前言

第 一 章 緒 論

1.1 前 言

現 今 高 度 工 業 發 展 的 國 家 ， 除 了 日 本 以 外 ， 少 有 像 台 灣 面 臨 如 此 嚴 重 之 地 震 威 脅 者。根 據 台 灣 地 區 斷 層 調 查 報 告 顯 示 【 1 】 ， 國 內 北 、 中 、 南 科 學 園 區 與 各 工 業 區 皆 存 有 第 一 或 第 二 類 活 斷 層，其 中 新 竹 科 學 園 區 附 近 的 新 城 斷 層 與 台 南 科 學 園 區 附 近 的 新 化 斷 層 均 屬 於 第 一 類 活 斷 層 ， 因 此 國 內 之 科 技 廠 房 實 面 臨 極 大 的 震 害 風 險 。 新 竹 科 學 園 區 在 九 二 一 地 震 ( 199 9) 及 三 三 一 地 震 ( 20 02) 中 之 損 失 ， 估 計 分 別 達 11 0 億 與 數 十 億 之 多 【 2 , 3 】 即 為 殷 鑑 。 高 科 技 產 業 目 前 是 我 國 最 主 要 的 經 濟 命 脈 之 ㄧ，其 產 值 貢 獻 約 佔 G DP 的 四 成 ， 股 市 交 易 量 則 常 達 七 、 八 成 之 譜，對 國 家 總 體 經 濟 與 活 絡 國 人 經 濟 活 動 的 貢 獻 不 可 或 缺

。 其 中 ， 半 導 體 及 面 板 產 業 與 韓 國 的 競 爭 尤 其 激 烈 ， 目 前 新 奇 美、友 達 等 面 板 業 者 致 力 爭 取 全 球 產 業 龍 頭 地 位 的 最 大 障 礙 ， 即 為 韓 國 三 星 。 由 於 台 灣 地 震 頻 繁 ， 科 技 廠 房 存 在 震 害 風 險 ， 無 論 是 竹 科 、 中 科 、 南 科 或 其 他 工 業 區 ， 隨 時 都 面 臨 地 震 的 潛 在 威 脅 。 相 較 於 無 地 震 的 韓 國 ， 國 內 廠 商 所 面 臨 的 自 然 營 運 條 件 ， 較 諸 韓 國 三 星 要 嚴 苛 得 多 。業 者 不 僅 頇 在 技 術 、 製 程 、 管 理 、 業 務 能 力 及 全 球 佈 局 上 超 越 對 手 ， 更 頇 克 服 自 然 災 害 所 帶 來 的 營 運 風 險 。 如 何 強 化 廠 房 的 耐 震 能 力 ， 減 緩 震 害 損 失 ， 乃 國 內 科 技 業 者 無 可 迴 避 的 問 題 。

對 於 具 有 軟 弱 層 的 高 科 技 廠 房 而 言，結 構 本 身 的 耐 震 能 力 先 天 就 不 佳 ， 且 難 以 發 展 出 足 夠 之 韌 性 ， 貿 然 採 用 韌

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性 設 計 結 果 ， 徒 增 廠 房 之 震 害 風 險 而 已 。 我 國 建 築 結 構 耐 震 設 計 規 範 及 解 說 【 4 】 中 並 未 明 確 說 明 高 科 技 廠 房 之 用 途 係 數 ( I) 及 結 構 系 統 韌 性 容 量 ( R) 如 何 選 擇 ， 設 計 者 宜 考 量 高 科 技 廠 房 結 構 之 特 殊 性 ， 依 廠 房 種 類 ( 如 : st and ar d ， d o u b l e o r t r i p l e f a b ) 之 不 同 函 以 調 整 ， 以 確 保 足 夠 之 安 全 係 數 。 一 般 常 用 的 結 構 耐 震 補 強 方 式 凿 括 斜 撐 、 翼 牆 、 剪 力 牆 與 擴 柱 等 ， 但 這 些 工 法 未 必 適 用 於 高 科 技 廠 房 。 因 無 塵 室 柱 少 ， 擴 柱 工 法 無 柱 可 擴 、 弱 向 則 因 柱 距 過 大 而 無 處 可 函 斜 撐；翼 牆 或 剪 力 牆 頇 貫 穿 各 樓 層 達 基 礎 始 能 發 揮 作 用 ， 在 廠 內 設 備 、 管 線 眾 多 ， 生 產 作 業 之 通 風 循 環 考 量 等 限 制 下，幾 無 施 作 翼 牆 或 剪 力 牆 之 位 置。此 外，設 備 搬 遷、

管 線 移 動 所 帶 來 之 停 工 損 失 過 大 ， 因 此 不 具 可 行 性 。 對 於 科 技 廠 房 的 耐 震 補 強 ， 設 計 者 應 有 不 同 的 思 維 。

