是連繫約束繫筋兩端的主筋，因應施工可行性，做法是箍筋的一端135度彎鉤，另一端90度彎鉤，在彎鉤的綁紮上，由下而上，兩 端彼此對換，也就是檢驗工地箍筋時由下而上是，90度、135度、90度、135度、90度等交叉綁紮。這樣的做法能更有效減少地震發生時反覆拉扯鬆脫的 風險。但是，不同時期有不同時期的規定與要求。921地震之後有較嚴謹的【建築物耐震設計規範及解說】。對於鋼筋綁紮才有更詳實的規定。
不過，彎鉤的作法其實不完全算是重點（90度彎鉤是常態作法，135度是耐震彎鉤作法），而是從結構計算書以及當時的結構設計法令要求來確認有無依照圖說 施工。在不同時期的有不同的法令規定，有關建築構造的耐震設計方法與要求規定在「建築技術規則構造施工篇」，這裡面規定了載重要求、抵抗風力、抵抗地震力 的規定，抵抗地震力這部分的規定，從最早期甚至日治時代較簡略的規定，到很長一段時間地震力的設計是依據V=ZKCIW的設計時期，一直到94開始至今的 【建築物耐震設計規範與解說】有更細緻的要求與規定。大約從63年左右至94年(建築物耐震設計規範發布之前)關於彎鉤的角度做法規定，主要依據組構係數 K值的設定。當時的組構係數K值分別為0.67、0.8、1.0、1.33這四種，這四種組構係數是由組構方式來認定：
1.具有韌性立體剛構架系統抵禦全部地震橫力者K=0.67
2.韌性立體剛構架與剪力牆(或斜撐剛架)共同存在者K=0.8，
3.不具完整豎向承重之立體剛構架(箱式構造物)及由剪力牆(或斜撐剛架)抵禦全部橫力者K=1.33
4.前列以外之構造物K=1.00
其中，當時法令規定上只有採用K值取0.67的韌性設計才有箍筋彎鉤135度的要求，其餘只要求90度。因此，若結構計算書上的組構係數不是韌性設計的 0.67，那麼90度彎鉤尚屬合理合法合於規定的施工法，當時，保守估計80%建築物的組構係數均採用1.0，換言之，90度彎鉤箍筋的做法不算違法。
於是，從箍筋彎鉤判斷營建商人或施工單位有無責任，應往前先查詢結構計算書，當年是那一個年代的設計地震力法令要求，以及組構係數K值的設計設定才能判斷是否應以135度耐震彎鉤作法。當然，921地震後的目前已經全數規定採用135度耐震彎鉤的施工法。

四、混凝土柱的鋼筋接續作法，關於齊頭式搭接與錯層搭接？
混凝土柱中的鋼筋主筋搭接方式應以錯層搭接的方式而不該用齊頭搭接，無論是否有使用鋼筋續接器。原因是只要不是一體成形的鋼筋，續接處或搭接處的抗拉強度 就不是整體一致，無論抗拉性能更強或更弱，齊頭式的接續都會使應力集中中同一個斷面，錯層搭接才能使柱的強度較均勻。常見做法在小規模建築物會錯開高度， 大規模建築物，還會在設計上錯開樓層搭接。於是，這也是算目前工地搭接鋼筋的標準動作。

五、不規則形狀的結構不一定是負面因素，因為通常不規則形狀的建築物，設計單位專業上，必定會透過剪力牆或斜撐構架來增加抵抗剪力與抵抗彎矩的結構性能， 在「建築物耐震設計規範及解說」上也有對於規則性與不規則性結構相關規定。當然，最規則最保守的量體設計可以有最好的抗震效果。但建築設計同時還需要考慮 建築法規規定、各種不同的基地形狀與使用者需求。不完全規則的量體設計搭配嚴謹的結構設計，一般來講才是合理的建築設計規劃方式。

以上登貴基於善意分享所學，雖然這僅是專業中的常識，但經常被外界誤解，對於認真用心的建築專業工作者而言不甚公平，因此稍作補充說明，也希望能減少非建 築工程專業的朋友過度緊張恐慌，有較正確的工程常識，也不至於被粗心大意的媒體說法所誤導。登貴分享若有錯誤，敬請各位師長與先進不吝指正。

農曆年前發生這樣的地震災害，希望我們都有足夠的勇氣面對。誠心祝福受災的朋友盡快度過。天祐臺灣！登貴
(以上文字，歡迎分享給需要知道朋友。希望災害發生時，專注在眼前的問題上，別耗心神在不必要的擔憂與恐懼。祝福。)

以下補充分享：
一、免費供應災民住宿的訊息。
http://udn.com/news/story/9/1491912
二、6.4強震重創台南 如何幫助災民看這裡(資料來源：yahoo新聞網)
https://tw.news.yahoo.com/%E5%8F%B0%E5%8D%97%E5%BC%B7%E9%9C…

三、有關中時電子報報導「維冠在921已列危樓 民眾：市府為何沒處理」。台南市政府台南市政府工務局針對中時電子報報導「維冠在921已列危樓 民眾：市府為何沒處理」提出澄清，說明在地震倒塌的永康區維冠金龍大樓非921判定之危樓。市府工務局查詢工務局資料，並無該建築物於921震災時判定危 樓的相關資料，非921判定之危樓。市府目前列管412棟公有建築物，317棟已完成耐震詳細評估，87棟已完成耐震補強作業。也幫台南市政府工務局澄清 一下。
http://www.cnabc.com/news/aall/201602060346.aspx
四、感謝臉書朋友留言幫登貴補充，提供很多精彩的工地照片、圖說、與解說。讓我們一起把更正確的觀念做分享。留言資料十分精彩。謝謝你們。
五、謝謝建築師陳啟中老師親自致電指導以及蕭哲翔友的指正。並提供蕭哲翔網友提供的圖片連結。登貴的認知疏漏已經更正。另外，哲翔提醒，登貴手繪圖的繫筋位置要再更上面一點，因為繫筋的135度彎鉤要朝向柱心方向。一併說明與感謝。
https://www.facebook.com/photo.php?fbid=1229163023766848&set=p.1229163023766848&type=3&theater
六、建築物耐震設計規範及解說，資料來源內政部營建署。
http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php…
七、206台南大地震 Q&A
https://www.facebook.com/notes/ruby-chen/206%E5%8F%B0%E5%8D%97%E5%A4%A7%E5%9C%B0%E9%9C%87-qa/10153274944902213

八、建築專業的相關討論與說明：
Apple Union 艾波學院
https://www.facebook.com/x.appleunion/?fref=nf
謝伯昌建築師。繫筋應該鉤誰？
https://www.facebook.com/photo.php…
謝偉士建築師，續接器位置，釣魚竿與膠帶？
https://www.facebook.com/photo.php…
維冠副本圖一層平面圖，資料來源劉木賢建築師網頁

https://www.facebook.com/photo.php?fbid=1123884517644638&set=pcb.1123900787643011&type=3&theater