二、 建築震害之型態與修補

(一)建築震害之類別與型態

地震害造成建築破壞之類別大致可分為二大類:建築結構之破壞、建築基礎之破壞。

每一類別之破壞又可能因不同的原因而造成不同型態之破壞,詳細分別如下表所示。


震害之類別 破壞之型態
建築結構之破壞

1.柱端的脆性破壞

2.短柱效應之剪力破壞

3.剪穿破壞

4.整層樓之破壞

5.頂層靜物之固定支撐不良

6.不當之結構系統配置

7.鄰屋互撞破壞

8.先前地震遺留之損害

9.柱軸力與側移互制效應

10.附屬物及非結構體之破壞

11.結構元件事先受到人為破壞

12.結構材料強度不足或材料老化

13.結構型式抗震性不良

建築基礎之破壞

1.山坡地之破壞

2.基礎沉陷及土壤液化之破壞

3.斷層錯動之破壞


(二)建築物震害之修復與補強

以下分別就建築受震害所造成破壞型態之可能原因,並個別就其可行之修復與補強方案,配合簡圖或照片來說明,下列所述破壞因素及補強例係以一般常見之情形為例,實際個案之破壞與補強皆需經工程人員分析後執行。

─建築結構之破壞

1.柱端的脆性破壞 :

鋼筋混凝土柱於其上下端承受到的彎矩最大,所以需要足量的箍筋以箍緊主筋及混凝土,若該處箍筋太少或間距過大,無法達到箍緊主筋及混凝土的功能,可能造成柱端的脆性破壞。若同一層樓有不少此類似狀況時,可能使建物於該樓榻崩之,這類倒塌可能發生在任何一層樓,如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

柱圍封鋼板補強工法

1.敲除鋼筋混凝土柱粉刷層及鬆動之混凝土

2.安裝組立圍封鋼板(焊接密封)

3.鋼板與混凝土介面灌注環氧脂或不乾縮水泥沙漿

4.鋼板表面防袕B理

 

 


2.短柱效應之剪力破壞:

在同一層樓中柱原先以樓房淨高設計,然在施工後卻因窗台與柱相連接而使有效柱長減短,引致柱剪力超過該柱所能承擔之能力而於柱中高部位呈斜角開裂,使柱失去其功能,此效應稱為短柱效應,其破壞情形如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

解除柱束縛補強工法

(如下圖所示)

針對與柱相連結之牆面,將其連結部分挖除,產生新增之切縫,以解除柱之束縛,使其受震行為符合原設計要求,新增之切縫可以可壓縮之防水建材填充之。

 


3.剪穿破壞:

樓版或梁因地震引致超過其承載能力之剪力,使版於(尤以平版)柱冠四週或梁端造成剪穿破壞。可使樓層之橫膈剪力傳遞作用喪失,而使結構主體不穩定。亦可使支柱之有效長度增長而減弱柱之承擔能力,甚致造成其他如作用於柱子上之軸力與側移互制效應及挫屈情況而致主體結構不穩定或崩塌,如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

梁擴大斷面補強工法

(如右圖所示)

1.敲除原RC 柱之粉刷層及鬆動部分保護層2.依需要位置鑽孔並配置鋼筋
3.封模(若採噴砂漿或噴凝土則不需封模)4.砂漿或混凝土施工(澆置或噴漿)
5.養生

板加設鋼小梁補強工法

(如下圖所示)

1.敲除鋼筋混凝土樓板粉刷層及鬆動混凝土2.樓板及邊梁鑽孔以埋設螺栓
3.鋼小梁及兩端固定鋼板架設
4.螺栓鎖定及焊接施工
5.鋼小梁與混凝土介面間灌注環氧樹脂
6.鋼小梁表面防袕B理








4.整層樓之破壞:

於建物樓層堆置超重的物品或因裝潢隔間改變結構原有型態,即建物強度改變或堆置超過原設計荷重的貨品,於地震發生時,該樓層將有較低的整體強度或引致較大地震力,而造成結構單元必須承受更多應力,一旦構件所受之應力超過其能力,則可能引致構件破裂,導致該樓層不穩而崩塌,如右圖所示(日本阪神震害1995)

修復補強例:

此種破壞由於樓層放置不適當重物或任意裝潢隔間而改變結構系統之故,由於震害嚴重而不易修復補強,故切勿任意放置重物或任意改變結構型態。

 

 

5.頂層靜物之固定支撐不良:

地震時結構反應使頂層承受較大加速度,而使頂層承受較大地震力。若於頂層堆置超重的物品、裝飾或園景,且未做適當之固定支撐,常易造成頂樓附屬物倒塌或墜落地面,如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

此種破壞由於建物頂層承受較大地震力,且其附屬物未做適當之固定支撐之故,建議勿於頂層任意放置過重物品。

 


6.不當之結構系統配置:

大樓底層常須有較高或較多之開口,其牆體或結構體佈置若為非對稱,地震來臨時,可能產生較大的扭轉而使位於角落的結構體承受較大的地震力。當牆體之佈置以二樓以上為主,而於底樓卻急遽減少,成為弱勁度的底樓,強勁度的上層樓。如此,則破壞易集中於底樓,導致柱斷裂,甚至底樓發生崩塌;當磚牆未砌得牢固、或加勁不良、或錨著不良,則易使磚牆破壞或崩塌,而使結構喪失其對稱性,引致額外扭矩,加大主構造破毀之可能性,如右圖所示(日本阪神震害 1995)