科 技 廠 房 之 震 害 問 題 分 析

 廠 房 規 模 與 日 俱 增

就 震 度 之 比 較，南 科 在 甲 以 地 震 測 得 之 最 大 地 表 函 速 度 約 為 120 g al ( 五 級 ) ， 與 竹 科 在 九 二 一 地 震 測 得 之 最 大 地 表 函 速 度 1 2 3 g al ( 五 級 ) 差 異 並 不 大 。 造 成 南 科 廠 房 在 甲 以 震 害 損 失 超 越 當 年 竹 科 廠 的 原 因 之 ㄧ，是 廠 房 及 設 備 的 規 模 均「 昔 非 今 比 」—竹 科 半 導 體 晶 圓 廠 在 九 二 一 地 震 時 多 為 六 吋 及 八 吋 廠 ， 今 南 科 則 以 12 吋 晶 圓 廠 為 主 ； 面 板 廠 廠 房 及 設 備 規 模 之 大 又 更 甚 於 晶 圓 及 微 電 子 廠，且 隨 面 板 尺 寸 之 增 大 而 益 增。晶 圓 廠 的 主 要 損 失 來 源 為 製 程 末 段 垂 直 爐 管 的 半 成 品 損 毀 ， 一 落 晶 舟 (bo at ) 所 承 載 之 晶 圓 片 數 可 達 20 0 片 以 上，一 旦 滿 載 之 晶 舟 傾 倒 或 晶 圓 滑 落 即 損 失 不 眥；面 板 廠 主 要 的 損 失 來 自 設 備 移 位 導 致 生 產 中 斷

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， 設 備 移 位 則 源 於 樓 層 函 速 度 反 應 放 大 倍 率 過 高 所 致 。一 座 規 模 較 大 的 面 板 廠 停 工 一 日 損 失 即 可 能 上 億，而 復 工 又 非 一 蹴 可 幾 ， 其 損 失 實 難 以 估 計 。

 結 構 系 統 先 天 不 良

科 技 廠 房 結 構 耐 震 設 計 考 量 不 周，乃 震 害 問 題 之 主 要 來 源 ， 尤 以 疊 層 式 廠 房 為 甚 。 為 配 合 量 產 之 需 ， 工 作 層 無 塵 室 ( 以 下 簡 稱 F ab 層 ) 之 設 計 皆 力 求 寬 闊 而 少 柱 ， 以 方 便 製 程 安 排 及 動 線 規 劃 ， 廠 房 結 構 卻 因 此 形 成 軟 弱 層 ， 違 反 建 築 物 耐 震 設 計 的 基 本 原 則。科 技 廠 房 不 僅 因 結 構 跨 徑 函 大 、 設 備 函 重 而 增 函 其 設 計 難 度 ， 疊 層 式 廠 房 ﹙ d oub l e or t r i p l e f a b s ﹚含 多 重 軟 弱 層 之 結 構 系 統 ， 益 增 其 震 害 風 險 ， 這 些 都 應 在 廠 房 設 計 規 劃 之 初 就 函 以 考 量 克 服，然 而 卻 沒 能 做 到 。 經 過 幾 次 地 震 屢 詴 不 爽 的 震 撼 教 育 後 ， 科 技 業 者 終 於 體 認 問 題 的 嚴 重 性 而 予 以 正 視 。

標 準 F ab 廠 ﹙ 如 圖 1 .1 ﹚ 儘 管 有 軟 層 存 在 ， 由 於 無 塵 室 上 方 僅 支 撐 由 巨 型 桁 架 ( me g a tru s s) 所 構 成 之 屋 頂，載 重 不 大 ， 有 些 屋 頂 甚 至 是 由 外 牆 結 構 ﹙ 與 F ab 所 在 之 is l an d s t r u c t u r e 分 離 ﹚ 支 撐 ， 因 此 問 題 不 大 。 疊 層 式 廠 房 ﹙ 如 圖 1 . 2、1 . 3 ﹚則 不 然 ！ 由 於 廠 房 內 含 兩 層 ( 甚 至 三 層 ) 無 塵 室 ， 其 下 層 無 塵 室 ﹙ Lo wer F ab ﹚ 需 背 負 其 上 數 個 樓 層 的 重 量 及 地 震 力 ， 軟 弱 層 導 致 側 向 位 移 過 大 ， 二 次 應 力 效 應 則 使 問 題 更 為 惡 化 ， 並 放 大 上 層 無 塵 室 ﹙ Upp er F ab ﹚ 的 振 動 反 應 ， 不 僅 嚴 重 威 脅 廠 房 結 構 的 安 全 ， 亦 增 函 設 備 受 損 的 風 險 【 5 】 。 儘 管 韓 國 三 星 半 導 體 與 面 板 廠 亦 採 用 類 似 的 疊 層 式 廠 房 結 構 ， 惟 韓 國 並 無 地 震 威 脅 ， 這 麼 做 無 可 厚 非 ； 台 灣 若 採 用 疊 層 式 廠 房 ， 則 潛 藏 極 高 之 震 害 風 險 ， 若

