由集集大震探討台灣現有結構物存在的問題-宋文沛

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由集集大震探討台灣現有結構物存在的問題-宋文沛

摘 要
台灣由於地理位置的關係，所以存在許多「界線斷層」因此隨時都可能發生地震。集集大震因斷層錯動造成嚴重的損失，但也暴露出現有建築物及橋樑結構於設計、施工、監造及法規制度等許多缺失，因此本文將針對此次地震之震害狀況對基礎、結構系統、施工品質、非結構物補強及法規制度面等缺失提出改善對策，以期未來發生大地震時結構體能完全發揮其應有之功能。
一、前言

地殼是由許多大陸板塊分散與聚合，但在某些特定之地點，因聚集過多的熱能或應變能或其它外來的能量，才發生突然的變動，例如：火山爆發、地震…等等，常對人類造成很大的傷害。其中發生地震的原因有：(1)斷層錯動，(2)火山爆發，(3)岩溶塌陷，(4)隕石撞擊，(5)地函物質相變化，(6)地下核爆及其他人為因素等。但以斷層錯動是發生地震最主要的原因，且發生次數最頻繁，造成災害的機會也最大。
台灣的形成是由於板塊運動，原屬於呂宋系統的海岸山脈，隨著菲律賓海板塊向北移動，以約45度方向斜撞中國東南邊之大陸斜坡，並將此地原有之地殼抬高成山，由於此運動造成台灣島內形成許多的斷層帶。而斷層帶於西部麓山帶與沉積平原間，有金山—新莊—三義—車籠埔—觸口斷層，中央山脈與西部麓山帶間，有屈尺—荖濃溪—潮州斷層。中央山脈與海岸山脈間有縱谷斷層，這些大的「界線斷層」大都是活動斷層，隨時都有可能因而引發地震。
然因斷層錯動所引發之地盤震動，在斷層帶附近最激烈，也最具破壞力，其強度隨與斷層之距離增加而衰減。當地震激烈時，於不穩定地盤或強度較脆弱的部份即可能發生變化而破壞，如：穩定度差的斜坡、山崖……發生山崩滑動的現象，凝聚力較弱的沖積土層發生壓密沉陷，斷裂，泥沙地質可能因地下水壓升高而發生噴沙及土壤液化現象等均引發地盤破壞，造成結構物之破壞。由於斷層錯動引起之地震波，使座落在地盤上或地盤中之結構物隨之震動，但由於結構物本身的慣性及其他構造特性，往往使其震動有別於地震震動而引起內部應力。由於地震過程甚為複雜，對結構體之影響亦為多樣性，所以結構體均應經詳細之耐震設計，以確保結構體之安全；此次921集集大震暴露出國內結構物設計、施工、監造及法規制度上許多的缺失，因此本文將就此次地震之特性與學者、專家們及筆者實際勘災所得，按實際發生破壞之情況加以分析說明，再針對現今台灣現有結構物的問題提出改善對策，尚祈工程與學術界的先進們不吝指正，並同心為台灣建設品質好、安全性高的結構物而齊心努力。

