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建築結構行為簡介,蔡得時 博士通訊地址：(116)臺北市興隆路三段56號 中國科技大學建築系所電話：02-29313416分機2409或0932-236581傳真：02-22329294E-mail：中華民國98年11月26日,內政部建築研究所 921集集大地震建築物震害 調查初步報告 施工品質不佳部份1、未按圖施工，柱之主筋搭接長度不足，搭接位置應位於樓層中間，且搭接高程應錯開，避免造成鋼筋握裹力不足。2、梁柱端部彎矩較大，規範中規定箍筋彎鉤需達135度，柱之箍筋間 距太大，平均約在2030cm左右，梁柱接頭區亦多數未配箍筋。3、鋼筋之混凝土保護層厚度不足，握裹不良，造成鋼筋銹蝕。4、柱之保護層過厚，使柱核心面積減少，承載力與韌性嚴重折減。5、混凝土澆置前未清除模內之雜物，混凝土強度不足。6、樓梯沒有以鋼筋或小梁與牆壁連接。7、裝飾材誤用軟底工法黏貼，未用釘鉤在混凝土上，致整片脫落。8、擋土牆系統與主結構體(柱)間未保持距離導致龜裂。,蔡得時集集地震建築施工材料損壞原因探討(1/2)1、抗壓強度不足 鑽心取樣，強度只有1/2-1/3 現場依例定配比拌和 拌和水量未作控制(加水，水灰比增加)2、粒料級配不佳 使用卵石，標稱粒徑10公分 澆置搗實困難、形成蜂窩 柱底部混凝土鬆散及析離 規範規定，粗骨材標稱最大粒徑不得大於下列規定之最小值：(1)模板間最小寬 度之1/5。(2)混凝土版厚之1/3。(3)鋼筋最小淨間距之3/4。(4)泵送管內徑之1/4。3、混凝土內有雜物 模板木條、汽水瓶、檳榔盒、抹布及報紙團等 馬馬虎虎便宜行事4、摻料使用不當 混凝土顏色不均 含泥量過高 添加過量的飛灰或爐石,蔡得時集集地震建築施工材料損壞原因探討(2/2)5、穿孔或埋設管線 直徑達7.5公分落水管，甚或剪斷鋼筋，斷面積減少，承載力折減，握裹力 減少。建技規則第360條(埋管)對於柱內埋管及其配件所佔面積不得有超過 柱斷面積百分之四及內徑不得大於5公分之規定。6、混凝土與鋼筋間之握裹力不佳 鋼筋表面相當潔淨。7、保護層不正確8、未按圖施工、位置不正確、配筋支數不夠、尺寸不足9、箍筋配置不正確、未回彎135、間距太大，甚或梁/柱接頭無箍筋。10、鋼筋比太大、鋼筋排列過密、握裹力無法發揮11、搭接不當、搭接位置在同一斷面未錯開、搭接長度不足、不牢。12、樓梯與牆無固定13、鋼筋材質問題 目前市售鋼筋有水淬鋼筋(熱處理鋼筋)及熱軋加釩鋼筋，前者成本較便宜，使用率約佔70%以上，但缺點為延展性較差，易銹蝕，此次受震害建築 物內鋼筋之斷裂處無伸長及斷面縮減現象，疑為使用水淬鋼筋所產生之 脆性破壞。,24/4/21，新竹縣關刀山地震 M=7.1，3,276人喪生39/8/15，中國西藏地震 M=8.6，1,526人喪生65/7/28(凌晨3點42分)，中國河北唐山地震 M=7.8，損失50億人民幣，約25萬人喪生(7,200家庭全家死亡)組合家庭83/1/7，美國加州北嶺地震 M=6.8，72人喪生，損失470億美元84/1/17，日本關西阪神地震 M=7.2，6,500人喪生，損失1,000 億美元,86/10/27-28 營建署震災後建築物緊急鑑定評估人員種子教師訓練130人87/7/17，瑞里地震 