請問先進:台北盆地的共振現象

[kkk3201]

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依補習班教結構的老師說台北盆地因地質軟弱的特性,在12-16樓高的建築物容易和盆地週期產生共振現象
地震時反應加速度會放大,最容易造成破壞,在民國75年地震 88年921地震 91年331地震都得到映證,受損最嚴重的建築物都在12-16樓高的建築物,可是依小弟觀察結果：現在台北建商蓋的房子怎麼大部分高度都是在這危險高度範圍呢？

在新興的台北信義計畫區高級住宅林立,在那台北市地質最軟弱的地帶,反而12-16樓高的建築物一堆,這不是和結構原理有所違背嗎？請不要告訴我說結構設計者會考慮共振現象而加強,如果結構系統這麼簡單只要加強就好,難道那些受921.331地震而損壞的12-16樓建築物都沒有考慮加強嗎？

是不是都市計畫還是建管法令所限制還是甚麼因素造成,非蓋12-16樓高不可,小弟不解有人告訴我嗎？
如果共振現象對在台北盆地內12-16樓高的建物,是無法改變的自然現象,請問您是瞭解這自然現象的
消費者,您會購買嗎？當然一般購屋大眾是不太懂這些的

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[montoya0926]

台北寸土寸金，業主的角度是以能蓋高拉低成本為主
1.原容積 + 停獎 or 都更 or 開放空間獎勵 or 容移後 之高度
2.閃高層建築特別安全梯的排煙室（設計成：14F+夾層（有空中花園又可二次又好賣））
3.BF：若有停獎，B3、B4都有可能
基礎：筏基+開挖夠深，結構計算有算過再注意一下有否不均勻沈陷

[jesse]

依補習班教結構的老師說台北盆地因地質軟弱的特性,在12-16樓高的建築物容易和盆地週期產生共振現象，地震時反應加速度會放大,最容易造成破壞

這個問題我可以稍微解答一下，我的碩士論文寫的就是這方面的東西。

其實上面這種講法並不完全正確。

每個地方會因當地的地質不同而有其自然頻率，比如說花蓮-地質堅硬，自然頻率就比較高(振動週期比較短)；台北盆地-地質軟弱，自然頻率就比較低(振動週期比較長)，而地震波傳達時，會以該地盤的自然頻率震動建築物。
建築物的樓層數越高，越軟(鋼構比RC軟)，則建築物的振動週期就越長(自然頻率越低)，當建築物的振動週期(自然頻率)與地盤的振動週期接近時，就容易產生共振現象，放大地震力。所以台北盆地高樓層的建築物受到的地震力較大，而花蓮則是低樓層受到的地震力較大。

而為什麼會有「12-16樓高的建築物容易和盆地週期產生共振現象」這種說法，我印象中是這樣的(應該不會錯)：將近40年前有一位結構大師提出了建築物一層樓約0.1秒振動週期的約略概算，12-16樓高的建築物振動週期剛好是1.2秒-1.6秒，剛好跟台北盆地的振動週期一樣，所以最容易引起共振。

我要指出的錯誤就在這裏，建築物的振動週期(自振週期)是非常複雜的，跟構造方式(RC、鋼構)、構造數量(牆的數量)、結構方式都有關，根據我十幾年前研究了十幾棟建築物的結果，「建築物一層樓約0.1秒振動週期」這樣的說法是非常簡略的，實際上的誤差很大。

另外，共振現象能放大多少地震力，跟建築物的阻尼比有關，如果阻尼比=0，共振現象是會無限大的(實際上沒有阻尼比=0的東西)，阻尼比越大，放大的程度越小。而建築物的高度越高，阻尼比越大，所以共振現象放大的情況就越小。

所以，在台北盆地上中間樓層(10-20樓)受到比較大的地震力的機率是比較大的，但是也不會大太多(因阻尼比使共振放大減少)，而這樣的影響，用結構設計是可以加強得了的，所以不是每一棟10-20層樓的建築物在地震來時都會受損。

[kschen]

什麼樣的房子容易在地震時倒掉，原因當然是很複雜的，但也有一些「非結構」的因素的

例如說921地震時倒塌的集合住宅大樓，幾層的居多？我個人是沒做統計研究，但我有發現一個有趣的現象，倒掉的集合住宅大樓，大部份是貼10*10的正方形面磚的（工地俗稱「十cent角仔」）

