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		工程問與答

		結構專欄

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結構安全-921地震學校倒塌主要原因

柱子壓力破壞：
1. 柱子受垂直地震壓力太大：
以前在結構設計時，設計之法規尚未考量到垂直地震力之因素。

2. 柱子之尺寸太小：
垂直壓力太大，柱斷面太小，排水管又排置其中，使斷面積變得更小，使柱子之單位壓應力更大，均

是造成柱受壓力破壞之主因。

3. 混凝土品質有問題：
混凝土施工過程中，施工單位加水，致混凝土水灰比增加，強度不足。

4. 柱箍筋使用九十度彎鉤(標準是135度彎鉤)且其間距又太大。

柱剪力(合併彎曲)破壞：
1. 柱水平剪力強度不足：
柱子受到水平地震力作用時，係由混凝土及柱箍筋之強度所提供，當混凝土品強度低劣，或箍筋間距

過大時，柱子抵抗地震力能力是很低的。

2. 短柱效應未考慮：
早期教室於設計時，未考慮到柱兩側窗戶台度牆之影響，容易在地震中發生短柱之剪力破壞。

結構安全-921地震透天厝倒塌主要原因

(1)柱耐震能力不足造成破壞。
透天厝建築物常會受到地震力之作用，而受到拉力而破壞。透天厝建築物之柱子尺寸較小，常受地震

力之作用而產生壓力破壞。透天厝建築物常因柱箍筋間距太大，造成柱之圍束及抗撓剪能力不足，或

因柱受開口磚牆之束制形成『短柱效應』而破壞。

(2)壹樓『軟層效應』造成破壞。
透天厝之樓梯與道路平行，因空間上之需求或為視野開闊之要求，常在壹樓使用扶手，二樓以上之樓

梯間為磚牆或混凝土牆時，則易形成1F剛性小，2F以上剛性大之『軟層效應』。

(3)騎樓式街角(三角窗)柱子耐震能力不足造成破壞。
由於承受兩方向之地震力，騎樓柱除受雙向剪力外，還增加扭力，當柱子耐震能力設計不足時，即產

生破壞。

結構安全-921地震大樓倒塌主要原因

(1) 施工不確實：
柱箍筋未使用135度彎鉤；並且柱主筋未在非圍束區搭接，而在樓版上搭接，造成灌漿困難。梁柱

接頭未施作箍繫筋。

(2) 軟弱底層設計：
一樓大多是開放性大廳或者是店舖，壁體大量減少行成軟弱底層。相反的，二樓以上當做住宅，牆

壁很多，剛度很高。因此一樓是大樓剛度變化很大的銜接處，形成耐震弱點較會產生震害必須特別

加強設計。

(3) 結構設計太不保守：
過份相信電腦，未依各種可能性進行多種之判別檢討，造成結構設計偏向大膽嘗試。在崩塌的大樓

中，每戶四根柱子的端邊柱之任何一根柱子出事，將立刻影響另一根端邊柱而一起破壞跪下，接著

也把鄰戶拖下來。

(4) 非結構牆設計觀念不確實：
舉凡設計上原未考慮之RC壁、壁磚及一些造型上所作之垂壁等等，都是非結構牆。這些原認為對

RC構架影響不大之構材，在大地震中發揮第二道防線的功用，但也是大地震造成建築破壞之原因之

一。狀況最多者是原為具韌性之柱撓曲破壞型，被非結構體之「束制」影響，成為不具韌性之短柱

剪力破壞型，使得建築物容易倒塌。

結構安全-減壓工法管制要點


		確認地質條件的適合性及地質條件與材料之適當配合，筏基減壓工法之適用性，均事先提出地質條件與工程之設計條件，預估滲水量為穩定流狀態再經調查、試驗分析後，確認可行再依據調查結果提出可能配合之基礎設計。高品質的系統材料： a. 工程過濾層 b. 工程格網排水層 c. 水平集水管 d. 排水逆止閥上述四項維持筏基減壓系統功能之材料使用壽命須大於60年以上，使所構成之系統壽命於正常使用下符合大於60年設計年限之條件。若防堵塞辨法 a.不織布選材慎重 b. 若出現局部堵塞情形，可利用備用之進水管進行逆沖洗，將堵塞處之土壤微粒排除。 c. 設置逆止閥並控制出水管口低於水位面，可避免管口水與空氣接觸後產生CaCO3等礦物質之機會。