M=6.288/4/22起 震災後建築物緊急鑑定評估人員約訓練1,800人(參與集集地震震災後評估人員約4,200 人次),88/8/17，土耳其地震 M=7.4，喪生15,000人88/9/21(凌晨1點47分)，集集地震 M=7.3，2,333人喪生，房屋全毀約13,000棟，損失約92億美元97/5/12(2點28分)，中國四川汶川縣(距成都90餘公里)地震 M=8.0，喪生近70,000人，房屋全毀680 餘萬棟 M7，可稱為大地震,地 震 規 模,規模（Magnitude）是用以描述地震大小的尺度，係依其所釋放的能量而定，以一無單位的實數表示。規模係指地震本身的大小，和釋放能量的多寡有關，以沒有單位的實數如：6.5來表示。每個地震只有一個規模值。目前世界所通用的地震規模為芮氏規模（ML），乃美國地震學家芮氏於一九三五年所創。其計算公式為：MLlogAlogA0地震之大小若以規模區分，則規模小於3者稱微小地震，等於或大於3而小於5者稱小地震，等於或大於5而小於7者稱中地震，等於或大於7者稱大地震。,震度係指地震發生時，各地不同的搖晃程度，以整數值如：5級來表示。通常，距離震央越遠，震度越小。震度（intensity），是表示地震時地面上的人所感受到震動的激烈程度，或物體因受震動所遭受的破壞程度。現今地震儀器已能詳細描述地震的加速度，所以震度亦可由加速度值來劃分。震度級以正的整數表示之（見交通部中央氣象局地震震度分級表）。,地 震 震 度,震 源,震源（hypocenter）：地震錯動的起始點。,震 央,震央（epicenter）：震源在地表的投影點。,極淺地震、淺層地震、中層地震、深層地震,地震震源深度在030公里者稱為極淺地震在3170公里間者稱為淺層地震在71300公里間者稱為中層地震在301700公里之地震為深層地震,過去發生之地震其規模（）與次數分布情形如何,M大於9之地震，為最大級之地震，自有地震觀測以來全世界共發生過三次。M8至9.9之地震，為第一級大地震，如震央在陸上會造成大災害，如震央在海底會引起大海嘯，而且主震後有很多餘震，自1900年以來，全世界大約每年平均發生一次。M7至7.9之地震為相常大的地震，如震央在陸上會造成大災害，如震央在海底會引起大海嘯，自1900年以來，全世界大約每年發生十八次。M6至6.9之地震，如震央在陸上會造成災害，世界上任何主要地震觀測站均可測得其地震波，自1900年以來，每年大約發生一百二十次。M5至5.9之地震，有感區域相當大，震央附近會造成災害，自1900年以來，每年約八百次。,M4至4.9之地震，通常不發生災害，我們通常感到者都是M4以上之地震，自1900年以來，每年約六千二百次。M3至3.9之地震，在震央附近人體可以感到，自1900年以來，每年約四萬九千次。M2至2.9之地震，人體不能感到，震央附近之觀測站可測得此地震，自1900年以來，每天約一千次。M1至1.9之地震，用高倍率地震儀才可以觀測到其地震波，自1900年以來，每天約八千次。M1以下之地震，設在適當地點之超高倍率地震儀才可以觀測到此地震。以上所述僅適用於淺震源之地震。,台灣地區一般建築物耐震標準的分區情形,民國八十八年九月二十一日集集大地震後，內政部營建署依最新強地動資料於民國八十八年十二月修正台灣地區建築技術規則耐震設計(內政部台八八內營自第八八七八四七三號文)，依震區水平加速度係數劃分為地震甲區及地震乙區，其對應之加速度係數分別為0.33及0.23。