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防震建築技術與土壤液化的挑戰

2017/5/4 / 買賣屋百科

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由於台灣特殊的地體構造環境，導致地震頻仍。地震災害又多肇因於建築物抗震能力不佳（或為建築老舊、偷工減料）。我們無法阻止地震發生，然而卻可仰賴眾人的力量，達到防災與減災之功效：研究勾勒出更精確的地震特性；制定出因地制宜的建築法規；由保險分散單一事件造成的社會衝擊。但願在每次地震的教訓中汲取經驗，在下一次地震發生前做更好的準備。

建物結構安全
同位於地震帶的日本，在1995年歷經阪神大地震釀6434死的慘劇後，從經驗中累積教訓，不斷提升建築物的結構標準。在2011年3月11日規模9的地震中，東京感受到劇烈搖晃，但摩天大樓都安然無恙，其中包括當時接近完工、高634公尺的晴空塔。日本建築的防震技術，值得台灣借鏡。

古老技術
日本處理地震已有數百年的經驗，有些古老技術的原則至今仍然適用。位於古都奈良的法隆寺，建於第七世紀。其中最有名的五重塔高約5樓，是目前全世界最古老的木造建築。塔樓的主梁只與頂層連結，與其他4隻較矮的梁柱完全沒有連結，讓五重塔在地震搖晃時，結構較具彈性，地震時造成的扭曲會平均分配到五個樓層，避免震波只集中在單一部位，造成斷裂。

建物要能承受地震，主要方式是對抗震動(制震)或隔離震動(隔震)，制震基本作法就是強化牆壁和支撐柱。最常見的做法就是用鋼骨包覆支撐柱。而 日本摩天大廈的建築，主要是靠油壓減震器達到吸震效果。油壓減震器外型有如圓形滾筒，內部裝滿了油。當強震來襲時，高樓大廈會像鐘擺一樣擺動，透過擺動來吸收震波。
目前一般耐震建築以「制震」佔比最多，九成以上訴求耐震建案多採「制震」技術。但須整棟建築物2/3以上的樓層都必須安裝制震器，才可稱為真正的制震建築。制震建築又可稱為減震建築，其實就是在原有的結構中，加裝制震壁或斜撐型的阻尼器，原理類似於汽車的避震器。當地震發生時，阻尼器可幫助主結構吸收地震力，減少搖晃幅度。由於施工較為簡易，幾乎九成以上訴求耐震的建案，都採制震結構。 

阻尼器由低樓層安裝
無論是制震還是隔震，都必須能夠消除25%以上的地震力，才算真正有效，以制震來說，其阻尼器必須安裝2/3以上的樓層，才能有效消除地震力。當地震來臨時，低樓層受到的地震力最大，因此阻尼器是由低樓層開始往上安裝。
制震器的配置，須採對稱，且安裝位置最好位於公共空間，方便檢修，制震器的周邊樑柱還要特別加強，避免制震器在削減地震力的過程中，使牆壁破裂。

隔震成本較制震高
最新的抗震概念是「隔離」震動，隔震又稱為免震，這意味著將建築物與土地隔離，做法包括在地基中埋入吸震橡膠、在基礎、地面層或二、三樓設置隔震層，整個建築物就像坐在隔震墊上，當地震來時，隔震器將地震時建築物的擺動，轉換為建築物對地面的橫向位移，可大幅度降低建築物的扭曲及彎曲，明顯降低搖擺程度。
這種方法通常應用在缺乏結構彈性的中低層建築物，透過這種方法，可以大幅減少高樓層的搖晃規模。
由於隔震建築是整棟建築物一起搖晃，在隔震層中，就要特別留意管線配置以及預留搖晃的棟距。其中，管線必須為軟管，在搖晃的過程中，才不會斷裂，電梯及隔震層都必須留有搖晃的棟距，否則無法隔震。整體來說，隔震建築的耐震度較制震建築佳，但成本及建築困難度，都比制震建築高上許多。 

土壤液化的挑戰
土壤液化的問題並非遲至台南大震時才發生，早在921大地震時就已經震出土壤液化的問題，惟礙於當時全台災情嚴重，主要焦點落在震垮的建築及救援進度，造成土壤液化被忽略。直到今年發生台南地震，土壤液化才被廣泛討論。而土壤液化問題浮現後，地質與建築間的相對對應即受到重視，而防災型都即是一條未來必然的選擇，浮式基礎或筏式基礎亦是可行且經濟的應對方法，是未來建築更新可採用的基礎型式。除土壤液化問題外，「房屋結構」更是居住安全的重要關鍵；對於老舊、耐震不足的建物，以房屋健檢補強或都更重建等方式處理才是治本的解決之道。也有學者建議建立建築安全履歷制度，讓房屋安全資訊透明化，亦更可保障交易安全與生命財產。

