混合構造古蹟暨歷史建築牆體基本振動

由於本研究的微振動感測器皆是透過壓克力架來進行量測，壓克力架以無痕 膠帶黏貼於壁體上，對於此量測的方式是否會造成量測上的誤差進行驗證，本研 究選定林家花園定靜堂有窗台之牆體進行實驗，同時在壓克力架上與窗台上擺設 感測器，驗證感測器直接放置於窗台與透過壓克力架量測其結果是否會有誤差。

● 量測結果：

由表 3-1 的基本振動頻率得知透過壓克力架與置於窗台之上測點結果一致。

二、訊號穩定性的檢驗

由林家花園定靜堂微振量測資料發現相隔五分鐘所量測的基本振動頻率將 差達 10%，於是在林家花園定靜堂選定一測點，進行每次五分鐘連續六次的資料 擷取，以探討量測的時間是不同對基本振動頻率識別結果產生影響。

● 量測結果：

由表 3-2 得知，同一測點連續紀錄六筆資料，不同的時間所識別出來的基本 振動頻率有所不同，有些差異小；有些差異大，後續將繼續探討其差異原因。

圖 3-22 將微振動感測器放置於壓克力架與窗台上

表 3-1 感測器放置於壓克力架與窗台上之比較表

表 3-2 同一測點連續擷取六次之基本振動頻率表 圖 3-23 同一測點連續紀錄六筆

三、鋼筋混凝土構造與混合構造古蹟建築微振動量測訊號之比較

根據表 3-2 量測結果發現，於同一測點每隔五分鐘連續量測 6 筆，每筆基本 振動頻率皆有所差異。為探究其可能的原因，比較鋼筋混凝土（以文化大學大典 館為例）與混合構造古蹟建築（以林家花園定靜堂為例）之富利葉頻譜圖，以探 討造成訊號不穩定的原因是否為混合構造古蹟建築其高度低矮的特性所造成。

● 量測結果：

由圖 3-26 與圖 3-27 之比較，可明顯發現鋼筋混凝土構造富利葉頻譜圖峰值 非常顯著且易於判別，但在低矮混合構造古蹟建築上的峰值較多且識別上較 易混淆，因此在振動頻率識別上易造成困擾。

圖 3-24 低矮混合構造古蹟建築 圖 3-25 鋼筋混凝土構造

圖 3-26 低矮混合構造富利葉頻譜圖 圖 3-27 鋼筋混凝土構造富利葉頻譜圖

四、鋼筋混凝土構造地面層與樓頂層牆體基本振動頻率之比較

由圖 3-26 與圖 3-27 比較中發現，在混合構造古蹟建築上富利葉頻譜圖峰值 不明顯，而定靜堂屬於低矮層與地表接近。為探討頻譜圖峰值不顯著的原因，是 否為低矮層的量測，而造成輸入訊號與反應訊號混雜所造成的結果，因此分別量 測鋼筋混凝土構造（文化大學大典館）地面層與樓頂層，比較其富利葉頻譜圖。

● 量測結果：

由圖 3-30 與 3-31 富利葉頻譜圖中發現，鋼筋混凝土構造樓頂層的富利葉頻 譜圖，除了峰值外，其餘的頻率峰值皆不明顯，但反觀地面層可能因為接近 地表與振動輸入源的關係，因此除了峰值外，亦有其他較顯著的峰值出現，

但其幅度相對仍小，因此並不會影響其基本振動頻率之識別。

圖 3-29 微振量測儀器置於鋼筋混凝土構造之樓頂層

圖 3-31 鋼筋混凝土構造樓頂層富利葉頻譜圖

圖 3-28 微振量測儀器置於鋼筋混凝土構造之地面層

圖 3-30 鋼筋混凝土構造地面層富利葉頻譜圖

五、地表環境振動對牆體微振訊號之影響

本研究為探討地表環境微振動對牆體微振動訊號之影響，選擇林家花園定靜 堂兩片牆體進行量測，並同步量測地表微振動訊號，每片牆分別量測平行壁體向 與垂直壁體向（平行牆厚度方向）六次共三十分鐘，ch1 距離地面 2.3 公尺， ch2 距離地面 1.5 公尺，ch3 放置於距離牆 0.4 公尺的前方地板上，三個點同時進行 量測，剔除環境振動對牆體反應之干擾，方便識別牆體的自然振動頻率。微振動 感測器的擺設位置如圖 3-32 及 3-33 所示。