各震區包括之直轄市、縣(市)及鄉(鎮、市)如下所列：,地震甲區：宜蘭縣、新竹市、新竹縣、苗栗縣、台中市、台中縣、彰化縣、南投縣、雲林縣、嘉義市、嘉義縣、台南市、台南縣、花蓮縣、台東縣。高雄縣旗山鎮、三民鄉、六龜鄉、內門鄉、甲仙鄉、杉林鄉、美濃鄉、桃源鄉、茂林鄉。屏東縣恆春鎮、九如鄉、內埔鄉、里港鄉、車城鄉、牡丹鄉、長治鄉、來義鄉、泰武鄉、高樹鄉、春日鄉、獅子鄉、瑪家鄉、萬巒鄉、滿洲鄉、霧台鄉、鹽埔鄉、麟洛鄉、三地門鄉。,地震乙區：基隆市、台北市、台北縣、桃園縣、高雄市、澎湖縣。高雄縣鳳山市、岡山鎮、大社鄉、大寮鄉、大樹鄉、仁武鄉、田寮鄉、永安鄉、阿蓮鄉、林園鄉、梓官鄉、鳥松鄉、茄萣鄉、路竹鄉、湖內鄉、燕巢鄉、橋頭鄉、彌陀鄉。屏東縣屏東市、東港鎮、竹田鄉、林邊鄉、佳冬鄉、枋山鄉、枋寮鄉、南州鄉、崁頂鄉、琉球鄉、新埤鄉、新園鄉、萬丹鄉、潮州鄉。金門與馬祖不屬上述任一震區。但其水平加速度係數可取地震乙區。,建築物設計精神及目標-安全及經濟效益小震無礙（輕震無傷）中震不壞（中震可修）大震不倒（強震不倒）耐震 減震 隔震,內政部 函 受文者：中華民國土木技師公會全國聯合會速別:最速件密等及解密條件:普通發文日期:中華民國九十一年四月十五日發文字號:內授營建管字第O九一OO八二九O九號附件:主旨:為確保O三三一地震中之施工中建築物公共安全乙案，請依 說明二規定查照辦理見復。說明:一、依據災害防救法第三條及第二十七條規定辦理。二、對於本次震度達四級以上地區之施工中建築物，於地震前七 日有澆置混凝土行為者，請責成該工程起、承、監造人，針 對該樓層結構安全委託公會勘估，並應將勘估成果報該管主 管建築機關備查後始可復工，以確保公共安全。正本:台北市政府工務局、台北縣政府、桃園縣政府、苗栗縣政府、新竹縣政府、台中縣政府、南投縣政府、雲林縣政府、嘉義市政府、彰化縣政府、宜蘭縣政府、花蓮縣政府副本:行政院災害防救委員會、中華民國建築師公會全國聯合會、中華民國土木技師公會全國聯合會、中華民國 結構工程技師公會全國聯合會、台灣區營造工程工業同業公會、本部營建署建築管理組(二份)部長 余政憲 依權責劃分規定授權業務主管決行,交通部中央氣象局地震震度分級表(八十九年八月一日公告修訂),災害防救法(890719公布),風災、震災、重大火災、爆炸災害-內政部水災、旱災、氣體與油料管線、輸電線路災害-經濟部 寒害、土石流災害-行政院農業委員會 空難、海難及陸上交通事故-交通部 毒性化學物質災害-行政院環境保護署,建築物耐震評估程序,1.災害後危險建築物緊急評估。2.鋼筋混凝土造建築物耐震能力初步評估。3.建築物耐震能力詳細評估。,鋼筋混凝土造建築物耐震能力初步評估表 項次1:設計年度(4分)項次2:地盤種類(5分)項次3:工址震區加速度係數(5分)項次4:地下室面積比(4分)項次5:基礎型式(4分)項次6:基地土壤承載力(4分)項次7:梁之跨深比(6分)項次8:柱之高深比(6分)項次9:牆量指標(8分)項次10:短柱嚴重性(8分)項次11:短梁嚴重性(6分)項次12:軟弱層顯著性(8分)項次13:平面對稱性(5分)項次14:立面對稱性(4分)項次15:建築物之高寬或長寬比(4分)項次16:現況檢視、裂縫銹蝕滲水等程度(8分)項次17:構造變更程度(3分)項次18:垂直增設程度(5分)項次19:屋齡，yr(年)(3分)額外增分項次1:液化潛能額外增分項次2:近活斷層距離額外加分項次3:工程品質有疑慮者額外加分項次4:曾經受災害，如水災、火災、震災、人為破壞等額外加分項次5:使用用途由低強度改為高強度使用者 