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建築結構耐震、制震、隔震構造淺釋

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台灣地區地處環太平洋地震帶,地震發生之頻率很高,因此為保障人民生命財產安全,建築物之耐震能力必須特別重視。所以,為了確保建築物在地震力下之安全性,增加居民之信心,並避免再次發生如921大地震所造成之傷害,舊有建築物之耐震能力補強及提昇新建築物之耐震能力已是刻不容緩。

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建築結構耐震、制震、隔震構造淺釋

  1. 1. 建築結構耐震、制震、<br />隔震構造淺釋<br />
  2. 2. 2<br />目錄..<br />一、前言<br />二、地震概說<br />三、建物設計概說<br />四、減震(制震)設備<br />五、隔震(免震)設備<br />六、結語<br />
  3. 3. 3<br />一、前言..<br />台灣地區地處環太平洋地震帶,地震發生之頻率很高,因此為保障人民生命財產安全,建築物之耐震能力必須特別重視。因此,為了確保建築物在地震力下之安全性,增加居民之信心,並避免再次發生如921大地震所造成之傷害,舊有建築物之耐震能力補強及提昇新建築物之耐震能力已是刻不容緩。<br />目前建築物之結構設計大多由耐震(隔震、減震)設計所控制,因此就我國現行耐震規範及相關設備淺述如後:<br />
  4. 4. 4<br />二、地震概說:地震的成因<br />板塊運動台灣位於菲律賓海洋板塊西側,與歐亞大陸板塊東側,交界於台東縱谷。這兩個板塊以每百萬年70公里的速度相互衝撞,這些擠壓的動能,就是造成地震的原因。由於板塊運動的能量相當大,所以其規模與影響範圍也相當廣。<br />
  5. 5. 5<br />二、地震概說:地震的成因<br />火山活動由世界各地震觀測站所測得的資料,可以明顯的看出火山對地震的影響。火山爆發的能量,引起地面的震動而造成地震。但是一般而言,這規模與影響範圍遠小於板塊運動。 <br />
  6. 6. 6<br />二、地震概說:地震規模與震度<br />地震規模、震度與震級地震規模是指地震本身威力的大小,與其所釋放出的能量有關。因此地震規模並不因為觀測站不同而有不同數值。<br /> 目前最常用來表示地震規模的是芮式地震規模(Richter magnitude scale)。根據其定義,是取地震儀在距震央100公里處所紀錄到的最大振幅。 <br />地震震度是指各地所受地震程度的大小,因此會因觀測站不同而有不同震度與震級。<br />
  7. 7. 7<br />二、地震概說:我國的震級表<br />
  8. 8. 8<br />三、建物設計概說:現行規範<br />「建築物耐震設計規範及解說」 內政部94.12.21台內營字第0940087319號令修正「建築物耐震設計規範及解說」,並自中華民國95年1月1日生效。<br /> 本規範規定建築物結構體;結構物部分構體、非結構構材與設備;非建築結構物;隔震建築物與含被動消能系統建築物設計地震力之計算方式及耐震設計之相關規定。<br /> 內政部94.7.11台內營字第0940084267號令廢止本部91年3月8日台內營字第0910082093號發布之「建築物隔震設計規範」,並自94年7月1日生效。 <br />
  9. 9. 9<br />三、建物設計概說:觀念比較<br />
  10. 10. 10<br />三、建物設計概說:地震力比較<br />
  11. 11. 11<br />三、建物設計概說:分析比較<br />
  12. 12. 12<br />三、建物設計概說:耐震設計<br />面對地震這種突如其來的力,結構物要如何做到耐震的功能,其中最主要的核心觀念是「韌性」的觀念,結構體利用其變形來抵銷地震的能量,建築設計多採「強柱弱梁」的觀念,俾使結構形成較有利之破壞機制,其設計最高原則是「小震不裂、中震可修、大震不倒」 。<br />韌性佳的結構用本身的變形抵銷能量 韌性差的結構容易頃倒或崩塌 <br />
  13. 13. 13<br />三、建物設計概說:隔震設計<br />隔震的觀念簡單來說,就是將地震的力隔絕在結構體外,避免結構物因承受過大的外力而損壞,是藉由特殊設計裝置,將結構物與地盤隔離,以減少或消散部分地震的能量。因此,隔震技術不僅可以使結構物本身的震害減輕,還可以使其內部重要設施不受地震危害。<br />結構體變形大,內部設施會受影響 利用隔震裝置減少地震力 <br />
  14. 14. 14<br />三、建物設計概說:減震設計<br />減震構造是在建築物安裝吸收震動能源的裝置,可以降低地震及強風的搖動幅度,當地震使得建築物的結構受地震力擾動時,若能適時提供控制力或吸能裝置以降低地震對結構產生的震動,將能減少地震力對建築結構體產生的破壞。<br />
