# 中正大學2019建築與防震期末考整理 ## 1.都市災害之特性 - **空間性**：危害程度因發生地點而不同 - **時間性**：危害程度因日夜間以及尖峰時間而不同 - **連鎖效應及複合性**：導致山崩、土石流、海嘯、都市大火等災害 ## 2.都市防災措施 - **災害預防** - 建立全國性災害防治基本對策 - 建立迅速且有效率的災害緊急應變 - 災害復舊及都市復興對策 - 建立全體國民防災意識及演練 - 建立災害預測研究體系 - **災害緊急對策** - 災害發生前之對策 - 災害發生後之情報蒐集、聯絡通訊之確保 - 救災活動體制之建立 - 防止災害擴大之措施 - 救助、救急、醫療及消防措施 - 緊急輸送及交通確保之措施 - 避難收容措施 - 生活必需品調配及供給措施 - 衛生保健、防疫及罹難者之處理措施 - 社會秩序之維持及物價安定之措施 - 設施、設備之緊急對應措施 - 受害者之情報傳達措施 - 二次災害之避免措施 - 自發性的支援措施 - **災害復舊** - 都市《地域》復舊、復興基本方向之決定 - 災害復舊的迅速達成 - 復興計畫之建立 - 受災者生活重建之支援 - 受災中小企業之經濟支援 ## 3.山坡地與順向坡 - 山坡地 - 凡符合下列情形之一者，均屬於「山坡地」 - 國有林事業區、試驗用林地、保安林地 - 標高在一百公尺以上之土地 - 標高未滿一百公尺，而其平均坡度在百分之五以上土地 - 順向坡 - 是一種地質環境，表示一個波面的沉積堆疊方向，較逆向坡容易發生山崩，常見於遭侵蝕作用的地層 - 坡面與層面、劈理面之走向大致平行（兩者走向之交角在20°以內），且兩者傾向一致 - 在傾斜、互層狀的沉積岩區常見，尤其是由砂岩與頁岩互層所組成之順向坡，因砂岩層較厚且相對堅硬，加上地層傾角常在10°至50°之間，經差異侵蝕後容易出現順向坡 - 順向坡未必會發生滑動 - 當挖斷順向坡之坡腳時，應以人造邊坡（Artificial Slope）或擋土牆或岩錨方式，進行結構補強。且當有安全性顧慮時，不宜使用生態工法。 ## 4.自然地震及人為地震 - **自然地震** 一般所稱之地震為自然地震，依其發生之原因又可分為 1. **構造地震** 由於地殼運動引起地殼岩層斷裂錯動而發生的地殼震動，稱為構造地震 2. **火山地震** 由於火山活動時岩漿噴發衝擊或熱力作用而引起的地震，稱為火山地震 3. **陷落地震** 由於地下水溶解可溶性岩石（如石灰岩），或由於地下採礦形成的巨大空洞，造成地層崩塌陷落而引發的地震，稱為陷落地震 4. **誘發地震** 在特定的地區因某種地殼外界因素誘發而引起的地震，稱為誘發地震 其中又以板塊運動所造成的地殼變動(構造地震)為主。 - **人為地震** 以人為採用強力炸藥直接破壞地殼，藉以測得相關研究數據，或進行礦藏開採，武器測試等活動所造成之地震 ## 5.地震規模及震度 - **地震規模** 地震規模是指地震所釋放的能量，臺灣所採用的計算方式為芮氏規模，在敘述時以「規模5.0」、「規模7.3」的方式來表示，數字的後面不加「級」字。地震規模每增加「1」，所釋放的能量約為前一個等級的31~32倍。 - **震度** 震度是指地震時人們對於地面震動的感受程度，或物品因震動遭受破壞的程度。中央氣象局利用地震觀測站所記錄的最大加速度，計算出各地區的最大震度，表達方式為數字後加「級」，如：「臺中市6級」、「臺北市4級」。 在一場地震當中，設在**不同地區的地震觀測站所記錄到的最大震度不盡相同** ## 6.