額外減分項次1:經適當補強者額外減分項次2:使用用途由高強度改為低強度使用者 評估結果:確有疑慮(D60)應有疑慮(30D60)尚無疑慮(D30),結構之定義,1.凡物體能承受其他物體所施加之力，且將之傳達於另一物體者，皆可稱為結構，大如房屋、橋梁、水壩，小如一磚一石等。2.工程結構通常係指某種結構物或營建物，與土建工程有關者計有橋梁、房屋建築、水壩、擋土牆及隧道等。3.建築結構係由一個或數個基本元件經適當組合而成，且在受加載或解載時仍能保持穩固和平衡而不致產生顯著的變形與破壞。,結構所承受之載重,結構所受之力可分為外力及內力兩大類。外力是指外作用於結構上之力，包括結構所支承之載重及支承結構維持其平衡之反力。內力是在結構內部因外力等作用而發生之應力。如軸力壓力及張力(拉力)、剪力及彎矩等。內力外力,壓應力、張應力,構材單位面積所承受之壓力或張力。剪應力與構材材軸成90度之單位面積剪斷作用力。彎矩(彎曲力矩)使構材產生彎曲作用時，斷面某一點上作用之一對平衡力矩。,一般作用於結構物上之載重有以下數大類：(1)靜載重：靜載重為結構物本身各部份之重量及固定於結構物上各物體之重量，如牆壁、梁、柱、樓版及屋頂等自重，但可移動的隔墻不作為靜載重。(2)活載重：垂直載重中不屬於靜載重者，均為活載重，活載重包括建築物室內人員、傢俱、設備、貯藏物品、活動隔間等。工廠建築應包括機器設備及堆置材料等。倉庫建築應包括貯藏物品、搬運車輛及吊裝設備等。積雪地區應包括雪載重。(3)衝擊載重：此種載重通常與移動載重有關，於結構設計時，若將活載重視為逐漸加上的靜載重處理，則衝擊載重可視為活載重的一種增加載重。(4)其他載重：如風力載重，地震力，或因結構物產生沉陷及溫度變化所產生之載重均屬之。,建築物活載重,建築技術規則建築構造編第17條規定建築物構造之活載重，因樓地版之用途而不同，不得下表規定 樓地版用途類別 載重（KgM2）一、住宅、旅館客房、病房。200二、教室。250三、辦公室、商店、餐廳、圖書閱覽室、醫院手術室及 固定座位之集會堂、電影院、戲院、歌廳與演藝場等。300四、博物館、健身房、保齡球館、太平間、市場及無固定座位 之集會堂、電影院、戲院歌廳與演藝場等。400五、百貨商場、拍賣商場、舞廳、夜總會、運動場及看臺、操練場、工作場、車庫、臨街看臺、太平樓梯與公共走廊。500六、倉庫、書庫 600七、走廊、樓梯之活載重應與室載重相同，但供公眾使用人數眾 多者如教室、集會堂等之公共走廊、樓梯不得少於400 KgM2。八、屋頂露臺之活載重得較室載重每平方公尺減少50公斤，但供公眾 使用人數眾多者，每平方公尺不得少於300公斤。,韌性,材料承受外力作用至破壞可以抵抗較大之變形能力。脆性材料承受外力在不發生變形或極小變形即破壞之性質。,鋼筋混凝土建築物材料特性 握裹力發揮 線性膨脹係數接近 混凝土鹼性環境保護鋼筋,鋼筋混凝土結構系統載重 版 梁 柱 基礎Load S G,B C F,鋼筋比,鋼筋混凝土斷面內主筋斷面積與混凝土斷面積之比率，以(%)表示。