緒論

第一章 緒論

1.1 研究背景與目的

台灣位於歐亞板塊和菲律賓海板塊之交接地帶，地震活動十分頻 繁，而大地震發生時總對人民的生命與財產安全造成極重大的威脅。

隨著建築技術的進步，結構耐震的設計方法也不斷的改善與提升，是 故近年來在國內的新建結構的抗震能力有很大地提升。

然而國內外對於非結構構件相關耐震設計規範都不及結構物耐 震設計規範來得完善與周延。但在大地震作用下，如 1933 年的長堤 地震(Long Beach)、1971 的 San Fernando 地震中發現，許多建築物結 構本身並無受到嚴重的損害，卻因內部管線、設備以及非結構構件受 損，導致建築物在災後無法立即發揮機能。因此地震發生後，非結構 設備的損壞可能遠超過建築結構本身破壞所造成的影響。由上可知建 築物之性能不單單只取決於結構本身的耐震設計，建築物內部非結構 部分對於其原始設計功能更有深遠的影響。

在各類建築中，又以醫院在地震過後的救災活動中，扮演了不可 或缺的角色。除了必須提供不斷湧入的傷患緊急醫療和看護及保障院 內患者與醫療團隊的安危之外，更應維持大地震後的基本醫療功能。

因此具備了急救責任的醫院就必須要有足夠的耐震能力，以確保大地 震後仍能對外進行緊急醫療工作。而醫院內的機電設備就由如醫院的 核心中樞，提供醫院內所有能源所需；倘若在地震後醫院結構本身並 無太大的損害，卻因內部的機電設備破壞造成無法及時行醫治療，而 導致災區的醫療能力衰減，那就失去了醫院最基本的使用功能!

除醫院這類重要結構之外，近年來高科技產業的蓬勃發展，國內 各科學園區先後成立，而這些電子廠房對於結構的微震動量要求特別

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的嚴格。主因是一棟高科技廠房的總投資額往往高達上百億，其中設 備的投資額就佔了最大宗。一旦大地震發生導致設備的破壞，因此造 成的損失必定是無法想像的。除了生產線停擺造成的直接損失之外，

大量訂單的流失以及長期不事生產的間接損失更是無法預估。

綜合上述可知，建築結構除了要加強結構體本身的耐震性能外，

內部的非結構與機電系統更是同等重要，因此亦需要去加強。

一般機電設備因螺栓錨定的固接方式將會因自身垂直向的振動 而傳入樓版內，形成為樓版噪音與振動；所以現況為了解決噪音與振 動的問題而改用彈簧隔振裝置與樓版相連，以醫院為例，較常見的彈

簧 隔 振 器 可 參 照

抽風機

單一彈簧 隔振器

圖1- 1。但在地震中最常因地震而破壞的卻為裝設隔振彈簧的機械，

主因是加裝的彈簧隔振裝置減低了這些機電設備的水平勁度，使得機 電設備在地震中的擺動週期與建築物相近，在大地震來臨時可能會產 生共振效應造成隔振器的破壞或因隔振彈簧擺幅過大使得彈簧傾倒 造成設備的倒塌損壞，最終致使設備物在震後無法正常運作。根據文 獻【1】，該文對嘉南地區的醫院進行耐震評估，假設隔振彈簧側向勁 度為縱向勁度 0.75 倍的情況下，設備與結構周期接近共振範圍 (0.3<Te/Ts<1.5)；又因設備加裝防振裝置之後側向勁度大大降低。在 地震時設備易有大幅擺動，致使設備安全性堪慮。

目前在國內雖已研發多種耐振型彈簧避振器，但因經濟因素和安 裝方式等問題而並不普遍；而國內耐震設計也沒有特別針對隔振彈簧 的相關參數進行設定；國內外對於彈簧隔振器之力學行為研究也不 多。文獻【1】設計構架之寬高比約為 1，在進行反覆載重試驗過程 發生設計構架明顯的傾覆現象，本研究進一步探討設計構架之寬高比 遠大於1 下隔振彈簧的受力行為，作為本次研究之目標。

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1.2 研究內容

本研究主要針對重要結構中的機電設備較常使用之兩種型號的 隔振彈簧進行試驗與力學分析。各章節的重點於此概略敘述：

第二章為隔振彈簧的彈性理論。由於隔振彈簧的軸向勁度為隔振 設計之一重要因子；而側向勁度為隔振機械耐震評估的重要因素。因 此本章根據根據文獻【1】、【4】利用能量法推導出彈簧受側向力與軸 力作用下之側向勁度與軸向勁度公式，並從中瞭解兩者之間之相關 性。

第三章為反覆載重試驗規劃。本試驗為模擬重要結構物相關機電 設備之垂直載重，在此以質量鉛塊與組合鋼構架代之；利用油壓致動 器與組合鋼構架兩者相連結後再分別對目前醫院內較常用之兩種隔 振彈簧，YS1000A、YS1000B 施與水平側向力進行擬靜態反覆載重 試驗(Quasi-Static Cyclic Loading Test)。以期得到隔振彈簧之側向力與 位移之遲滯迴圈關係。

第四章為試驗觀察。將敘述反覆載重試驗下兩組隔振彈簧在縱向 裝置與橫向裝置受反覆載重作用下的行為表現並根據所量測到之資 料，探討 YS1000A、YS1000B 兩種彈簧在縱向裝置與橫向裝置在反 覆載重試驗作用下剪力-水平位移遲滯迴圈的行為。因此於本章節將 會詳細說明各組遲滯迴圈相關的物理意義以及隔振彈簧的變形機制。

第五章為試驗結果與討論。本章將敘述本研究之重點，探討反覆 載重試驗所得側向力與位移之遲滯迴圈以及其力學表現之差異性、以 及數據的分析。另外根據試驗所得隔振彈簧側向剪力與水平位移所形 成之遲滯迴圈，計算彈性階段彈簧的軸向與側向勁度。根據文獻【1】、

【4】推導出彈簧受側向力與軸力作用下之側向勁度與軸向勁度公 式，進一步與實驗所得之軸向與側向勁度值相比較。最後利用單自由 度系統求得本試驗架構系統之軸向與側向之自振頻率。反覆載重試驗

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下求得油壓致動器之極限側向力，根據牛頓第二運動定律可推求出系 統所能承受之最大加速度值以及最大側向力值。

第六章則為結果與建議。針對試驗結果做總結與提出相關建議。

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