對抗土壤液化，美國採用浮式基礎與筏式基礎作為解決方式，這兩種基礎的原理是將建築物在面對液化時，可以漂浮在含水過多的沙土中，就像一艘船一樣浮在海面上，如此就能讓建築物對抗土壤液化。
對於另一種打基樁的方式作為土壤液化的解決方案，液化層約為地下20公尺的範圍中，基樁只要深度超過地下20工處直達岩盤，就能穩固建築而不會因為土質鬆軟而傾倒。
但是在日本的案例中發現，液化區發生地震時，地下20公尺的液化層造成土質流失，因此地底下有一大部分形成如中空狀態，加上地震搖晃產生的拉力，基樁因此發生斷裂。所以就土壤液化的問題來看，將浮式基礎與筏式基礎作為首選，基樁則作為次要選項，重點在於液化不可怕，只要用對方法就能克服。如果偵測到土壤液化潛勢層，應改良地盤或改變工法。如果建築物本身有採用連續壁工法開挖地下室，或低矮房屋有採用筏基或版基，代表土壤液化潛勢層的一部分砂質土已被換掉或固定住，不須太過擔心。依照建築法規，2001年10月後興建的房屋，地基調查內容須進行土壤液化潛能分析，並進行土質改良等措施，例如以打設基樁、開挖地基置換土壤、灌漿、擠壓砂樁、動力夯實等工法來預防災害，面對土壤液化有較佳的抵抗力，其實更應關注的是建築物的結構安全。

防災型都更
由於超過30年以上的老舊中低層公寓，建築結構幾乎無法承受6級以上地震，可望由防災型都解決問題，但有學者認為，對現有建築物的耐震評估與補強，對於減輕地震災害的速度與廣度，會遠勝過防災型都更，直接和間接的成本效益也比都更高。

民眾可先利用自主檢查表初步檢核，若房子是九二一地震後依新修正耐震規範設計，或具有地下三層以上地下室，抑或採樁基礎的建築物等，符合其中一要件，即使土壤液化，建物受損機率也不高。如有疑慮可以 進行打設基樁、開挖地基換土壤，灌漿擠壓砂樁等，來預防災害發生，若房屋真的不幸發生傾斜時可以「頂升工法」或「灌漿工法」改善。所以相較於土壤液化，其實更應關注的是建築物的結構安全。

內政部日前也已完成老屋健檢及土壤液化區示範計畫方案，並研議未來不動產交易時必須揭露老屋健檢資訊，且金管會擬研議賣方投保商品責任險。在配套措施上，內政部可能設計透明化機制，即初評結構安全合格者，將在住宅資訊系統登錄；另不動產交易時必須揭露健檢報告，藉交易手段「間接」達到老屋健檢強制目的。也有學者建議建立透明化的「建築安全履歷」，以達到房屋結構安全資訊透明，政府補助也應該針對「結構內部」，而不是獎勵外觀美化而已。
行政院消保處並將研議修改不動產買賣定型化契約，強制記載房屋是否位於土壤液化潛勢區。營建署擬評估在建築法規、公寓大廈法規增加強制性措施，加強老舊建築物耐震補強，避免因大地震造成大規模災害。公共空間、學校、醫院、社福機構、大賣場等營業場所部分，內政部將提出修法，將耐震能力評估列入公共使用安全檢查辦法。
行政院會也通過「防災三法」修正草案，將送立法院審查。其中建築法修正，加入第三方公正單位勘驗機制，以確認建築結構安全；災防法修正，增列災民於災前的借款、卡債，得展延償還期，期間利息由政府補貼 ；都更條例修正，明定災損或防災型都更同意比率，可維持現行二分之一規定，避免門檻過高，延誤防災都更。

他山之石
土壤液化圖公布之後，掀起民眾對居住安全的重視，政府也著手推動老屋健檢補強與防災都更。對於房屋買賣，專家也建議應該像美國一樣將防災圖納入定型化契約，讓買方可以更加瞭解房屋是否有潛在的自然災害風險，能降低未來可能出現的糾紛，讓居住者對於居住環境有更深入的了解。美國不動產買賣需要附上活動斷層圖，震害圖以及液化潛能圖。活動斷層圖標示活動斷層位置，並可檢視建築物距斷層有多遠，離斷層近的房子有沒有用更嚴格的規範建造。震害圖則是評估當發生地震時，連帶發生的可能損害，如台南地震，台北也會受到影響，所以需要震害圖作為客觀評估。接著就是液化潛能圖，透過液化潛能圖就能知道建築物所在的地質，有沒有液化的風險。將這些圖納入定型化契約在美國已行之有年，但台灣目前尚未施行。

在美國對於活動斷層有建築限制，15公尺內為禁建區域，35公尺內為限建區域，有鬆綁條件。以台灣活動斷層的判定，最早公布50條活動斷層，後來減少到35條活動斷層，這是由於標準放寬後得到的結果，但是誰也不能保證被刪除的15條斷層未來不會有任何災害發生。

安家固園計畫
6年500億元的「安家固園計畫」草案主要補助地方進行中級精度土壤液化潛勢地圖、土壤地質改善示範計畫，經費120億元；補助私有老舊住宅耐震評估的初估及詳評，經費160億元；共280億元由中央特別統籌分配稅款支應。另外，在詳評後，若認為老舊房子確有拆除重建必要，或須採整建維護補強工程，總經費約220億元，經費由房地合一稅支應，行政院將先執行2年。
行政院長張善政日前表示政府責任是讓人民安居樂業，對於6年500億元的「安家固園計畫」， 他會在任內核定，不會拖過520。
耐震初評採全額補助，詳評是指初評有疑慮者，補助評估費用百分之四十五，最多不超過三十萬元。詳評後需拆除重建者，由都更團體擬訂都更事業計畫，給全額補助，上限補助五百萬元。整建維護補強工程，將給最高百分之五十五補助。
安家顧園計畫係項目標:
1. 公開初級土壤液化潛勢圖
2. 補助進行中級土壤液化潛勢圖
3. 補助地方政府進行地質改善示範計畫
4. 協助辦理都市更新
5. 補助建物耐震度性能評估
6. 補助建物補強或重建
7. 協助民眾自主檢查
8. 研訂國土防災策略