第三章 建築物含一樓軟弱層探討
3.3 實例分析與探討
3.3.2 一樓磚牆拆除實例分析
國內一般鋼筋混凝土建築物常於構架中填充非結構磚牆作為外 牆、隔間牆或窗台等用途，但在進行結構分析與設計時卻未考慮其 存在，而以空構架來處理；當地震來時，磚牆會承受一部份地震力，
致使其旁的梁、柱內力與空構架者有極大差異。填滿磚牆之構架，
其旁柱之內力主要為軸力，剪力和彎矩均甚小。當地震力較大致使 構架破壞時，將是柱產生軸壓脆性破壞，而非原先預期空構架產生 塑角的韌性破壞。而部份填充磚牆之構架如窗台或隔間牆，由於未 被填充到的梁段或柱段因剪力與彎矩的相對大小改變，致使地震時 梁段或柱段易會產生剪力脆性破壞，即短柱效應，亦非先前預期產 生塑角的韌性破壞。解決的方法有二：一為設法將磚牆與構架隔開，
使地震來時，磚牆不承受地震力；二為將磚牆視為結構體，在結構 分析中予以考慮，並設計其旁梁柱在磚牆破壞時梁、柱仍保安全，
或不致產生脆性破壞。
本研究首先引用參考文獻〔2〕，以一棟地上八層地下一層鋼筋 混凝土建築物作為分析的對象，以不同填充磚牆方式，包括：（1）
空構架（2）完全填充磚牆構架（3）第一層不填但以上各層填充磚 牆之構架，分別以地震力單向加載靜力非線性分析及進行動力非線 性分析。靜力非線性分析係探討各種構架塑角產生之順序及位置、
構架之韌性容量、層間變位及破壞機構。分析結果得知，空構架之
韌性容量 R = 5.25，顯示韌性設計有其功能。完全填充磚牆構架之韌
性容量 R = 3.70；而第一層不填但以上各層填充磚牆之構架其韌性容
量 R = 2.50，僅為完全填充磚牆構架之 68﹪，其韌性容量最差。進
行動力非線性分析時，PGA=0.15g 時，由於最大地表加速度不大，
空構架只在第四層梁端產生一個塑角，全填構架因勁度大，尚無塑 角產生，樓層變位也不大；第一層不填磚牆構架則只在第一層柱產
生一個塑角。因各種構架產生的塑角數目不多，構架仍大致在彈性 範圍內。當 PGA=0.3g 時，空構架產生 14 個塑角，前幾個大多位於 梁端，全填構架只有三個塑角產生。第一層不填構架的情形較為嚴 重，其塑角是由第一層柱之上下端開始降伏，接著是第一層之梁及 第二層柱。當 PGA=0.4g 時，上述情形更為明顯，空構架產生 20 個 塑角，比 0.3g 時多 6 個，順序為先在梁端產生，接著是較上層的柱 子；其最大樓層變位以第二層樓最大，往上均勻遞減；全填構架則 有 6 個塑角產生，較 0.3g 時多了 3 個，雖然大多產生於柱上，可是 層間變位都不大；而第一層不填構架的情形是，PGA 由 0.3g 增加到 0.4g 後，塑角只多出一個，但產生的時間皆提早了，且第一層的層 間變位增加了許多，其餘各層增加不多、變位差異也很小，可見地 震的能量大都是由側向勁度突然變小的第一層來消耗，這是此種構 架最大的缺點。同時，在 PGA=0.15g 時，空構架之最大底層剪力較 小，全填及第一層不填構架因為勁度較大，所引致的地震力亦較大，
但二者相差不多；PGA 值提高後底層最大剪力亦提高，但空構架由 於塑角的逐漸產生，從 PGA=0.3g 增到 PGA=0.4g 時，底層最大剪力 增加不多，但全填及第一層不填構架仍持續增加，而以全填構架增 加的為多。
