老屋翻新,建築的事前規畫很重要(上)

發布日期2021/04/14 作者戴雲發

此大樓的3樓因牆量和上下層差異過多,承受不住地震的震力,因此塌陷下來。
一個好的房屋結構設計,該具備什麼條件?

身處地震帶的台灣,地震發生頻率、活動斷層數量、以及週期等幾項因素綜合而言,幾乎每30至50年左右就有可能發生一次造成重大傷亡的大地震,好的房屋結構設計應該是發生小型地震時,房屋不致四處龜裂漏水;中大型地震來時,房屋仍是安全無虞;在超過法規設計地震力的最大災難來臨時,至少能讓人們有足夠時間逃離現場,以達保障生命安全的第一要務。建築的安全,結構規畫設計及施工兩者都很重要!

長期推動建築結構安全的戴雲發,歸納出921大地震造成建築倒塌的6大結構設計問題、8大結構施工問題,作為日後建築界大家在從事建築結構設計與建造施工時的警惕,並建議民眾在進行危險老舊房屋翻新時,可在建築規畫設計時,就避開這些有疑慮的規畫,讓翻新的房屋在建築安全上真正獲得保障。


一、6大設計問題

1、結構平面不規則
規則性建築的平面形狀可為方形、矩形或圓形。一棟方形或矩形的建築若僅具有輕微的凸角時,仍可視為大致規則的建築結構系統,但若凸角的尺寸過長、過大時,則應視為建築結構平面不規則。

這類建築當遇到地震時,建築會改變房屋各個柱子所受的側力分布,導致房屋扭轉在轉角處形成集中應力造成破壞,因此我們將這類建築歸類為結構平面不規則的較危險建築。結構平面不規則不代表一定不安全,只是相較規則建築來得更容易在地震晃動中受到破壞。

2、結構立面不規則
在921地震損毀的房屋中,房屋結構配置不良的不規則性結構,亦是致使房屋結構發生破壞的主要原因。如房屋某樓層的重量與其上下相鄰的樓層有明顯的差異時、房屋結構在某些樓層有過大的退縮,或房屋結構在兩棟中間有低樓層的群樓,將兩棟連結在一起等房屋結構屬立面不規則建築;在地震來襲時,各層樓震動後所導致的樓層側向力,會與平常靜止狀況有明顯的差異,因此更須以特別的動態分析進行規畫設計,以確保建物結構安全。

3、柱子太少
柱子是房屋中最重要的抗震結構體,在「遇到強震時,即使損毀,也不應立即崩塌」,這是房屋結構設計的最高指導原則。

也就是說,就算遇到強震,也要儘可能做到柱子絕對不能崩塌,或至少延緩崩塌的時間,讓住在房屋裡面的人有足夠的時間逃生。

4、軟弱層問題

A、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,一樓的柱子承受最大的壓力,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崩塌。

B、弱層:房屋若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。在房屋結構規畫設計時,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。

弱層立面示意圖。


5、短柱效應
有些房屋為了採光關係,而在柱子兩側開窗,柱子下端則有窗台與柱連結一起,柱子上端則僅有窗框頂著,窗框的強度遠低於窗台,無形的柱子長度就像變短了,承載剪力範圍縮小,與原規畫設計分析範圍不同,形成短柱效應。當地震來時,柱子和窗台間就容易產生剪力破壞,並出現X字型裂縫。

6、短樑效應
房屋因為樑的跨度太短或在樑的下方局部設置牆,下方有牆的樑強度提高;相反的,沒有設置牆的位置如門上的樑,則會因為地震發生時,力量集中在短樑上,造成樑的破壞,形成短樑效應。
(下篇-八大施工問題)

戴雲發Profile

Alfa Safe建築系統 創辦人
社團法人建築安全履歷協會 創會理事長
社團法人中華民國建築經營協會 理事長
中華民國消費者文教基金會房屋委員會 召集人
「國家卓越建設獎」評審委員會 施工品質類評審委員