防震大樓怎麼蓋?工法、系統、設計原則與常見錯誤!世界地震帶上五個抗震大樓典範，他們經歷過哪些地震?
2025年3月28日，泰國曼谷一棟正在興建中的30層大樓因緬甸規模7.7強震遠距傳播影響而倒塌，震驚國際社會，也再次凸顯防震建築的重要性。即便位於地震頻率較低的區域，高層建築在特殊地質條件下仍可能面臨災難風險。本文將從防震建築的設計原則、工法技術、國際標準與常見錯誤出發，帶你深入了解如何打造真正安全的耐震建築。
為什麼即使不在震央也會發生建築倒塌？
- 遠距震波傳播與盆地效應：曼谷盆地土層鬆軟，會產生震波放大效應，即使震央距離上千公里，也可能造成嚴重搖晃。
- 非耐震設計區的風險低估：許多低震區的建築法規對抗震要求較低，導致建物未做好足夠的耐震設計與結構加強。
防震建築的核心設計原則
防震建築的設計核心在於「以損換穩」、「以柔克剛」，透過結構配置與材料特性來分散與吸收地震所帶來的能量。以下是主要的設計原則詳細說明：-
延展性（Ductility）
- 延展性是建築物在受力後仍能持續變形而不立即破壞的能力。
- 透過增加鋼筋配置、降低混凝土脆性、設計良好節點等方式，使結構在地震時能吸收能量並延遲破壞時間，避免瞬間倒塌。
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等韌設計（Capacity Design）
- 又稱「強柱弱梁」原則，即將破壞機制控制在可預測且非災難性的位置，例如使梁比柱先破壞。
- 目的在於讓建築物在發生地震時，形成塑性鉸區（Plastic Hinge），吸收能量並維持整體穩定。
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構造連續性與剛度配置
- 梁柱、牆體之間必須有足夠的連續性與連接強度，避免局部斷裂或滑移。
- 建築物的剛度應上下層分布均勻，避免出現「軟弱層」（如挑高一樓、開放式騎樓）導致一樓倒塌。
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對稱與規則性配置
- 建築物平面與立面盡量採對稱設計，減少偏心扭轉效應。
- 大面開口、局部突出、異常偏重結構應透過補強與模擬分析平衡結構行為。
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基礎與地盤配合設計
- 地震設計必須從地基開始，鬆軟地層建築應採用深基礎、地盤改良或隔震墊。
- 地震力從基礎傳遞至上部結構，若地盤不穩定，即使上部設計良好仍可能倒塌。
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韌性（Resilience）與可修復性（Repairability）
- 現代耐震設計強調地震後「可使用」而非「不倒塌」，尤其對於醫療、救災、指揮中心等重要設施。
- 採用阻尼裝置與非結構補強設計，減少建築受損程度，加快災後修復效率。
常見防震工法與系統
防震建築的工法與技術系統，主要目的在於降低建築物在地震中的受力反應與結構損壞，以下為常見類型的工法詳解：剪力牆系統（Shear Wall System）
- 剪力牆為厚度較大的鋼筋混凝土牆，用以提升建築物的抗側向剛性。
- 常配置於建築物核心筒區、電梯井、樓梯間，可顯著減少水平位移與建物扭轉效應。
耐震鋼筋混凝土設計（Seismic RC Detailing）
- 包含柱梁斷面尺寸、鋼筋搭接長度、彎鉤設計、綁紮強化等技術。
- 確保構件在地震中具備延展性與塑性行為，避免突然破壞。
阻尼系統（Damping System）
- 常見於高層建築、橋梁、醫療與緊急設施。
- 類型包含：
◆黏滯阻尼器（Viscous Damper）：吸收能量轉換成熱能。
◆金屬屈服阻尼器（Y-type or Buckling Damper）：透過金屬塑性變形耗能。
