工程概論課堂報告 --- 建築物與地震關係及抗震技術

工程概論課堂報告---建築物與地震關係及抗震技術工程概論課堂報告---建築物與地震關係及抗震技術報告組別:孝13組組員:9706120 李昆霈 9706137 葉晉瑋

目錄一、地震起因二、世界知名地震介紹 ◎日本阪神大地震 ◎台灣九二一集集大地震三、地震對於建築物的影響四、建築物抗震技術簡介 ◎現代建築結構與老舊式建築結構的差別 ◎制震工法與隔震工法五、知名建築物抗震技術介紹 ◎台灣超高樓101 六、補充---共振效應七、參考資料來源目錄

一、地震起因 發生地震的原因：　　發生地震的原因不外乎下列數種： (1)斷層錯動（90%） (2)火山活動(7%) (3)岩溶塌陷 (4)隕石撞擊 (5)地函物質變化 (6)地下核爆及其它人為因素等。一、地震起因

彈性反跳理論 人類知道地震成因是相當近的事。從前人類因感於地震的恐怖而將它想像為是由地下神怪動物所引起，日本人相信是因地下鯰魚搖動而造成，本省民間也有傳說是因為地牛翻身所致。到了十九世紀中葉人類雖然己經發覺地震災害往往集中於狹長地帶並推測地震應有一定發源地。推當時仍不知地震的真正原因。一直到1906年舊金山大地震後，美國約輸霍普金斯大學哈利瑞德教授提出彈性反跳理論，地震成因才有定論。一、地震起因---彈性反跳理論

彈性反跳理論 根據該理論，岩石被當作彈性體，因此可像被壓縮的彈簧一般的儲蓄機械能。當斷層兩側的岩體發生與斷層摩擦力時，斷層上最脆弱的部份便開始崩潰而裂滑動。斷層最先開始斷裂的地方稱為震源。位置可能接近地表，也可能在地下深處。將震源垂直向上投影到地表面的一點，稱為震央。　　斷層斷裂滑動一旦開始以後，便自震源沿斷層面急速擴張，斷層面兩側岩體因而產生相對運動。此時原已積於斷層上的摩擦應力就突然被全部或部份的解除，於是接近斷層面的岩石便在很短的時間內（通常是數秒鐘）彈跳到新的平衡位置。長期蓄積下之彈性能也在這一瞬間轉變成摩擦熱和地震波而被釋放出來。地震波隨著由震源向四八方傳播出去，所經之處引起地盤震動，這就是我們通常所感覺到的地震動。自彈性反跳理論提出來已獲得許多直接和間接證據的支持，因此現在我們可以肯定的說，地震是因為地下斷層突然錯動直接的成因。　隨著斷層兩側在斷裂滑動前所受到的應力作用方向不同，斷層斷裂滑動的型態也不一樣。斷層錯動可分為：正斷層、逆斷層、和走向斷層或平移斷層。一、地震起因---彈性反跳理論

二、世界知名地震介紹--- 日本阪神大地震 地震時間： 1995年1月17日清晨5點46分相對位置：震央在距離神戶市西南方23公里的淡路島　　　　　　　規　　模： 7.3 該地震是由六甲斷層地區（由神戶到淡路島）的地殼活動引起，屬於上下震動型的強烈地震。由於神戶是日本屈指的大城市，人口密集（105萬人），地震時間又在清晨，因此造成相當多傷亡（官方統計有6434人死亡，43792人受傷，房屋受創而必須住到組合屋的有32萬人）。阪神大地震在日本地震史上具有重要的意義，它直接引起了日本對於地震科學、都市建築防震、交通防震的重視。當時一般日本學者認為關西地區不可能有大地震發生，導致該地區缺乏足夠的防範措施和救災系統；特別是神戶周圍有相當多交通要道都通過隧道或高架橋，在地震時隧道受損嚴重，影響了搜救速度。神戶市中，更因瓦斯外洩、木造房屋密集、引起快速的連鎖性大火；如神戶長田區，全部的木造房屋都付之一炬。二、世界知名地震介紹---日本阪神大地震

二、世界知名地震介紹---日本阪神大地震

世界知名地震介紹---台灣九二一集集大地震 地震時間： 1999年9月21日凌晨1時47分相對位置：南投魚池地震站西南方 7.0 公里　　　　　　　規　　模： 7.3 921集集大地震為20世紀末期台灣傷亡損失最大的天災，美國地質調查局測得地震矩震級定為7.6。此次地震是因車籠埔斷層的錯動，並在地表造成長達80公里的破裂帶。全島均感受到嚴重搖晃，共持續102秒，由於台中縣、南投縣為主震央區域，故受災特別嚴重。該地震造成2415人死亡、30人失蹤、11306人受傷、近11萬戶房屋全倒或半倒。二、世界知名地震介紹---台灣九二一集集大地震