活動斷層及其破壞機制 - **活動斷層** - 過去100,000年內曾活動，未來可能再度活動的斷層稱為「活動斷層」。 - 過去10,000年內曾活動者，為第一類活動斷層 - 在過去100,000年~10,000年內曾活動者，為第二類活動斷層。 - 存疑性活動斷層，則是指過去500,000年有活動，但不確定過去100,000年內是否有活動的斷層。 - **破壞機制** - **活動斷層的第一種破壞機制是地盤的錯動**。活動斷層如果穿透地層而露出地表時，就會造成地盤沿斷層面兩側發生數十公分到數公尺的錯動。如果結構物的基礎正好跨越斷層，那就難免被撕扯，發生扭曲或斷裂，而使結構物倒塌。如果斷層是在海底，則可能發生海嘯，對近岸低窪地區帶來破壞。由於斷層錯動威力鉅大，結構物極難抗拒。最好的對策乃是知其所在，避免將結構物建築在斷層通過的地帶上。 - **活動斷層的第二種破壞機制是異常激烈的地震**，建築結構物耐震能力不足時將發生破壞。鄰近斷層的地區，不但水平振動量大，垂直向振動亦大，常對結構物形成考驗。除此之外，異常激烈的地震動也會使鄰近斷層的地區發生大量的山崩，造成間接的災害。若山崩阻塞河道，潰堤時將造成大災害。若在水庫區造成大崩山，致崩積物擠溢水庫，或強地動使水埧崩潰等也會對下游地區造成災難。強地動也會使土壤發生液化，造成額外的損失。 ## 7.扶牆及變化斷面樑 - 扶牆 一般與牆體同時施工，斷面為方形、矩形或其他形式，常為下大上小，其間距、高度及斷面尺寸由設計計算決定。扶壁也常用於承重牆、擋土牆、擋水牆等牆體。它也是一種在歐洲古代上建築常見的建築構件，建築師將其修建在主牆和外部牆壁之間以減輕主牆所承受的壓力，因此增加了這些建築的安全性。 - **變化斷面樑** 樑所受之應力，是外力與自重的加總；一般的結構體，樑都採均一斷面較多。當考慮減輕自重，減少建材時，依據樑各部位所受力的大小來增加或減小樑的斷面，在各斷面所產生的應力以不超過安全容許值的條件下，達到減輕自重及減少建材的效果。 ## 8.地震盆地效應 - 一般而言，地震震度以近似同心圓的形式向外遞減，越靠近震央的地方震度越大，距離震央越遠的地方震度越小。然而當地震波傳到盆地時，盆地邊緣為堅硬的地盤，盆地內的土層卻是鬆軟的沉積層，因此會造成盆地內地表震動時間拉長、震動強度放大、長週期的地震波波形明顯等現象，稱為「盆地效應」。 - 事例：1986年11月15日，花蓮外海發生芮氏規模6.8的地震，臨近震央的花蓮並沒有太大的災情，但距離震央100多公里的臺北地區，卻發生大樓倒塌的嚴重災情，原因也是「盆地效應」。 ## 9.土壤液化 - 指土壤因地震的壓密作用，造成原本在深層土壤的水份被擠壓到表層，土壤顆粒間的有效應力下降為零，土壤失去剪應力強度，呈現如液態的狀況。當地表承受不住地下水的壓力時就會破裂 - 土壤液化主要出現在分布深度較淺，充滿水的砂質土壤或粘土，且其底部排水較差。通常在外力反覆震盪下（如地震），鬆散的土壤因受到壓縮，內部空隙減小，而擠壓孔隙水，導致空隙內水壓升高，砂粒間的結合力減少或消失。當水壓升高至超過土壤內承受的外部壓力時，加上水分不能從地底排出，就會產生土壤液化。液化時砂與水混和成如泥漿般的液體，使土壤失去支撐力，造成房屋傾斜、地層下陷、地下管線破裂或上浮。 - 最容易發生的液化的土壤是年代比較輕（如近一萬年的冰河時期）的細沙，或顆粒大小相當且排列整齊的泥土中，地層只有數尺厚，富含水分。