結構安全-筏基減壓工法適用之地質及工程條件


		基礎之底部至連續壁底部必須有低或不透水層地質（即透水係數k < 10-5cm/sec），厚度大於2.0公尺。基礎之四周擋土結構體必須是不透水設計，最好是連續壁設計，地下滲流水均是由連續壁底向上滲入。筏基底層之土壤承受較未挖除土前更小之荷重，土壤位於彈性範圍內，土壤僅有很小量之彈性變形，不會造成基礎過大差異沉陷，使基礎產生裂縫（挖掉之土重大於結構體重）。同時符合上述三項筏基減壓工法條件，乃是充份利用地質上粘土層或低透水性地層的水永久特性，才能設計出符合半永久性條件之減壓系統。

結構安全-筏基減壓工法原理


		筏基減壓工法即利用地層構造上低透水性地層的特性，於基礎底版下以物理方法建造一層人工透水層，集水管構成之封閉式排水網路系統，將經過基礎底部低透水性地層中，滲出至基底之地下水，排至基礎水箱內，經過一段時間再以抽水機排除，當排除基礎底版水之能力遠大於滲流入基礎底版之地下水時，基礎底版便不會成水壓力。

結構安全-土壤液化之破壞現象


		噴砂或噴泥（sand or mud boils）若是土壤液化發生在淺層地盤上時，砂土內之地下水可能具有相當高之超額孔隙水壓而頂衝突破上方之覆蓋土層，並將液化時呈浮游狀態之砂土挾帶至地表、且於噴出孔附近形成近似火山口之圓錐狀的堆積砂。地表沉陷（ground subsidence）此乃由於地震時土壤之超額孔隙水壓上升，而地震後剩餘孔隙水已排出、孔隙水壓已逐漸消退，砂土粒子間呈現較緊密化的趨勢而使土層緊密，遂造成地表沉陷。土壤承載力喪失或降低土壤液化時，土壤已由原先固態的行為，轉變為懸浮、且類似液體的狀態，此時土壤之強度已幾近喪失，其承載力在瞬間驟降為零，使得土壤上方原承載之構造物（如建築物、橋樑基礎、油槽...）因失去支撐而沉陷、傾斜或倒塌。側向擴展（lateral spreading）通常發生在河岸或港灣岸壁背後附近、且坡度甚為平緩之飽和疏鬆砂土層，由於河岸或港灣岸壁之高程較水際側為高，地震時砂土發生液化，上方土層乃往具有自由液面之河道中心或海側方向移動而形成側向擴展的破壞現象。發生此一破壞現象之附近地面，通常都會出現數道幾近於平行於堤岸之主要裂縫，並伴隨著許多連接主要裂縫的隙小裂縫。擋土設施破壞臨水邊之擋土構造物，如港灣之碼頭岸壁、河川之堤岸鈑樁、臨溪流之民家護岸、...，於地震作用時，可能由於後方背填土之砂土液化的側向流動而造成側向土壓力的增加、及基礎下方砂土液化而引致承載力的下降，皆會造成擋土構造物之傾斜、位移、沉陷甚至倒塌的受災情形。流潰（又稱流動破壞，flow failure）相較於側向擴展而言，流潰一般發生在坡度超過3°之飽和疏鬆砂土層的邊坡，其範圍小者數公尺、大者可達數公里遠。地下埋設構造物上浮及相關破壞地震時土壤發生液化，砂土粒子間之超額孔隙水壓急驟上升至初始有效圍壓，乃迫使呈懸浮狀之地下水頂衝至埋設於地下之（相對較輕的）構造物，如地板、管線、人孔、水箱、油槽之屬，並將其浮托抬升至地面上而造成破壞。

結構安全-容易發生土壤液化之地點


		舊沖積河道區域。河岸兩旁之沖積平原。海岸地帶與港灣碼頭後線區之沉積砂土層或水力回填新生地。溝渠周邊。池塘、湖泊周邊。

結構安全-發生液化之必要條件


		土壤為疏鬆之砂或粉土。土壤為飽和狀態。強震或烈震。地震延時夠長（921集集大地震各地延時大多長達30秒以上）。

結構安全-土壤液化原因

由許多細砂粉土顆粒所組成之土壤，在地下水位較高的情況下，顆粒之間的孔隙常充滿著水份，由於受到地震力之往復激烈搖動後，使土壤顆粒間之孔隙愈趨於緊密，進而擠壓孔隙間之水份，造成孔隙水壓力增高，促使細砂粉土與水相互混合為泥漿般之液體。

地震時土壤已由原先近似固態的受力變形行為，轉變為類似液體的狀態（亦即土壤的強度已幾近喪失，而變成為具有流動性之物質），此一狀態通常可持續數秒到數分鐘之久。當液化現象發生之時，土壤的承載力會在瞬間驟降至零，而使得土壤上方原承載之構造物因失去支撐而沉陷、或傾斜、或倒塌；另外，也有因土壤液化時，過高之孔隙水壓力將埋設於土壤中之相對較輕的地板、管線、人孔、水箱、油槽等浮托抬升至地面上，而造成破壞。