在地震中遭震毀的台中縣霧峰鄉 光復國中校舍 921地震教育園區內被震毀的操場，車籠埔斷層切過此處二、世界知名地震介紹---台灣九二一集集大地震

三、地震對於建築物的影響 地震會產生大量的衝擊力，以及往復振動力。地震能量對一般建築物，會產生結構體彎曲現象。中等地震對建築物，會造成較大結構體彎曲現象而使建築物軟化，產生明顯的破壞。大型地震對建築物，會造成結構體永久變形，而使建築物無法再重複使用。三、地震對於建築物的影響

四、建築物抗震技術簡介 傳統結構的耐震理念為＂大震不倒，中震可修，小震不壞＂，手法有兩種：1.彈性設計，在極大地震下，所有的材料都在彈性範圍內，理論上材料完全不會破壞，可以承受數十次或百次的極大地震，但是可想而知這種建築物的尺寸會十分粗壯，非常不經濟，不是主流所採用的設計理念。2.韌性設計，為規範所建議的方法，在極大地震下，建築物容許在梁端產生塑性鉸，當塑鉸發生的同時可以消散部分的地震能量，理論上，塑鉸全部發生時建築物會變成一個靜定結構，故極大地震下，建築物並不會崩塌。（對於由彈塑材料所製成的桿件斷面所能承受之扭矩的極限值。）四、建築物抗震技術簡介

現代建築結構與老舊式建築結構的差別 民眾對建築物防震抗震的重視，是以921大地震為分水嶺 921之前:採鋼筋混凝土( RC)結構、構造建築較多。《鋼筋混凝土( RC)造的房子剛性較大,搖晃的位移量小，因為RC是較為硬脆的結構材性質，變形大RC就會脆裂，所以需以更大的剛性硬碰硬來吸收地震能量，牆壁(剪力牆、隔間牆都重要)在RC構造就變得很重要，因為可使建築物的剛硬度增大。》921之後:因考慮耐震性能，採用鋼骨鋼筋混凝土(SRC)。《鋼骨(SS):由鋼骨造的房子則韌性較佳，搖晃的位移量大，它的特性是靠搖晃較大幅度來抵銷地震水平利的能量，但是助教高樓層的會因為搖晃大而不太舒服，因為搖晃變形大所以牆壁也容易裂但主結構可保沒事。》《鋼骨鋼筋混凝土(SRC):就是在鋼骨外層再另外配鋼筋並灌漿同時作保護層，好處是具有鋼骨構造及RC構造的優點，柱子強度高則柱斷面減小可使整個建築重量變輕，因而其受地震力的影響也因此變小，而RC構造特性則減少純鋼骨建築受側向力時變形過大問題，純鋼骨的高層建築地震來時搖晃程度可比RC構造利害的多。》三者差異:1.剛性:鋼筋混凝土(RC) 〉鋼骨鋼筋混凝土(SRC) 〉鋼骨(SC)2.韌性:鋼骨(SS) 〉鋼骨鋼筋混凝土(SRC) 〉鋼筋混凝土(RC) 四、建築物抗震技術簡介---現代建築結構與老舊式建築結構的差別

抗震技術 抗震技術應該分為主動控制及被動控制兩種：1.制震屬於主動控制，最有名的例子為101上面的調節質量阻尼器，當風力來時，會感應自動把質量塊推向反方向減少震動。2.被動控制就是所謂的消能及隔震，減震字面上的意思為減少地震力的輸入或者減少地震力產生的效應，所以隔震也算是減震，消能也可以算是減震，消能的手法是讓地震力輸入結構系統後，導向某些特定位置的桿件，如斜撐或剪力牆的位置，但在這些位置裝設阻尼器或是消能裝置吸收地震力，進而減少結構的地震反應；常見的裝置有黏彈性組尼器、流體阻尼器....等等。四、建築物抗震技術簡介---抗震技術