(一)量測位置:

（二）微振動量測資料之富利葉轉換：

將微振動量測資料經由富利葉轉換後，可利用富利葉頻譜圖之鋒值判讀 牆體的自然振動頻率。由圖 3-34 中發現地表之微振動頻率在 15Hz 處之振 幅便有明顯的減少，因此取 2Hz~15Hz 作為識別基本振動頻率之範圍。而為 了剔除地表環境振動對牆體微振訊號之影響，故將牆體富利葉頻譜與地表富 利葉頻譜相除，以得相對之富利葉頻譜圖。

以下茲列舉 A 測點其平行牆體上端(ch1)、平行牆體中端(ch2)、地板 (ch3)、平行壁體上端除以地表(ch1:ch3)、平行牆體中端除以地表(ch2:ch3) 之富利葉頻譜圖(圖 3-34 至 3-38)。

Ch1 Ch2

Ch3 Ch1

Ch2

Ch3

B 測點位置

圖 3-34 A 測點平行牆體上端富利葉頻譜圖 圖 3-35 A 測點平行牆體中端富利葉頻譜圖 10.4Hz

10.4Hz

圖 3-32 A 測點微振動感測器之擺設位置

圖 3-36 A 測點地板富利葉頻譜頻譜圖

圖 3-37 A 測點平行壁體上端與地板相對之富利葉頻譜圖

圖 3-38 A 測點平行壁體中端與地板相對之富利葉頻譜圖 11.5Hz

11.5Hz

（三）識別結果：

由表 3-3 至表 3-6 顯示，以地表(或台基)上量測所得之富利葉頻譜作為 基準，對牆體所量測訊號進行修正，連續量測三十分鐘之六筆資料可得較 一致之自然振動頻率值，差異性在 5.3%以下，若未修正前其差異性會高 達 20.9%，因此對於混合構造古蹟建築之量測，應考慮地表微振對牆體之 影響，但經修正之後仍有六筆資料差異性較大(差異為 7.8%~11.2%)，有 待進一步探討。A 與 B 測點之識別資料(表 3-3 至表 3-6)則茲列舉如下。

表 3-3 A 測點基本振動頻率表(民國九十三年十一月二十七日)

表 3-4 B 測點基本振動頻率表(民國九十三年十一月二十七日)

註:

ch1:ch3－平行壁體上端與地板相對之富利葉頻譜所得之基本振動頻率 ch2:ch3－平行壁體中端與地板相對之富利葉頻譜所得之基本振動頻率

單位:Hz

單位:Hz

表 3-5 A 測點不同時間量測基本振動頻率差異性之比較

表 3-6 B 測點不同時間量測基本振動頻率差異性之比較

單位:Hz

單位:Hz

註:

ch1:ch3－平行壁體上端與地板相對之富利葉頻譜所得之基本振動頻率 ch2:ch3－平行壁體中端與地板相對之富利葉頻譜所得之基本振動頻率

42

（四）時間因素之驗證：

經上述對地表環境微振動對牆體微振動訊號之影響探討後，發現以地 表(或台基)上量測所得之富利葉頻譜作為基準，對牆體所量測訊號進行修 正後牆體之基本振動週期之穩定性有明顯之提高。本研究另考量時間因 素，於相隔一個月後再次到林家花園定靜堂 A 與 B 兩測點(牆體於這段期 間並無歷經顯著地震或遭破壞)進行量測，探討其基本振動週期是否有差 異，或是能趨於穩定。

● 量測結果：

對表 3-3 與表 3-7 進行比較，發現相隔一個月後再次於同測點進行量測，

其基本振動週期能趨於穩定。以下則列舉相隔一個月後再次到林家花園 定靜堂 A 與 B 兩測點之量測資料(表 3-7 與表 3-8)。

單位:Hz

單位:Hz

ch1:ch3－平行壁體上端與地板相對之富利葉頻譜所得之基本振動頻率 ch2:ch3－平行壁體中端與地板相對之富利葉頻譜所得之基本振動頻率 表 3-7 A 測點基本振動頻率表(民國九十三年十二月二十六日)

表 3-8 A 測點基本振動頻率表(民國九十三年十二月二十六日)