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土耳其強震/難抵地震側向力 「鬆餅式倒塌」阻救援致重傷亡【圖解】

(圖/美聯社)
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土耳其強震造成數千棟房屋應聲倒塌,許多建築物垂直向下堆疊呈「鬆餅式倒塌」 (Pancake Collapse),第一時間就造成嚴重死傷,也加深了救援難度。地震如何造成房屋毀損?為什麼這些建築會瞬間全毀於層層堆疊?

2月6日凌晨4時17分,土耳其及敘利亞邊境發生規模7.8強震,災區建物倒塌一片。大樓瞬間夷為平地,層層堆疊的鬆餅式倒塌,受困者沒有機會逃生,是造成死傷嚴重的原因之一。

鬆餅式倒塌原理:接頭受損,樑柱失效

地震波傳至地表時,P波與S波帶來上下與左右兩種方向的搖晃,而造成地表水平震動的「側向力」,對建築的破壞性更高,十分考驗耐震設計。

台大土木系教授詹穎雯指出,在建築結構中,樓板接樓板、樓板接樑柱的「接頭」,就是地震側向力首當其衝的關鍵之處。接頭在結構中扮演傳遞力量的角色,當樑柱與樓板間的接頭受損,樓板層層向下崩塌,就會導致鬆餅式堆疊坍塌的結果。

(設計/曾芯敏)

「當接頭完全被破壞,樑柱失效,人員是完全沒有機會逃生,生還只能靠奇蹟。」台大土木系教授詹穎雯進一步解釋,特別是垂直樑柱和水平樓板的接頭,特別容易被側向力破壞。

(圖/美聯社)

磚造屋難抵側向力 RC建築抗震設計需因地制宜 

這場百年大震已造成逾6500棟建築物倒塌,根據土耳其哈西德配大學(Hacettepe University)、中東科技大學(Midde East Technical University)等多名學者在2021年發表論文指出,震央所在地加濟安泰普省有37%房屋仍屬未加固的磚造建築,63%則為RC鋼筋混凝土建築。

許多開發中國家能取得的建材有限,仍有部分房屋使用磚塊搭配水泥建造。詹穎雯指出,這時水泥只有些微固定的功能,「從側邊去推,它就沒有辦法承受被分開的力量。」儘管這類房屋使用高強度磚塊建造,也只能支承垂直力,無法抵抗水平的側向力,不只容易因地震力量毀損,極端氣候威脅也可能造成損害。「光是蓋高一點,有風都會很危險。」

RC鋼筋混凝土建築使用的建材,雖然剛性更高,但詹穎雯指出,這並不代表RC建築一定能與安全劃上等號。即使建物採用鋼筋混凝土,若工程師及結構技師計算不夠完備,鋼筋之間連結的細節沒有經過精密計算,或是混凝土材料品質較差,就無法保證RC建築物一定安全。

(圖/美聯社)

結構技師必須根據該地區的潛在地震強度與耐震法規,精算RC建築每根樑柱及鋼筋的用量,因此每個國家的RC建築特色,也都有所不同。

詹穎雯舉新加坡為例,新加坡並未處在地震帶上,在設計RC建物時就相較不需要考慮地震影響,「如果去過新加坡,可以發現他們的建築比較輕巧,橋樑的樑柱也都比較細。」而有36條活動斷層的台灣,鋼筋排列就會較複雜,樑柱設計也會較粗。

「軟腳蝦建築」耐震度不均 建築裝修需留意 

從災情現場影片可見,土耳其不少建築一樓有挑高或騎樓設計,具有軟層建築(Soft-Story Structure)特徵。在建築結構上,如果某一層樓比起其他樓層明顯更為「軟弱」,地震帶來強大的摧毀能量,就會集中於該軟弱樓層。當一樓過度挑高,或改建拆除承重牆,都可能變成軟弱層。

詹穎雯說明,軟層建築就是俗稱的「軟腳蝦建築」,低樓層因強大外力作用塌陷但高樓層維持完整,整棟建築呈傾斜狀,921地震中倒塌的東星大樓就是一例;而若高樓層接頭也逐一被破壞,隨一樓軟層坍塌堆疊,就會造成鬆餅式倒塌的結果,在台灣並不常見。

位於台北市松山區八德路、虎林街口的東星大樓,在921強震中倒塌,共造成87人死亡。(圖/Ho.siminn

詹穎雯指出,若建物改建時隨意拆除承重牆,破壞房屋原先設計結構,容易導致一樓成為耐震度不足的軟弱層,921地震期間,許多軟腳蝦建築因此倒塌。「那時候台灣多數人對建築裝修比較沒有概念,一樓為了做生意,就會把牆拆掉。」

詹穎雯也提醒,儘管騎樓設計會使整棟結構呈高樓層突出、低樓層牆面內縮,使得一樓必定較軟弱,不過並非所有騎樓皆屬具風險的軟層建築,仍須視整體結構設計是否均勻,以及有無經過專業評估。僅3層樓的透天厝有騎樓並不見得會特別軟弱;但若是達56層以上的高樓,就需要注意有無通過耐震法規檢核。

此外,不僅隨意拆除牆面會影響結構,新增牆面也會造成其他樓層變得相較軟弱,房屋結構設計需要考量整體均勻,避免任何一層樓較強或較弱。詹穎雯表示,任何更動牆面會影響整體建築結構,現行《建築法》已嚴格規定,民眾進行室內裝修前,皆必須提出申請,並經由建築師核可作為把關程序,維護建築品質,也能增進公共安全。

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