這樣的地形通常可見於河岸、海岸、舊河道填土造屋、海埔新生地或因風力而堆積而成的沙丘中。土壤液化的例子有流沙、流粘土、濁流和地震液化等。 ## 10.鋼筋混凝土構造及其優缺點 - 鋼筋混泥土結構主要是指用配有鋼筋和混泥土製作成的結構。是堅固性非常強的。鋼筋混凝土在工程上簡稱為鋼筋砼。是將水泥與骨料混合得到的產物。鋼筋混凝土就是把鋼筋等材料加入混凝土中，然後形成的一種結構。 - 鋼筋混凝土結構是目前建築中最常見的結構形式 - 優點 1、可以就地取材，容易建構。 2、耐久性特別的好，還耐火。 3、可模性很好。堅固性強。 4、使用壽命長。 - 缺點 1、重量大，因為是鋼筋和混泥土的結合。 2、混泥土抗拉強度低，容易破裂。 3、費時，費工。製作周期長。 4、施工受到季節影響的。冬季不適合。 5、補強修複比較困難。 ## 11.混凝土坍度試驗及強度試驗 - 坍度試驗 - 目前世界各國使用最普遍也是最廣泛的試驗方法 - 只適用骨材粒徑小於381mm的混凝土 - 量測的測具主要有平截圓錐體，頂部直徑為101.6mm-ψ，高度為304.8mm。另有一支直徑16mm-ψ，長度600mm的半圓球頂搗棒 - 填充混凝土至完成提起坍度錐，須在2.5分鐘內完成。量測圓錐中心坍下的垂直高度，即為坍度 - 強度試驗 1. 抗壓試體模內面塗上一薄層脫模劑，例如礦油、潤滑油或輕黃油，確實栓緊各螺栓。 2. 按設計配比稱取水泥、砂、粗骨材及適量水，拌和時需多加 10%餘量。 3. 拌和時，先以類似之混凝土配料或超量水泥砂漿之混凝土試拌之，以補償可能貼附於拌和機上之水泥砂漿。 4. 將粗骨材及部分水加入拌和機，拌和之，並陸續加入細骨材、水泥及水，拌和 3 分鐘後，停置 3 分鐘，最後再拌 2 分鐘即完成拌和。 5. 量測混凝土坍度，依據坍度大小選取填實混凝土之方法： A. 坍度小於 1 吋時，分兩層每層以振動機分三點搗實。 B. 坍度大於 3 吋時，利用搗棒分三層，每層搗實 25 次，最後以木槌敲擊模側使空氣及搗棒痕跡消失。 C. 坍度介於 1-3 吋時，可採用任意方法搗實，不論何種方式搗實或振動機之頭需深入下層 1 吋。 6. 將拌合完成之混凝土灌置於圓柱模內，填模完畢後，將表面刮平，並蓋上玻璃板以防止水分蒸發，移置於恆溫恆濕箱中。 7. 養護24小時後拆模，放入清水中養護，到達試驗齡期後，取出試體，將表面不平處以石膏蓋平，以便試體表面能均勻受壓.。 8. 將試體置於萬能試驗機上加壓，以每秒 1.4~3.4kg/㎝ 2之負荷增加率，施力於試體，直至試體破壞為止，並記錄最大荷重值 P。 ## 12.短柱效應 - 在同一層樓中柱長度原以樓層高度設計，然實際上部分柱子因與窗台短牆相連，受其側向束製作用影響，使柱子之有效長度減短，以致柱之剛度大為增加。地震來臨時，因此短柱之剛度大，而較其它正常柱吸收更大之水平力，引致此短柱剪應力超過負荷而開裂破壞，此效應稱為短柱效應。 - 避免短柱效應可於柱牆相接處以伸縮縫預留空隙隔離，使柱子維持原正常設計高度，以符合原設計考慮。 ## 13.水灰比 - 混凝土是由粗骨材(石)、細骨材(砂)、水泥及水為主要材料，有時候會加些其他掺料所混合而成的，而影響混凝土強度最大的因子是水的使用量與水泥使用量的比值，當水減少水泥增加時混凝土強度增大。所以，在單位體積混凝土內，所使用水的重量除以水泥的重量，就稱水灰比。 - 水灰比愈大，混凝土內的孔隙愈大，強度將愈小 ## 14.