修復補強例:

加設翼牆補強工法

決定增設鋼筋混凝土翼牆的樓層位置及尺寸之後,若原有磚牆存在時,必須先行敲除。然後將與剪力牆相接梁柱部分的粉刷層移除乾淨後,依所需之鋼筋量植筋,待鋼筋及模板組立完成後灌漿即可,如右圖所示。

加設中間柱補強工法

經分析確定欲加設中間柱的位置與尺寸,若有磚牆存在,則必須先將之敲除。將原有大梁粉刷層去除之後,先將柱位上的鋼筋以植筋方式固定在大梁上;待鋼筋組立完成後,再灌漿澆置即可,如右圖所示。

 



 

7.鄰屋互撞破壞:

相鄰房屋間隔不足,於強烈地震時很可能由於兩幢房屋之振動週期不同,使得搖擺無法同步而發生相撞。此時較高的建物於較低建物頂之撞碰部位受額外衝擊而發生破壞。嚴重時較高建物亦可能被撞斷支柱,導致中間層塌壞,甚至該樓層以上整體崩塌,如右圖所示(日本阪神震害1995)。

修復補強例:

當相鄰建物改建、增建、新建時,應注意兩建物之間的距離是否足夠。

 

8.先前地震遺留之損害:

先前地震所造成之結構損壞,若未經修補或修補不當,則當強烈地震再次發生時,原損壞處極易擴大其程度,而致使房屋塌壞,如右圖所示(日本阪神震害 1995)

修復補強例:

地震後,應對建物進行嚴密且徹底的檢查,並針對不同的破壞模式實施相對應的補強修復,嚴重者必須拆掉。

 

9.柱軸力與側移互制效應:

因軸力與側移引致之額外彎矩,會增加柱端的負擔,嚴重者使之挫屈或斷裂,最後導致整層崩塌,如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

柱擴大斷面主筋貫穿直通補強工法

(如下圖所示)

1.敲除鋼筋混凝土柱粉刷層及鬆動混凝土

2.鋼筋混凝土柱上層及柱下層樓板鑽孔或打除

3.配置補強主筋及箍筋

4.封模澆灌混凝土

5.拆模養護

 


10.附屬物及非結構體之破壞:

附屬物如水箱、電視、電梯機房及非結構體如帷幕牆、室內隔間牆及樓梯等,由於地震引致過大的側移而使之破壞;此等物體之破壞,尤其是樓梯之斷裂以及隔間牆的崩塌,均可能造成生命的傷害,如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

加設輕隔間牆補強工法

附屬物須確實固定之。而隔間牆可利用輕質鋼材牆,確定欲增加輕隔間牆之位置及樓層之後,若原有磚牆存在時,必須將磚牆先行敲除。然後將原有梁柱部分與輕隔間牆相接,如右圖所示。

 





11.結構元件事先受到人為破壞:

結構元件遭受到一些非結構單元之配設方便而導致局部破壞。例如,排水管埋入柱中,減少柱有效橫斷面,管壁若有破裂,則造成水分經年累月侵蝕柱中混凝土及鋼筋;另外又如為設置空氣調節之風管常穿過大梁端部,致使大梁抗彎及抗剪能力顯著地降低;又如為埋設電源線或電訊線,而使樓板有效深度減小,發生龜裂現象。如此為求非結構單元配設之便,而傷害結構單元之完整性,削弱建物抗震之能力。強烈地震來襲時,易由該結構單元先行發生破壞,嚴重時也可能使建物失去穩定而倒塌,如右圖所示(嘉義瑞里震害1998)。

修復補強例:

可針對結構構件損壞之部位:梁、柱或樓板,

分別採用前述3 、9 項所建議之修補方法。

 

 

12.結構材料強度不足或材料老化:

混凝土、鋼筋或鋼骨若強度不足或施工時偷工減料;或年久失修或環境使然而老化而失去強度。很可能因而造成上述1-11 項之情況,而致使建物破壞或倒塌,如右圖所示(日本阪神震害1995)

修復補強例:

可針對結構桿件損壞之部位:梁、柱或樓板,分別採用前述3 、9 項所建議之修補方法。

 

 

13.結構型式抗震性不良:

一般中小學舊式建築結構的形式,就其短方向而言,通常為單跨度的結構形式,而其二樓以上的走廊則為懸臂式突出於主體結構之外。一旦發生地震,此種結構形式在長方向亦造成如2 項所述之短柱破壞效應,在短方向則將很難抵抗由地震所引致之剪力,進而造成建築物之崩塌,造成重大傷亡,如右圖所示。

 

修復與補強例:

增加構架補強工法針對建物的短方向,就其原有懸臂突出部分,加設支撐的柱,並改善該增建柱下之基礎,使結構形式由單跨度調整為兩跨度,大幅提高建築物在短方向的抗剪能力,如右圖所示。

 

 

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