【基督徒建築師教你怎麼看「結構」】人如大樓如何防震? 建築跟生命都需要的韌性設計

設計階段的梁柱受力分析案例。圖為馬祖衛理堂設計圖。(謝偉士建築師提供)
設計階段的梁柱受力分析案例。圖為馬祖衛理堂設計圖。(謝偉士建築師提供)


◎謝偉士(建築師、中華工程仲裁協會仲裁人)

地震對房子的影響,常專注在結構上,各式報導中談到了牆壁量不夠多、樑上被穿孔、補強鋼柱太細…等等缺失,是這些造成房屋倒塌的嗎?

「結構」就好像我們體內的骨骼,維持人體各部在固定位置的形式。例如一不小心小腿骨折,有再健壯的肌肉都無法發揮原有的強度,嚴重時甚至小腿形狀都無法維持。結構可以說是維持建築的核心框架,但鋼筋、水泥、砂石只是材料,需要透過有效的安排,組成抵抗外力的系統,加上牆壁門窗屋頂包覆,才成了遮風避雨的房子。如果屋頂破了也許漏水、窗戶壞了也許擋不了風,但結構如果壞了,房子立刻變形坍塌。

地震力超過結構規範怎麼辦
花蓮0206地震鑑定工作尚在進行中,對於倒塌建築物是否設計有疏失、營建過程或使用變更是否不當,斷層帶禁限建政策是否不足等,有很多猜測,各方說得鑿鑿有據。但人造物抵抗地震的能力終究有其極限,以花蓮這次地震震央傳遞到米崙斷層時的加速度,突然有陣大脈衝超過興建年代的結構設計規範,讓人反思當年的國家規範是否不足。

目前耐震規範依數據紀錄推算,只能按回歸期機率猜測,人類對大自然力量的認識非常有限,越探究就越發現我們在地球上能控制的少之又少。萬一地震力大到無法承受時,結構設計是讓損害的位置在預期的方式釋放能量,以爭取更多的逃生時間。如花蓮七星潭大橋來說,完工通車四年多,在這次地震過程中,橫向地震力超過負荷,橋墩外圍混凝土破壞,但鋼筋仍圍束核心柱墩,保住橋面不致崩落,這是結構設計發揮了預期功效,並非偷工減料。

七星潭橋墩結構發揮作用,保住橋面安全,並非偷工減料。(邱明昌建築師提供)

七星潭橋墩結構發揮作用,保住橋面安全,並非偷工減料。(邱明昌建築師提供)

最佳韌性結構
結構在預期中的破壞形式,可以說是「小震不壞、中震可修、大震不倒」的韌性設計原則。也就是在外力衝擊下結構可能會先變形,更嚴重可能局部破損,但還不至於全面崩解。其實人類沒有能力建造足以對抗地殼板塊運動的房子,就連核電廠、核爆避難所也有極限。早年房屋設計偏向硬碰硬的對抗地震,但營建科技日益進步,當代建築則是讓建築物具有韌性,以柔克剛,允許房子有一些的變形,或少部分破壞以釋放地震力,保全整棟房子的安全。

我們的生命也需要韌性設計,強化自己應付各樣的衝擊與挑戰,也許受衝擊的是我們的家庭、工作,甚至精神情緒,但如何在這些外來衝擊發生時,能夠敏銳察覺、能夠承受、抵抗,當抵抗不了必須放棄時候,還能保命逃生,重新再站起來。

房子也需要健檢
有些房子結構強度不足,是因為建材老化或施工不當,如海砂屋、外牆磁磚掉落,甚至有些結構經歷多次地震,強度已經破壞到了臨界點,岌岌可危。但會造成危險的不只有結構,建築物還包含非常多的安全設施,如逃生樓梯、窗台、扶手、避雷、消防設備等等細節,每一項疏失都足以致命,房屋跟人一樣需要定期健檢。

身體健康如果亮紅燈,我們會想辦法改善,但房屋健檢的推動卻成效不彰,即使政府以獎勵措施誘導民眾健檢,卻因為住戶擔心房價下跌、擔心違建遭查報,寧願隱瞞病因,伺機高價脫手。都市更新或危險老舊建物重建政策是近年營建署推動重點,但遇到釘子戶與獎勵大餅分配糾紛,海砂屋無法強拆等阻力,費盡社會成本卻頓足不前,因此「抗震」是全民共同的責任,是國民品格提升的挑戰。

找出隱藏的斷層帶
隱瞞房屋病因,只是單獨的建築物,但隱瞞斷層帶所帶來的風險更大。

每棟房子在地球上的條件都是獨一無二的,即使相同的地震力,也會因為土壤差異,對地上的房子產生不同的震動結果,這也就是為什麼每棟房子都必須量身訂做,單獨設計。如果房子站在軟弱的土層,我們還可以想辦法穩固基礎,克服地下支撐力不足的問題,但是房子若蓋在斷層帶,卻是讓自己暴露在地震力放大的風險裡。

斷層是大地科學陸續調查發現的岩石破裂面,斷層雖不會亂跑,卻持續會有新的斷裂面出現。地震不一定在斷層帶發生,但斷層是地殼能量釋放時相對的軟弱帶,最有可能造成房舍破壞的區域。如果發現了斷層帶卻因為經濟發展或私利而隱匿不公布,後續可能的災害將更為嚴重。

生命的鍛鍊也是如此,要穩固又具有足夠的韌性,在應付大大小小、四面八方的衝擊時,能禁得起打擊又能重新站立。每個人都是獨一無二,環境和條件完全不同,在建造生命時需要特別謹慎,與高風險的斷層帶保持距離,也正視自己生命中軟弱的區域,籌畫出可靠的因應策略。

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