箍筋 - 是指滿足斜截面抗剪強度，並聯結受力主筋和受壓區混凝土使其共同工作的鋼筋 - 此外，用來固定主鋼筋的位置而使構件（梁或者柱）內各種鋼筋構成鋼筋骨架的鋼筋。同時，箍筋可以限制混凝土內部裂縫的發展，提高粘結強度，還可以限制到達構件表面的裂縫寬度，從而提高粘結強度。 ## 15.建築物之勁心及質心 - 什麼是勁心 以下利用鞦韆說明什麼是「勁心」。正常鞦韆的兩條繩索粗細相同，手指輕輕碰觸木板的中點，鞦韆筆直移動。這個鞦韆結構，木板的中點就是鞦韆的勁心。 - 推動鞦韆橫桿，使鞦韆運動。如果繩索的粗細一樣，勁心與木板板的重心位於同一點，木板以筆直的路徑移動；如果繩索粗細不一，勁心往較粗的一方偏移，此時勁心和重心不在同一點，木板會移動並扭轉。 - 建築物在地震時的受力情形，就如同推動橫桿讓鞦韆擺動一樣。造型簡單對稱的建築物，勁心和樓板重心同樣位於中心點，地震時建築物單純地左右搖晃，並不會發生扭轉。 - 如果建築的樓板形狀對稱，但柱子粗細不同，勁心與重心不在同位置上，地震時建築物除了左右搖晃外，還容易發生扭轉。 - 斜坡上的建築物如果一側為長柱，一側為短柱，地震時，建築物同時發生移動與扭轉。 ## 16.軟層及弱層效應 - 軟層 許多大樓在一樓處，常採挑高的開放空間設計，甚至為了視覺美觀，將許多協助柱子側向力的大樑拿掉，在柱子太高、而樑及牆面數量不足的情況下，形成軟層。當地震來襲時，在一樓的柱承受最大的壓力，而其強度不足，又沒有因應加強的措施情況下，會造成一樓柱子嚴重破壞且崩塌的危險。 - 弱層 房屋若其某一樓層的高度較上下相鄰的樓層高出許多，則該層的強度會因高度的增加而減小，或是某一樓層的牆面較上下相鄰的樓層少了許多，則該層的強度會因牆面的減少而變弱，在房屋結構規劃設計時，無法或沒有增強該層強度以達與相鄰的樓層相當時，該樓層形成弱層，當強震來襲時，就存在著損壞的風險。 ## 17.建築物平面耐震規劃原則 - 簡單、緊湊、抗扭勁度要大 - 牆體在平面配置上應力求對稱且均勻分布。 - 建築物長方向及短方向壁量不可過於懸殊。 - 為增加建築物長方向壁量，可將矩形柱規劃成含翼牆柱(柱旁增加90CM以上牆壁)，並在樓梯間廁所等空間中平行建築物長軸方向設置剪力牆。 ## 18.建築物立面耐震規劃原則 - 均勻性和連續性 - 建築物在立面上，應該避免突然的形狀變化。形狀規劃、寬度均勻變化是使建築物耐震良好的設計。 - 牆體配置應儘量上下連續，且上、下牆體的中心應力求一致。 - 若牆體有開口，則開口位置應上下一致，且開口面積應小於該牆體面積之1/6。 ## 19.建築物樑柱配置耐震規劃原則 - 在樑柱設計上，應採用“強柱弱樑”的觀念，亦即柱的強度應相對地較樑的強度為高，以免柱子先行破壞，造成崩塌。 - 良好的樑柱配置，柱的剖面應稍微大於樑，形成強柱弱樑。此外，樑柱的中心線應一致；若不一致容易產生額外應力。 - 應盡量避免極短柱的形成 - 在形成短柱處應設置密箍筋、周圍包裹鐵絲網、配置X型主筋以及增設壁筋等措施，以增加短柱之強度及韌性 ## 20.隔震與制震 - 原理 - **絕緣(Base Isolation)** - **能量吸收(Energy Absorption)** - **動力減衰(Power Reduction)** - 隔(減)震結構 - **免震**：基礎絕緣達到隔(減)震之結構 - 隔震器 - 避震器 - **制震**：以人為的方式控制地震時結構物之震動 - 主動式控制(Active Control) - 被動式控制(Passive Control)