由以上分析結果得知：
1. 經韌性設計後之空構架，塑角會先產生於梁端，構架降伏後仍有 極大之變形而不崩塌。動力分析時必須當 PGA 值增大後才會有柱產 生塑角，而且多在較上層之柱，所以空構架韌性最好。
2. 全填構架勁度最大，層間位移及桿端彎矩皆比空構架為小，所以 塑角數目少，而且多產生於柱端；而且磚牆承擔大部份層剪力，使 得其周圍桿件軸力較空構架大。
3. 第一層不填構架塑角集中於底層，是由底層柱上、下端先產生，
地震力持續增大時並不會多產生塑角，只會使第一層的層間變位變 位增大而已；由同樣數目的塑角來消耗地震能量，所以該構架的韌 性容量最低。這種幾乎全由第一層來消耗大部分地震能量的構架容 易由底層先行崩塌。
4. 動力分析歷時過程中之底層最大剪力以空構架為最小；全填構架 因勁度最大，所引致之地震力亦最大，提高 PGA 值後發現各種構架 之底層最大剪力都提高了，但空構架由於韌性的發揮，所引致的地
-24-震橫力增加不多；而勁度最大的全填構架之底層剪力最大，增加也 最多，第一層不填構架略小。
5. 由層間變位可看出空構架及全填構架各樓之層間變位都相差不 大，其中全填構架由於各層勁度大，所以層間變位都很小。第一層 不填構架的第一樓層間變位則較其他樓層大很多，側向強度突然減 小導致該層樓柱子降伏，為此種構架易於在底層崩塌的主要原因。
由以上得知，若以韌性容量表示構架耐震能力，以一棟地上八 層地下一層鋼筋混凝土單跨構架而言，當第一層其完全填充磚牆被 拆除時，其耐震能力降低非常明顯，參考圖 3.20。因此，若一樓磚 牆拆除時，此建築物幾乎由第一層來消耗大部分地震能量，則此構 架極易使底層先行崩塌。
本研究第二個案例有關一樓磚牆敲除後之耐震能力評估，係以 圖 3.15 五層樓之鋼筋混凝土建築為例進行探討，仍使用 Drain2D+進 行非線性靜力分析，以反覆和單向加載方式施加於節點上，當一樓 磚牆敲除之壁量分別為 33%，67%和 100%時，根據參考文獻[16]定 義構架層間變位達 0.5%可視為破壞（collapse）為準則，得知以上 三種 不 同磚牆 敲除情形 其耐震能 力減少量分別約為 10%、 25%和 40%。本案例分析結果，再次證明當第一層之填充磚牆被局部或全 部拆除時，其降低原來整棟建築物之耐震能力至鉅。
3.3.3 九 二 一 集 集 地 震 震 害 倒 塌 實 例 探 討
台北縣新莊市民安路「博士的家」住宅大樓為地下二層，地上 十二層之鋼筋混凝土構造建築物，建築物高度約 38 公尺，於民國八 十四年完工使用迄今僅約五年；共通的地下室供停車使用，地上為 獨立三棟供住宅使用，A 棟 47 戶、B 棟 46 戶、C 棟 44 戶，計 137 戶。其中 C 棟大樓，在本次 921 集集大地震中，因不耐地震而倒塌，
其頂部並撞擊對面二棟五層住宅將其部份損毀，因而造成 121 人受 傷，數十人死亡之重大傷亡情事。C 棟大樓倒塌後，地下室結構之 樑柱版折斷損壞，由於地下室相通，A、B 棟與 C 棟相接處之樑柱等 結構系統，均遭不同程度之損傷，A、B 棟雖仍屹立，但其基礎已呈 不穩定狀態。本節以「博士的家」C 棟大樓軟弱底層結構倒塌實例 進行探討〔24〕。
1. C 棟大樓倒塌破壞機制：