抗震建築基本工法 目前全世界所謂的抗震建築基本上分為兩大工法，也就是制震工法與隔震工法。因為兩者都可達到降低地震衝擊力道的作用，因此有人又稱這兩種工法為減震工法。就抗震及減震效果而言，實務上以隔震工法最好。一、制震(主動式)其基本原理，則是類似汽車的避震器，在建築物適當位置的樑、柱之間加裝『制震元件』，一般稱為『阻尼器』或是『消能元件』。當地震發生造成建築物搖晃時，就可藉由阻尼器產生變形，進而吸收能量，以減少結構搖晃幅度以及震動時間，這樣可以保護主結構體不受破壞，讓居住者住得更安心。二、隔震(被動式)基礎的隔震系統，是利用設置一介於結構基座及基礎之間的隔震層(如橡皮、滾珠)，來阻隔或吸收將近九成以上的地震能量，如此一來，便可以直接避免因為過大震動所造成的建物損壞狀況。兩者差異在於制震為加裝制震元件採主動式消能機構，隔震為設置一介於結構基座及基礎之間的隔震層採被動式消能機構。四、建築物抗震技術簡介---抗震建築基本工法

五、知名建築物抗震技術介紹---台灣超高樓101 • TMD：調質阻尼器TMD為一針對本大樓需求量身定做的的被動阻尼系統，其位置設置於87F~91F的核心位置，其主要目的為調諧及減低大樓受風力吹襲時之擺動，以確保大樓人員工作時的舒適度而設置。 • 質量塊：一直徑5.5公尺，由41層12.5公分厚之實心鋼板堆疊焊接而成的金色球體質量塊，其重量達660公噸。球體質量塊由8支直徑9公分、長度42公尺的鋼索串聯並懸吊於92樓。為確保其柔性與延長使用年限，每支鋼索均由超過2000條獨立小鋼線所組成。 • 阻尼與功效：TMD可減少大樓受風力時的40％擺動量，而TMD平均在一年內將會有幾次來回擺動約35公分。 • 主要油壓粘滯性阻尼器：TMD其設計概念在於自動的吸收球體質量塊擺動時之衝擊能量，並藉由大樓的擺動來抵消所吸收的能量。 • Pinnacle-TMD：高度達450~508公尺範圍的細長塔尖內亦設置了兩個小型調質阻尼器，每個質量塊為6公噸，其設置目的為降低鋼結構的疲勞應力。經分析估計，在塔尖平均每年約有18萬次的來回擺動，此擺動頻率與位移將因過度反覆擺動而造成鋼結構的疲勞，而Pinnacle-TMD的設置將可減少40％的塔尖擺動量。五、知名建築物抗震技術介紹

台北101 五、知名建築物抗震技術介紹

六、補充---共振效應 共振效應會不會發生，在於地震頻率是否接近建築結構的振動頻率，地震下結構會不會倒塌，在於結構所受地震力是否大於設計時預期的地震力。所有自然界的物體，只要不是剛體，就會產生變形，會產生變形的物體，本身就具有特定的基本振動頻率，硬的物體振動頻率較高，軟的較低。共振效應會不會發生，就要看你所指的建築物基本振動頻率和地震頻率分布之間的關係，基本上，只要地震頻率分布在建築物基本振動頻率之處具有較大的比重, 便會發生共振，一般地盤地震的主要頻率分布大約在1~5Hz，也就是10樓以下的房子較容易和地震產生共振現在有許多減震，隔震技術，可以降低建築物的動態反應，不過成本高，有裝設的並不多。像101大樓上面所裝設的TMD單擺式質量阻尼器，就是利用將單擺的頻率調整至與建築物接近，這樣一來，101大樓的共振搖擺能量便會傳遞至這個單擺阻尼器，使質量鋼球運動，再利用上面的阻尼桿裝置將能量轉變為熱能，消耗至空氣中。不過他主要是用來抵抗風所造成的振動，不是針對地震。六、補充---共振效應

七、參考資料來源 ◎阪神地震回憶錄 tp://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1007102100630 ◎中央地質研究所網站http://www.gep.ncu.edu.tw/teach/lee.htm ◎維基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B9%9D%E4%BA%8C%E4%B8%80%E5%A4%A7%E5%9C%B0%E9%9C%87 ◎中華技術學院產學合作研究計畫成果報告書 ◎台北101設施介紹 http://www.taipei-101.com.tw/ch/OB/about/damper.asp 七、參考資料來源

謝謝各位的聆聽~!~ 祝張老師永保青春身體健康各位學業進步都上台科

工程概論課堂報告 --- 建築物與地震關係及抗震技術

工程概論課堂報告 --- 建築物與地震關係及抗震技術

Presentation Transcript