原因當然不是貼了這種面磚就倒致結構變弱，而是兩個原因

1.這種面磚最便宜，會選這種面磚的建商，就是「能省則省」型的；灌漿綁鋼筋配筋，當然就能偷工就不會客氣，能減料也不會手軟。

2.這種「十cent角仔」面磚流行的年代，剛好是1980年代底到1990年代初，房地產最興旺的時期；房地產越旺，品質就最爛；房地產最谷底時，反而是建築品質最好的時候。

[vanserce2]

我認為貼10X10是一種時代下的流行
應該不是以偷工的想法去選材

更早一批的建案都是馬賽克居多
但是因為當時不時興蓋大樓的案子
所以樓層比較多
不然我相信馬賽克一定倒更多

[Guo]

謝謝jesse清楚的解釋
建築物是倒置的單擺
至於每棟建物在不同施力下的週期確實是多少更沒法詳細估算
大致用十樓一秒來抓不知是誰第一個這樣說?依據是甚麼?
沒看過許茂雄先生等人的論文
也無法知道細節
我猜測可能是國外的數據套用了
台北盆地的震波效應研究是值得深入的課題
為什麼921台北盆地的那些建築物會倒？
除了無知和偷工減料外
是否震波共振效應該處特別
剛好又碰到不知死活的一些人？
我們還沒有東京大地震的考驗
目前傳播到盆地四級的地震已出現傷亡
如果五級以上重大傷亡可以預見

kschen提出的直覺判斷是好笑卻有智慧的
大直一堆建商把”豪宅”蓋在舊基隆河床上
一堆愚蠢電子新貴趨之若鶩
也可作如是觀！

[kkk3201]

所以，在台北盆地上中間樓層(10-20樓)受到比較大的地震力的機率是比較大的，但是也不會大太多(因阻尼比使共振放大減少)，而這樣的影響，用結構設計是可以加強得了的，所以不是每一棟10-20層樓的建築物在地震來時都會受損。[/quote]

結構系統好壞應該不是絕對的,只是相對上和盆地週期共振是不利的,依建築規範T=0.07hn3/4其實和0.1樓高是相去不遠,結構系統如果都只是根據電腦輸出的數據加強就好,那這門學科也太容易了,老大說的沒錯,因阻尼比使共振放大減少,但實務上阻尼值是假設而且阻尼隨受震變化也會改變,地震時間延長時,反應終會放大對結構還是不利的.從歷次大地震都看得出來和盆地週期接近的都破壞較多,當然不是每一棟10-20樓都受損,就像您說的只是機率比較大的

我要說的重點是台北盆地內因都市計畫或是建築法在制訂分區管制和樓高時,是不是應該將盆地共振問題一併考慮呢？就像老大說的在台北盆地上中間樓層(10-20樓)受到比較大的地震力的機率是比較大的

[jesse]

大致用十樓一秒來抓不知是誰第一個這樣說?依據是甚麼?
沒看過許茂雄先生等人的論文
也無法知道細節
我猜測可能是國外的數據套用了

我前面講過了，那是大約1970年代外國的某一位結構大師提出來的，一直被引用到現在，
至於他是怎麼提出的，我也不知道。

[jesse]

因阻尼比使共振放大減少,但實務上阻尼值是假設而且阻尼隨受震變化也會改變,地震時間延長時,反應終會放大對結構還是不利的.

我要說的重點是台北盆地內因都市計畫或是建築法在制訂分區管制和樓高時,是不是應該將盆地共振問題一併考慮呢？

建築物受損後阻尼比會變更大，放大效應會變更小。

至於「台北盆地內因都市計畫或是建築法在制訂分區管制和樓高時,是不是應該將盆地共振問題一併考慮」?
我想
1 訂定都市計畫的人並不懂結構，所以自然不會將盆地共振問題考慮下去。
2 共振問題是可以用加強結構或是其他方式解決的，不需要因為共振問題而禁止興建10-20層樓的建築物。
3 建築物阻尼很大，實際上的放大效應是不會太大的。

和共振效應比較起來，更大的問題應該是盆地放大效應，我想這才是有一些地震其他地方沒事台北市比較容易有災害的原因，如果震央距離台北盆地很近，傳到台北的地震力本來就比較大，再經盆地放大效應之後…後果可能會比較嚴重，而且是全面性的!!這一個部分結構設計規範也有考慮到，但是考慮得夠不夠，或是施工者以其他地方的標準擅自不按圖施工，那結果就不得而知了!!