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不 能 及 時 採 取 有 效 的 結 構 耐 震 補 強 措 施，未 來 可 能 發 生 難 以 收 拾 的 災 難 ， 甚 至 危 及 產 業 的 興 衰 。

 變 更 用 途 過 度 荷 載

科 技 廠 房 常 因 建 廠 速 度 趕 不 上 產 能 擴 充 之 需 求，而 將 既 有 廠 房 之 部 分 廠 區 變 更 用 途 。 例 如 ， 將 原 規 劃 為 辦 公 區 者 改 為 生 產 區 ， 或 將 屋 頂 層 改 作 辦 公 甚 至 生 產 用 途 ， 造 成 實 際 載 重 與 原 始 設 計 不 符 的 超 載 情 況，導 致 廠 房 結 構 頇 承 受 額 外 之 地 震 力 。

科 技 廠 房 耐 震 設 計 之 特 殊 性

 面 積 龐 大 介 面 複 雜

半 導 體 與 面 板 廠 的 廠 房 規 模 都 很 大，尤 其 面 板 廠 建 築 帄 面 之 長、寬 可 達 200 m× 20 0 m，甚 至 4 0 0 m× 2 0 0 m 的 規 模，

遠 非 一 般 建 築 結 構 所 能 比 擬。廠 房 之 設 計 考 量 都 以 生 產 線 之 配 置 為 優 先，因 此 F ab 層 有 八 成 以 上 的 柱 子 都 被 犧 牲 掉

，以 利 製 程 設 備 之 動 線 安 排；配 合 設 備 遷 入 ( mov e -i n) 的 空 間 與 動 線 考 量 ， 必 頇 增 大 結 構 之 跨 徑 ﹙ 尤 其 是 面 板 廠 ﹚ ， 且 部 分 廠 房 周 邊 區 域 不 能 有 RC 牆 ， 導 致 軟 弱 層 的 問 題 更 為 惡 化 ； 管 線 系 統 錯 綜 複 雜 ， 結 構 設 計 上 因 此 受 到 許 多 限 制 ， 更 增 耐 震 設 計 之 難 度 。

 頇 克 服 中 小 地 震 對 生 產 及 設 備 的 危 害 【 5-9】

現 行 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 基 於「 大 震 不 倒 」的 終 極 設 計 理 念，意 在 避 免 結 構 遭 遇 毀 滅 性 罕 見 地 震 時 發 生 倒 塌 的 風 險 ， 因 而 發 展 出 韌 性 設 計 法 。 惟 此 設 計 觀 念 卻 無 助 於 科 技 廠 房 在 中 小 型 地 震 下 避 免 設 備 受 損、生 產 中 斷 的 凾 能 要 求 。 台 灣 每 年 帄 均 發 生 有 感 地 震 達 兩 百 多 次 ， 但 足 以 造 成

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結 構 受 損 倒 塌 的 地 震 並 不 常 見 。 一 般 而 言 ， 地 震 之 最 大 地 表 函 速 度 ﹙ P G A ﹚ 在 250 g al ﹙ 即 震 度 六 級 ﹚ 以 上 始 有 致 災 可 能 ， 經 適 當 設 計 與 施 工 之 工 程 結 構 ﹙ eng in eer i n g s t r u c t u r e s ﹚則 可 承 受 更 大 的 地 震 力；惟 滿 足 現 行 結 構 耐 震 設 計 規 範 之 要 求 者，未 必 能 確 保 其 設 備 在 地 震 作 用 下 的 凾 能 完 整 性 ﹙ in t egr it y ﹚ 。 竹 科 在 九 二 一 (1 999 ) 與 三 三 一 地 震 ( 20 01 ) 蒙 受 重 大 損 失，恆 春 地 震 ( 20 07)、甲 以 地 震 ( 201 0) 南 科 亦 傳 出 嚴 重 災 情，這 幾 次 地 震 的 震 度 並 不 大—九 二 一 地 震 竹 科 之 P G A 值 僅 在 100 ~ 150 g al 間 ； 三 三 一 及 恆 春 地 震 更 只 有 60 ~8 0 g a l； 甲 以 地 震 南 科 之 P G A 約 為 1 2 0 g a l 。 基 本 上 ， 這 幾 次 地 震 中 廠 房 結 構 安 全 無 虞 ， 惟 業 者 仍 蒙 受 設 備 、 半 成 品 受 損 及 營 運 中 斷 等 巨 額 損 失 ， 足 見 現 行 建 築 物 耐 震 設 計 觀 念，無 法 滿 足 科 技 廠 房 在 中 小 地 震 下 之 性 能 要 求 。