平衡鋼筋比(b),韌性對鋼筋混凝土結構的重要性,脆性破壞韌性破壞 0.75b(1)可確保鋼筋發揮韌性效果(2)可防範非預期性之載重(3)提供破壞之預警作用(4)可折減動力載重(5)有利於塑性鉸的形成,安全因數,安全規定之目的在於限制結構物失敗之或然率並提供較經濟之設計，當然，若不考慮經濟性，則甚易設計一失敗或然率為零的結構物。(1)結構物失敗後對生命財產造成的嚴重性。(2)技術及監督的可靠性。(3)超載的預估及其大小。(4)桿件對結構物之重要性。(5)結構破壞前得到預警的可能性。,安全因數之功能(1)容許超載的作用(2)容許結構分析時，對結構作適當之簡化(3)容許材料品質有部分瑕疵(4)容許構材尺寸因施工造成之誤差,鋼筋混凝土建築物缺點 自重較大 品質不易控制 施工繁複費時 模板費用大 修改拆除困難,鋼筋混凝土建築物設計/施工規範 建築技術規則 結構混凝土設計規範 結構混凝土施工規範 美國混凝土學會規範(ACI Code),混凝土抗壓強度fc以15公分直徑x30公分高度圓柱試體28天 抗壓強度表示15cmx30cmH fc=210kg/cm2(3,000psi，3,000lb/in2)最常用,鋼筋抗張強度fy 中 級 鋼 fy=2,800kg/cm2 高張力鋼 fy 4,200kg/cm2鋼筋製造方法 熱軋鋼筋 熱處理鋼筋(水淬鋼筋),鋼筋配置表示方法 梁、柱 4-#7(以根數表示)牆、版#320cm(以間距表示),鋼筋尺寸號數#3、#4、#5、#6、#7、#8、#9、#10、#11、#14、#18#N號數係表示此鋼筋標稱直徑對 1/8in之倍數，即標稱直徑=N/8in,竹節鋼筋之標示代號、單位質量、標稱尺表(1/2),竹節鋼筋之標示代號、單位質量、標稱尺表(2/2),建築物構造種類土确厝(竹泥造)鐵皮屋磚石造木造加強磚造鋼筋混凝土造鋼骨鋼筋混凝土造鋼構造,磚石造,以磚石為主要材料之砌疊構造方式。加強磚造利用鋼筋補強之磚石造。加強磚造之磚牆。其加強梁與加強柱。應在牆壁砌造完全之後。再行澆置混凝土，使加強樑及柱能與磚牆連成一體。(建築技術規則建築構造編第165條),鋼筋混凝土造,主體結構採用鋼筋混凝土之構造方式。鋼構造主要構造採用鋼構材組成之構造物。,內政部建築研究所統計921集集地震建築物破壞現象結果顯示,(1)年代越久遠倒塌越多。(2)低層樓房屋倒塌較多。(3)鋼筋混凝土構造倒塌佔大多數。(4)建築物平面形狀以長條形倒塌佔大多數。(5)建築物立面形狀以有騎樓者損壞佔大多數。唯需注意者，該統計並未以總數量之百分比計量，因此較容易為大家所誤導。,建築結構系統常見之缺點,(1)鄰房棟距太近或相鄰建築之勁度不一(2)軟弱一樓(4)建築物不對稱(5)室外樓梯(6)騎樓,構材佈置常見之缺點,(1)柱的強軸、弱軸佈置-柱強軸應該安排在建築物弱向，俾彌補結構系統弱向的耐震能力。(2)柱位置安排 1、結構柱未位於大梁與大梁交點之下方。2、大梁與大梁交點下無柱。3、柱與柱間無梁。4、同一排柱子並未位於同一直線上。(3)梁位置安排 1、相鄰樓層的梁不在同一斷面。2、大梁與大梁不在同一直線上。(4)梁跨度 1、某些梁之跨度較大需注意扭力設計 2、大梁與大梁交點下方無柱，則此區域之梁與柱產生較大內力。,報告完畢敬請指導,