隔震建物之維護管理

相較於一般耐震建築物，大地震發生時，隔震建築物隔震層的水平相對變形 相當大，隔震器(積層橡膠)必須要能配合此大變形，隔震性能才得以發揮。所以 隔震器設置的場所及建築物週邊不能有妨礙大變形的障礙物，隔震器也不能有影 響性能的損傷，亦不能有超出預定劣化的情況發生，否則隔震性能無法充分的發 揮，將危害到建築物的安全。

設備的配管若無法完全配合隔震器的大變形，就可能會發生漏水等情形，為 防止上述問題，隔震建築物之維持管理相當重要，其實施檢查的項目如下：

一、竣工時檢查

建築物竣工時實施，量測以後所可能實施檢查項目的初始值。

二、通常檢查

平常時建築物的狀況及隔震器的目視檢查，即早發現異常現象以防止危險的 發生，原則上是由建築物所有者委託建築物管理者進行之。

三、定期檢查

通常檢查無法檢查出的機能異常現象，或耐久性等相關性能確認之目的，則 必須進行定期檢查。原則上，隔震建築物及與其相關的維持管理，由具有專 業知識的技術者實施。日本實例乃於建築物竣工後的1 年、3 年、5 年、10 年、及以後每10 年進行定期檢查。

四、臨時檢查

大地震、火災、水災等災害發生後必須實施臨時檢查，以確認隔震器性能是 否有受到影響。檢查者及檢查的項目均與定期檢查相同，還有，當通常檢查

1. 隔震裝置的更換方式乃於其上部基礎與下部基礎之間，設置油壓千斤 頂，利用千斤頂上升，將該部份隔震裝置基礎提高至最大5mm 左右，同 時，和替換部相接的基礎也上升2.5mm 左右，其相對變位須控在 2.5mm 以下。

2. 根據要替換的隔震裝置之個數、位置等條件，檢討千斤頂上升的個數（位 置）及上下部的結構體各處的應力、變形量等。

3. 在必要時，可以臨時材料作適當的補強。

4. 雖然各建築物的條件不同，替換方法亦可能有所不同，但其基本替換方 法的順序可依（圖 2.7.4.1）所示。

圖2.1.1.2 隔震型式 高樓層建物 隔震建物 非隔震低樓層建物

建物自然周期T(sec)

反應加速度

阻尼小 阻尼大

圖2.1.1.1 建物加速度反應譜

(b)基礎隔震 (a)柱頭隔震

敷地境界線 敷地境界線

隔震層

隔震空隙

隔震層

隔震空隙

停車場、倉庫

地下室 犬走

圖2.2.1.1 隔震結構與耐震結構之比較

c)隔震建物的反應

上部建物的重心

隔震層的抵抗中心

偏心量

重心

(水平力作用中心) 剛心

(抵抗力作用中心)

a)建物的重心、剛心 b)扭轉反應

圖2.2.1.2 建築物之地震扭轉反應

(a)耐震結構 (b)隔震結構

T

固有周期

加速度

3 T2 T1

(a)加速度反應譜

圖2.2.1.3 高層建築物的反應 T1

T2

T3

(b)固有模態

(1次固有周期) (2次固有周期)

(3次固有周期)

自然週期

T₃3 次自然週期 T22 次自然週期 T11 次自然週期 振動模態

表2.2.2.1 WEST 大樓建物概要

用 途 事務所 建物規模

地上6 層、塔屋 2 層 100m×73.8m、樓高 28.5m 樓版面積46823m²

地盤種別 第 1 種地盤

基礎構造 直接基礎（獨立基礎）

上部構造 SRC 造＋鉄骨、耐震壁併用 鉛心積層橡膠：1200φ（54 體）

-150

表2.3.1 隔震裝置的性能

×

×

○

×

○

○

回復性能

○

建物回到原位置的彈簧 回復機能

○

○

○

○

○

○

○

絕緣性能

為使地盤的振動（地震）

不傳至建物，將建物與地 盤間切離的機能

曲線滾輪支承 直線滾輪支承

曲面滑動支承 平面滑動支承

高減衰積層橡膠 鉛心積層橡膠

天然積層橡膠

滾動支承 滑動支承

積層橡膠支承 隔震必要性能

範例 ○有 X無

橡膠塊 積層橡膠

初期 狀 態

受 壓

受 剪

垂直變形 P

Ø

垂直變形

P

Ø

剪斷變形 Q

Ö

剪斷變形 Q

Ö

圖2.3.1.1 積層橡膠之原理

照片2.3.1.1 積層橡膠剖開模型 (白色部分為鋼板、黑色部分為橡膠)