  15. 15. 15<br />四、減震(制震)設備<br />減震即抑制震動,消減地震對建築物產生的外力影響,可分為兩種:<br /> 被動式消能系統:防止因地震力影響,造成建築物產生加速、共振、加大位移變形現象,因此採在結構體中預先裝置能吸收地震能量,減少構件塑性破壞的發生。<br /> 主動式消能系統:利用高感應器,在因風力或地震波到達建築物前而發生的微動時,利用設置在在建築物內的裝置來抵消地震力或風力。 <br />
  16. 16. 16<br />被動式消能系統<br />(一)制 震 牆 (Viscous Wall Damper)<br />本體是用黏性剪斷抵抗阻力之制震裝置,在充填有黏性體(OILES)之鋼板槽間, 插入內部鋼板(阻力板)。OILES 黏性體是一種高黏性之高分子材料,在各種試驗下都有良好之不易燃燒性、耐候性、耐久性。在重複的剪斷下亦不降低其黏性,仍保有安定之抵抗阻力。<br />
  17. 17. 17<br />被動式消能系統<br />(二) BMD (Binghum Material Damper)<br /> 為一種軟性的消能桿件,原理是利用黏性阻尼器之阻尼效應吸收地震能而轉化為熱能。當地震或強風造成建築物搖晃時,則在相互運動下會產生抵抗力來吸收震動能量。較適用於舊建築物的補強或裝置於有限空間的耐震對策。<br />
  18. 18. 18<br />被動式消能系統<br />(三)LED (Lead Extrusion Damper)<br /> 和BMD原理相同,只是填充材不同,是由鉛擠壓消能桿件利用阻尼器吸收地震能而轉化為熱能,以發揮其衰減性能。<br />
  19. 19. 19<br />被動式消能系統<br />(四)TMD-RP(Tuned Mass Damper-Roller Pendulum type)<br />調諧質塊阻尼器是一種置於高層及超高層大樓頂部的能量吸收機構。是利用質量慣性效應來平衡地震力,以降低建築物振動之作用力。<br />
  20. 20. 20<br />主動式消能系統<br />AMD(Active Mass Damper)<br /> 屬質量慣性效應且置於高層及超高層大樓頂部的自動制震機構。和TMD-RP不同的是除了應用滾動擺動體之被動控制裝置(TMD-RP)為基本構造,還採用驅動裝置及控制機器,即由電腦來控制建築物之搖晃,是主動性制震機制。此機構會於微小震動產生時以反力平衡地震力或其它外力。<br />
  21. 21. 21<br />五、隔震(免震)設備<br />隔震部材必須具備以下的四種機能:積層、滑/滾動支承、隔震樓板、阻尼器等。<br /> 絕緣/制動機能:遏抑地震以外的搖晃;抑制達到一定數值的外力,使用鉛心的高剛性固定建築物,同時防止颱風及強風等引起的搖晃。<br /> 支持機能:以鋼板補強之橡膠,牢固地支撐著建築物。與橡膠單體比較,上下方之剛性高能安定支撐建築物。<br /> 阻尼機能:即阻尼機能。為鉛心之功能,能衰減建築物之劇烈搖晃。隨積層橡膠變形,鉛心也產生塑性變形以吸收地震能量,同時迅速衰減振動。<br /> 復原機能:回復建築物的位置。地震平靜後,橡膠具有復原力,使建築物回復到原來的位置。 <br />
  22. 22. 22<br />隔震器:支承墊系統<br /> (一)積層橡膠隔震器(RB):其構造是一層鋼片一層橡膠累積多層而形成。<br />(二)鉛心橡膠隔震器(LRB):隔震器中心加裝圓柱體之鉛心則可抵抗較大之橫向力。<br />
  23. 23. 23<br />隔震器:滑動式系統<br /> (三)這類隔震器是利用擺垂原理將地震的動能轉化為位能,再慢慢消散掉這些能量將建築物回歸原來位置。<br />
  24. 24. 24<br />隔震系統:阻尼器<br />具有消散地震能量的輔助設施:如能提高隔震系統之阻尼以消散部分能量,則可有效地控制隔震系統之相對位移,提高隔震系統之實用性。<br />油壓桿阻尼器 鋼環阻尼器 鉛阻尼器<br />
  25. 25. 25<br />六、結語<br />在台灣,建築物的耐震性能已成為國內重要的結構安全指標。然而建築物係人類生活居住、工作及各類活動的空間,一旦因地震發生災害,不僅是財產損失,更嚴重的是危及生命的安全,因此現今之建築物耐震設計依靠強度與韌性,強化建築結構的安全,並由過去傳統的耐震設計,演變至今的隔震與消能之新耐震技術,並朝向地震來時,建築物不搖動不損毀,保全建築物財產與維持重要使用機能為目標。<br /> 因此,整合建築物耐震設計、施工品管及後續管理維護間互相牽制的交叉關係,以確保建築物耐震性能確保人民居住安全,為現今營建的重大課題。<br />

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