◆摩擦型阻尼器（Friction Damper）：透過接觸滑動耗能。
◆金屬屈服阻尼器（Y-type or Buckling Damper）：透過金屬塑性變形耗能。
◆摩擦型阻尼器（Friction Damper）：透過接觸滑動耗能。
隔震系統（Seismic Isolation System）
- 將建築與地基隔開，在兩者之間設置「隔震墊」，延長地震波週期、減少傳遞至上部結構的能量。
- 常見裝置：
◆鉛芯橡膠軸承（LRB）
◆高阻尼橡膠墊（HDR）
◆滑動型隔震器（FPS）
◆高阻尼橡膠墊（HDR）
◆滑動型隔震器（FPS）
- 適用於醫院、政府單位、博物館等重要建築。
基礎改良與地盤加固（Soil Improvement）
- 包含砂柱、碎石樁、高壓灌漿、地錨等技術，用以提升鬆軟地盤的承載力與減震能力。
- 可降低液化風險與地基沉陷問題，強化整體穩定性。
結構補強與耐震補強（Retrofit Techniques）
- 舊建築可透過包覆鋼板、碳纖維補強、增設剪力牆或鋼骨支撐等方式提升耐震能力。
- 常見於學校、歷史建物或無法拆除的舊社區建築。
國際與台灣法規參考
- 台灣《建築技術規則》耐震設計篇（2021）：規定樓地板超過一定面積或層數建物，必須執行抗震設計分析。
- 日本《建築基準法》與新耐震法（1981以後）：世界公認最嚴格耐震設計規範。
- 美國 ASCE 7 標準（Minimum Design Loads and Associated Criteria）：針對建築物不同用途與風險類別進行耐震分級設計。
常見錯誤與災害案例警示
- 使用無梁樓板系統但缺乏抗剪補強：可能導致穿孔破壞（Punching Shear），為近年高樓倒塌主因之一。
- 鋼筋強度不足或錨固長度不足：會使梁柱節點破壞，失去延展性。
- 低估地震區劃或未做地盤調查：選址與地質忽視是多起倒塌事故的共同因素。
建議：如何打造真正安全的建築？
- 聘請具備抗震設計經驗的建築師、結構技師。
- 執行地質調查與地震潛勢評估，避免建築於鬆軟填土層。
- 採用具抗震標章之結構材料，並強制施工查驗。
- 推動智慧結構健康監測系統（SHM），追蹤長期結構變形與受損。
世界五大防震建築典範
以下是全球地震帶上廣受肯定的五座抗震建築範例，結合創新技術與卓越結構設計，為全球防震建築立下標竿，並在歷經多次實際地震事件中展現優異表現：
- 台北101（臺灣）
- 設計亮點：採用世界最大阻尼球（質量達660噸）吸收建築搖晃，可耐受規模7級以上地震與17級以上強風。
- 地震經歷：在2016年美濃地震（規模6.6）與2018年花蓮地震（規模6.4）中結構穩定，阻尼球順利運作，無明顯損壞。
- 森大廈（Roppongi Hills Mori Tower，日本東京）
- 設計亮點：採用鋼骨加勁剪力牆結構與多點阻尼系統，符合日本新耐震法標準。
- 地震經歷：2011年東日本大地震（規模9.0）中僅出現輕微搖晃與非結構性損壞，系統運作正常。
- 舊金山聯邦大樓（San Francisco Federal Building，美國）
- 設計亮點：採用基礎隔震系統（Base Isolation），符合法規 ASCE 7 與 FEMA 抗震標準。
- 地震經歷：在2014年南納帕地震（規模6.0）中經歷震動考驗，建築維持運作，無結構性損壞。
- 洛杉磯加州科學中心 Samuel Oschin Pavilion（美國）
- 設計亮點：為展示太空梭奮進號之設施，採用鉛芯橡膠支撐隔震設計，強調地震後仍能立即使用。
- 地震經歷：位於活躍斷層區，歷經如2020年 Ridgecrest 地震群等中型地震仍正常運作。
- 高雄市立圖書館總館（臺灣）
- 設計亮點：採開放式柱筒設計結構，結合鋼骨剪力牆與減震系統，通過台灣耐震標章。
- 地震經歷：2022年台東關山地震（規模6.8）時有搖晃紀錄但主體與設備無損，營運未中斷。