表2.3.1.1 各種積層橡膠之性能概要 橡膠種類

項目

天然橡膠製積層

橡膠+阻尼器 鉛心積層橡膠 高減衰積層橡膠

小變形時剛性 小~大 大 中

阻尼比 任意設定 25％左右 15~20％左右

溫度依存性 小 小 大

省空間性 需空間 － －

特 性

平面剛性平衡 調整容易 可調整 調整困難

寒冷地 有 有 小

中小地震 小~大 小 大

隔 震 效 果

平面平衡不良的

建築物 大 大 小

圖2.3.1.2 積層橡膠之種類

圖2.3.1.3 積層橡膠之遲滯圈特性

翼鈑一體成型 螺絲固定型

圖2.3.1.5 滑動支承之遲滯圈特性 圖2.3.1.4 積層橡膠與上下端部鋼板之連接

水平荷重/垂直荷重(x10-2 )

-400 -300 -200 -100 0 100

-100 -80 -60 -40 -20 0 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5

鉛直荷重 (kN)

鉛直変位 (mm) 75%

5%

25% 10%

100%

50%

KN2

鉛直面圧 (MPa)

（数値軸の負が引張側）

圖2.3.2.1 天然橡膠系積層橡膠之拉伸試驗 (Offset 剪力變形 200 ㎜)

活塞 閥 汽缸

調整閥

圓形桿

彈簧皿 摩擦板

球面軸承

滾珠軸承

(a)油壓阻尼器 (b)鋼材阻尼器

(c)摩擦阻尼器 (d)黏性阻尼器

圖2.3.1.6 隔震用阻尼器之種類及遲滯特性

0

G=0.45N/mm² D=50cm S₂=5

せん断応力度(N/mm2 )

圖2.3.2.3 天然橡膠系積層橡膠之壓縮剪力破壞試驗

積層橡膠設計條件

橡膠原料

碳黑材料

其他藥品 硫磺

進貨檢查

混合、攪拌

中間材料檢查

製成薄板狀

這個過程是將混合、攪拌後的橡膠材料 通過滾筒的擠壓製成橡膠隔震墊所需的 尺寸精度要求較高的橡膠薄板

橡 膠

金 屬

橡 膠 隔 震 墊 製 作 流 程

精練程序 壓延程序 裁切程序

橡膠材料基本特性檢查

建築用

內部鋼板

翼板

進貨檢查

預先處理

爲保證橡膠與鋼板的接著強度預先處理 將沾在鋼板上的垃圾油和鏽除去再加工 是製作隔震墊最重要的工程

塗抹接著劑 在經過預先表面處理的鋼板 上，塗抹上接著劑然後乾燥

成形程序

內部鋼板

內部橡膠

將表面處理過的鋼板宇橡膠 薄板根據要求層疊放置

翼板 接著劑

爲防止內部橡膠及鋼板受氧化及 紫外線照射劣化，在外部被覆一層 特殊橡膠防護，在加硫過程後會與 內部橡膠完全結合為一體

剪力 軸力 軸力 剪力 軸變形(㎝)

(c) 面壓±20kgf/㎝²

軸變形(㎝) (b) 面壓±50kgf/㎝²

剪力變形(㎝)

(c) 面壓-80kgf/㎝²(壓力)

剪力變形(㎝)

(d) 面壓+20kgf/㎝²(拉力) 圖2.3.2.3 積層橡膠之拉拔力與遲滯圈特性

規劃設計

(地盤條件、建物特性、性能目標、基地條件)

決定採用隔震補強結構

耐震安全性能目標與設計用地震波選定

隔震層及上部結構的基本設計

(各樓層的剛性計算、隔震器的選定預備動力反應分析)