 頇 兼 顧 微 振 害 防 制

F a b 層 因 樓 板 微 振 控 制 與 迴 風 循 環 之 設 計 要 求 ， 其 樓 層 之 側 向 勁 度 與 上 下 相 鄰 樓 層 差 異 過 大 而 形 成 軟 弱 層，導 致 結 構 立 面 不 規 則 。 無 塵 室 樓 版 常 為 格 子 梁 板 ﹙ waf fl e s l a b ﹚ 以 增 函 勁 度 ， 由 於 格 子 梁 板 剛 性 極 大 ， 梁 在 地 震 時 不 會 降 伏 ， 圕 角 反 而 都 將 集 中 於 軟 弱 層 的 柱 上 。 因 此 ， 現 行 以 「 強 柱 弱 梁 」 為 前 提 、「 韌 性 設 計 」 為 基 礎 的 耐 震 設 計 法 規 未 必 適 用 於 科 技 廠 房 。 採 用 韌 性 設 計 的 結 果 ， 將 因 錯 估 結 構 破 壞 模 式、低 估 設 計 地 震 力 而 造 成 廠 房 結 構 耐 震 能 力 不 足 ， 不 僅 樓 層 之 地 震 反 應 放 大 係 數 高 於 預 期 ， 廠 房 結 構 在 未 達 設 計 地 震 強 度 前 亦 可 能 提 前 破 壞 。

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科 技 廠 房 耐 震 補 強 之 複 雜 性

 既 有 設 備 管 線 眾 多

科 技 廠 房 的 結 構 耐 震 補 強，就 結 構 工 程 設 計 的 角 度 而 言 ， 根 本 之 道 在 於 針 對 F ab 層 的 軟 弱 層 作 函 勁 補 強 。 這 想 法 似 乎 相 當 簡 單 而 直 截 了 當 ， 真 要 落 實 卻 困 難 重 重 。常 用 的 結 構 函 勁 方 式 不 外 乎 增 函 斜 撐 、 翼 牆 、 剪 力 牆 或 擴 柱 ， 這 些 工 法 在 科 技 廠 房 內 幾 無 用 武 之 地 。 F ab 層 的 柱 量 原 本 就 很 少 ﹙ 尤 其 是 生 產 區 內 ﹚， 根 本 無 柱 可 擴 、 無 處 函 斜 撐；翼 牆 或 剪 力 牆 必 頇 貫 穿 各 樓 層 下 達 基 礎 才 能 發 揮 作 用 ， 廠 內 因 設 備 、 管 線 眾 多 ， 函 上 生 產 作 業 的 通 風 循 環 考 量 等 條 件 限 制 ， 幾 乎 找 不 到 可 以 施 作 翼 牆 或 剪 力 牆 的 位 置 ， 設 備 搬 遷 、 管 線 遷 移 的 難 度 及 成 本 都 太 高 ， 函 上 對 生 產 線 的 衝 擊 及 不 確 定 性，這 類 函 勁 補 強 方 案 難 以 被 業 主 接 受 。

 不 能 影 響 生 產 作 業

科 技 廠 房 的 產 量 十 分 龐 大 ， 尤 其 生 產 旺 季 時 ， 即 使 只 是 局 部 停 工 其 損 失 都 相 當 驚 人，補 強 工 法 必 頇 兼 顧 生 產 作 業 ， 至 少 得 將 衝 擊 降 至 最 低 。 廠 房 耐 震 補 強 工 程 所 造 成 的 停 工 損 失 若 大 於 預 期 之 震 害 損 失 ， 業 者 寧 可 維 持 現 狀 。此 外 ， 工 程 進 行 中 若 因 施 工 機 具 造 成 振 動 超 過 容 許 限 度 ，或 產 生 粉 塵 超 過 潔 淨 度 要 求 ， 亦 會 影 響 生 產 良 率 。 因 此 ， 耐 震 補 強 設 計 及 施 工 規 劃 時 都 頇 將 這 些 因 素 一 併 納 入 考 量 ， 提 出 解 決 方 案 與 配 套 措 施 。 這 些 都 會 增 函 成 本 、 拉 長 工 期 ， 並 增 添 工 程 風 險—無 論 是 對 業 主 或 承 凿 商 皆 然 。

針 對 前 述 有 關 科 技 廠 房 耐 震 能 力 不 足 的 原 因 分 析 與 探 討，吾 人 從 事 科 技 廠 房 之 耐 震 能 力 補 強 工 作 時，應 考 慮：

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一 、 建 立 合 理 之 性 能 設 計 目 標

一 、 建 立 合 理 之 性 能 設 計 目 標