本次 921 集集大地震，地震規模雖達芮氏 7.3，但就地震強度而 言，「博士的家」所在位置之工址地表加速度，根據中央氣象局即時 測報網所量測，臨近新莊市源溪街 63 號昌隆國小之量測測站地表加 速度之資料顯示，新莊地區之地表加速度南北同為 97ga1，東西同 為 111gal，而垂直向地表加速度為 34gal。
C 棟大樓若依建築技術規則耐震規範設計施工，於發生 921 集 集大地震時，標的物之水平地表加速度應僅為設計值一半以下，故 C 棟大樓若依耐震規範設計及施工，則當不致於倒塌。然依混凝土 抗 壓 強 度 試 驗 結 果 得 知 ， 其 混 凝 土抗 壓 強 度 遠 低 於 規 範 所 容 許 數 值，故在本次 921 集集大地震發生時，由於鋼筋混凝土構架受到地 震引致之軸力及彎矩作用下，混凝土即產生被壓碎之現象，即鋼筋 混凝土柱之鋼筋需額外承受本應由混凝土承受之力，又因鋼筋搭接 長度不足及圍束鋼筋之箍筋間距均不符規範要求，推測係一樓 Cl、
C3 柱 先 行 挫 屈 斷 裂 ， 結 構 體 陷 入 地 下 室 ， 並 引 致 另 側 外 柱 一 樓 C8~C11 柱底主筋挫曲並拉斷，而產生倒塌現象（圖 3.21）。
2. C 棟大樓倒塌破壞原因：
(1)針對 C 棟大樓採取九個混凝土鑽心試體進行抗壓強度試驗，其結 果強度在 85kg/cm2~167 kg/cm2，平均抗壓強度為 134 kg/cm2 ，佔原 設計強度之 55﹪，小於建築技術規則建築構造篇第三五二條第二 款規定，混凝土鑽心試體抗壓強度應達設計強度之百分八十五方 為合格，由於 C 棟大樓混凝土鑽心試體抗壓強度試驗結果無一試 體達此標準，且單一試體未達 75﹪，因此可據以判斷 C 棟大樓混 凝土抗壓強度不合格。此外依據建築技術規則建築構造篇第六章 混凝土構造之第四節耐震設計特別規定中第 408 條，耐震要求下 混凝土抗壓強度不得少於 210 kg/cm2，依上述情況研判 C 棟大樓混 凝土強度明顯不足。
(2)依提供之結構計算書及結構平面圖，顯示其柱編號平面尺寸與 配筋圖之尺寸及混凝土強度之標示均有不符之處。
(3)經現場勘查，柱主筋搭接位置，均在柱底同一位置，並未按規範 規定錯開六十公分設置；另柱箍筋太疏，搭接長度不足且彎鉤不 符耐震規範規定之韌性需求。
(4)鑑定標的物平面不規則，僅四周有獨立柱，中間以樓梯間鋼筋混 凝土狹長牆為柱，構架不完整；由立面來看，一樓挑高無牆，屬
-26-立面勁度不規則形狀。
綜上所述，C 棟大樓之結構系統抗震性不佳，依中央氣象局強 震資料顯示，921 集集大地震雖然位於震央附近之日月潭氣象站測 得地表水平加速度高達 980gal 以上，但在 C 棟大樓附近之測站新莊 昌隆國小，所測得地表水平加速度，最大僅 111gal，故 C 棟大樓在 本次地震作用下，若按建築技術規則耐震規範設計施工，C 棟不應
綜上所述，C 棟大樓之結構系統抗震性不佳，依中央氣象局強 震資料顯示，921 集集大地震雖然位於震央附近之日月潭氣象站測 得地表水平加速度高達 980gal 以上，但在 C 棟大樓附近之測站新莊 昌隆國小，所測得地表水平加速度，最大僅 111gal，故 C 棟大樓在 本次地震作用下，若按建築技術規則耐震規範設計施工，C 棟不應