靜力分析

動力分析

設計定案 耐震目標性能之判定

OK NG

圖2.4.1.1 建物隔震補強之設計流程

表2.4.1.1 耐震性能目標 Elcentro NS 1940

八戶 NS 1968 TAFT EW 1952

結構

圖2.4.1.3 高阻尼積層橡膠之性能

圖2.4.1.4 積層橡膠之遲滯圈特性

剪力

剪應變

(a)垂直型安裝例 (b)水平型安裝例 (c)垂直型安裝例

圖2.4.1.5 隔震用可撓性接頭之變形

照片2.4.1.1 建物周圍之處理方式

圖2.5.1.1 橡膠之物性變化與加熱溫度 圖2.4.2.2 隔震補強施工法

圖2.4.2.1 隔震補強形式

表2.5.1.1 促進劣化實驗高阻尼橡膠材料之物性變化

耐久性 試驗

方法 相當於60 年後之物性變化

彈性率之變化 與初期值比較，30 年後增加 20%，60 年橫增加 10%

破壞強度之變化 與初期值比較，30 年後增加 20%，60 年橫增加 5%

破壞時長度之變化 與初期值比較，30 年後增加 20%，60 年橫增加 10%

橡 膠材料 之耐久 性

橡膠之疲勞

熱老 化試驗

450%剪力變形連續 1500 次以上 325%剪力變形連續 70000 次以上 橡膠與金屬之接著

強度

與初期值50kgf/㎝²比較，60 年後為 800kgf/㎝

2約增加60%

接 著之耐

久性 橡膠與金屬之接著 疲勞

熱老 化試驗

剪力 試驗

500%剪力變形連續 300 次以上 300%剪力變形連續 7000 次以上

表2.5.1.2 高阻尼積層橡膠阻尼性能之經年變化

積層橡膠水平剛性之經年變化 橡膠之剪力變形

初期值 18 年後 35 年後 60 年後

15% 1.00 1.07 1.06 1.02 圖2.5.1.2 加熱溫度與加熱時間之關係

圖2.5.1.3 加熱促進實驗之潛變變化

圖2.5.2.1 耐火實驗時積層橡膠之溫度

(a)測溫片位置斷面圖

(b)溫度與加熱時間之關係

圖2.5.2.3 隔震層的停車場使用例 CFRC(Carbon Fiber Reinforced Concerete)

：碳纖維補強混凝土

停車場

水平凈空

A 詳圖

水平凈空 水平凈空

CFRC 外殼

陶瓷製十字纖維

積層橡膠

表2.5.3.1 維持管理的檢查項目

表 2.5.3.3 定期點檢要領

表 2.5.3.4 臨時點檢要領 (參考例)

圖2.5.4.1 隔震裝置之替換

1. 千斤頂的設置、螺絲接合解除 4. 隔震裝置之設置

2. 千斤頂升起 5. 油壓千斤頂之移除

3. 隔震裝置之移除

間隙

第三章 制震(減震消能)結構系統 相關技術

3.1 概要

「制震」一詞具有廣泛的意義，「制震」又稱「減震」，涵蓋範圍包括機械一般振動、

結構物對於地震及風等的制震，而本章則是針對建築結構系統與地震力的減震消能元件 及其原理做介紹。當地震發生時，消能機制可消減部份傳導到結構體之地震能量，並抑 制高層建築物上部結構與地表產生相對速度與位移。

建築物結構受地震力擾動時，若能適時提供控制力或吸能裝置以降低地震造成之結 構震動，將能減少地震力對結構體之破壞。制震原理如下說明：

1. 吸收地震能

在建築物中設置制震裝置，增加建築物阻尼比以吸收地震能量，達到降低建築物對 地震產生的反應，如（圖3.1.1）所示。

2. 減小位移

在建築物中設置制震裝置，增加阻尼比以減小位移，減少地震造成建築物之破壞，

如（圖3.1.2）所示。

制震結構系統建築物的特徵如下：

(1) 相較於耐震結構，建築物的加速度及變形能夠減少 30~50%左右。

(2) 大地震發生時，建築物內家具及機器以及配管的破壞減少，地震過後建築物補 修補強的工程亦相對減少。

(3) 除了特定樓層集中型的制震結構外，制震結構的變形不會集中在某一樓層，故 其裝修及設備不須特別考慮。

(4) 制震裝置具有吸收能量的性能，所以除了大地震外，亦可減少中小地震或颱風 等作用所造成的振動。

3.2 制震結構的理論及應用

3.2.1 能量論

地震發生時建築物會振動，此現象現可以（圖3.2.1.1）所示的單自由度振動模型，

其運動程式如下所示：

m x

^..+

c x

^.+

R

(

x

)=−

m y

^.. ………. (3.2.1.1) 其中， m：質點之質量

c ：阻尼係數 x，

x ，

^.

..

x ：質點對建築物基礎的相對變位、速度及加速度

y ：地表加速度

^..

其物理意義為加速度的慣性力＋阻尼力＋彈簧的回復力=地表加速度的慣性力 當彈簧的回復力為彈性(線性)時，其可依下式表示：

R

(

x

)=

kx

………..(3.2.1.2)

(3.2.1.1)式中兩邊各乘上

x⋅

^.

dt

，再對時間作積分，即可得能量平衡方程式如下：

W

_k +

W

_h +

W

_s =

E

……….(3.2.1.3)

其物理意義為運動能量＋阻尼機構所吸收的能量＋彈簧的應變能[位能]=地表加 速度輸入於建築物的能量

地震輸入建築物的能量與建築物總重量及建築物自然週期有相當的依存性，但在 1 秒以上之較長周期領域，則幾乎是一定值。

地震輸入建築物的能量與建築物總重量及建築物自然週期有相當的依存性，但在 1 秒以上之較長周期領域，則幾乎是一定值。

在文檔中 建築物隔制震設計規範與實務之研究比較 (頁 42-0)