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資料來源：現代營建

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震力對結構物造成損壞的原因十分複雜，因此將就建築物及橋樑震害之狀況分別分析及說明如下:
(一)建築物
在震源附近之強震區及車籠埔斷層通過地帶，房屋倒塌甚多，光是台中縣、市及南投，全倒及半倒就達16,000多棟，甚至連台北縣、市、桃園及雲林縣均有房屋損毀，其中建築物之破壞狀況說明如下：
1.基礎損害：基礎不良造成地震時，發生沉陷、傾斜及土壤液化等現象，造成基礎破壞導致大樓傾倒；填方開裂、下陷或擋土牆遭到主動土壓，造成後方土壤破壞等導致基礎損害。
2.結構體的破壞
(1)傳統建築—土、磚、竹、木造及其混合建築：災區中有許多老式的民間建築，構造型式大都為土塊造、磚造、木造、竹造或混合建造的低層建築，因本身無抗震之主要結構，所以地震時幾乎都由脆弱的土塊、泥竹板牆或加強磚造面承受此巨大的力量，因此建築物發生多處開裂、抽離、屋頂塌陷甚至房屋倒塌的現象，部份則是年代久遠建材腐朽或結構系統不良及私自增建造成額外的偏心扭矩，亦是房屋倒塌的主因之一。
(2)RC造建築物： 根據筆者實地調查發現，將震害之狀況，以結構體破壞與非結構體破壞分別說明之:
A.柱破壞
a.短柱效應。
b.高窗邊之柱。
c.兩側端部柱，造成混凝土壓碎及鋼筋裸露。
d.由於扭力矩增加，造成柱剪力增加，引起柱剪力破壞。
B.梁破壞
a.樓梯平台下及樓梯間處之短梁破壞。
b.樑中央部產生裂縫。
C.牆破壞
a.隔間牆破壞。
b.結構系統長向上，牆體與柱連接之窗台窗框周圍或梁底處之牆破壞。
c.結構系統短向上，牆體與梁底接觸處。
D.樓板破壞
a.各樓板角偶處，產生45°裂縫。
b.底層樓梯間之樓板破壞。
E.樓梯破壞
轉折平台下，混凝土破裂或保護層破壞，鋼筋裸露。
F.結構系統
細長條型、Ｕ型、Ｌ型、Ｈ型等平面，在轉角部或端部破壞；分期興建建築於新舊續接處之破壞。
3.非結構體破壞
(1)屋頂水塔或冷卻水塔震後發生傾斜，倒塌甚至掉落。
(2)圍牆倒塌。
(3)女兒牆、欄杆掉落。
(4)內外裝修材掉落。
(5)天花板掉落。
(6)窗框變形、玻璃破裂。
(7)燈具、電扇、視聽設備等懸吊物掉落。
(8)櫥櫃、書架傾斜或翻倒等。
4.震害原因分析說明：歸納上述原因不外是基礎不良、結構系統不良、施工品質不佳等因素造成，以下將就各因素分別說明。
(1)基礎不良
施工前未確實進行鑽探分析，造成基礎型式設計錯誤，於軟弱土層亦未進行地質改良。另外由於施工不良、回填夯實不確實、山坡地則因坡地整地不確實(如填方未夯實，擋土設施考慮不全)。
(2)結構系統不良
A.軟層結構：民間大都採用開放空間設計(即透天厝騎樓式建築)，地面層形成軟層結構，強震時造成結構側傾，導致底層損毀崩塌。有些同型建築，因保持一定之壁體量，雖然牆體出現明顯的裂縫，卻發揮顯著的抗震功能。
B.偏心扭矩：結構體勁度中心與質量中心不符合，造成額外應力增加。
C.增建的影響： 許多建築物私自增建造成結構系統不規則，任意拆除牆、柱、梁及板破壞原有之結構系統；另外由於興建年代不同，造成新舊樓層界面及不同材料之整合不易，致使地震時產生不諧和震動因而發生破壞。
(3)施工品質不良
A.柱箍筋：柱箍筋量不足，未施作135°標準彎鉤以及柱箍筋彎鉤末端延伸長度不足、箍筋接合不良及間距太大，造成圍束不足，因而發生柱爆裂，造成混凝土開裂、剝落及柱主筋挫屈。
B.鋼筋搭接接合不良：柱主筋同一斷面搭接，未錯接、搭接長度不足或續接器失敗等，造成柱斷裂而挫屈。
C.柱抗壓面積不足：柱內埋設PVC管，造成混凝土抗壓面積不足，或是過於接近主筋影響其握裹力，或是PVC電線管置於箍筋外緣造成保護層厚度不足，造成受壓時柱開裂或是混凝土剝落。
D.梁柱常見問題：梁柱內鋼筋不足、鋼筋抗拉強度不足、梁柱接頭未確實施設密箍筋、柱主筋末端錨定於屋頂梁內之錨定長度不足及梁柱錯接與未按實際工程圖施工等，均影響建築物之耐震性。
E.監造不實：梁柱內夾雜沙拉油桶、鐵桶及舊報紙；另混凝土強度不足或以樹脂灌滲雜於水泥中，造成強度不足。