結構與安全

 

1. 九二一大地震時,大樓倒塌的罪魁禍首是沙拉油桶?

九二一大地震,非震央區的一些新建大樓竟然應聲而倒,造成慘重的傷亡。倒塌的現場出現了許多令人費解的沙拉油桶,頓時沙拉油桶受到空前的重視。民眾、媒體紛紛譴責建商偷工減料;一些建商與建築師馬上起來反駁解釋沙拉油桶只用來填充假樑、假柱,與結構無關;甚至有建築師帶學生參觀工地,說明沙拉油桶如何被運用在建築的構造之中。在這一片混亂的表象之下,其實隱藏了幾個根本的問題值得討論;一個是敬業態度問題,另一個是職業生態問題。

若單純由結構的行為來看,沙拉油桶並非在建物的主要結構內,大樓倒塌應與油桶無關。但運用沙拉油桶當作建築構造的填充材與內模的方式,卻反應了建築業隨意散漫的態度。而這種隨意散漫的態度是造成營建業品質惡化的主因。在美國的UBC法規與台灣的建築技術規則中均提到「模板需準確平直,與設計圖尺寸相符,且須緊密穩妥,不至鬆動漏漿。」台灣目前使用沙拉油桶的工法,根本無法達到規範的要求。因為油桶在未乾的混凝土中有極大的浮力會造成為位移,導致主結構的鋼筋保護層不足。當建築界能接受這種不精確的工法時,自然不意外在混凝土的結構中可找到舊報紙、檳榔渣與香菸盒。三、四十年前,我們的業界還沒有小聰明來用這種取巧的工法時,營造廠有施作清水混凝土的技術(東海大教堂),有施作清水磚的技術。如今全台灣有幾家營造廠有能力來蓋清水混凝土與清水磚的建築物?當新竹的高科技產業企圖領著台灣往世界的巔峰衝刺時,台灣的建築營造水準卻不知不覺得倒退了二、三十年。

當我們在探討為何營造廠不能捨棄沙拉油桶的工法,所得的答案是「便宜」。在目前的發包制度傾向以最低價得標的方式,事實上也促成了劣幣逐良幣的職業生態。營造廠不是慈善機構,還是要以盈利為目的。在目前的制度下,低價搶標的結果必是營造品質的下降。營造品質低落在這天災之下暴露無疑,所造成生命財產的損失,豈是當初業主發包時所省的錢可彌補的!

2. 高樓建築一樓挑高開放空間與騎樓設計是導致倒塌的原因?!

地震後很多人不敢住高樓了,因為很多大樓都是在底層受破壞而整棟樓折斷倒塌。報上刊登北市政府想修改法令廢除一樓騎樓設計,北市結構技師公會馬上聲明大樓倒塌原因不在騎樓設計。到底促成這次地震大樓倒塌的原因何在?大樓結構到底安不安全?一直是大眾所關心的。造成一個建築物結構體失敗的原因很多,但有一個自然法則是不變的—地震力永遠找最弱的點來破壞(Earthquake always finds the fault and punishes the building)。要折斷一竹子不易,但只要在竹子上鋸一缺口,要折斷他就容易多了,而且斷裂處一定是由缺口處開始。(你下次買甘蔗時,注意看老闆如何折斷甘蔗就知道了!)大樓若在一樓受破壞,表示該處的結構是整棟中最弱的地方(阪神地震中有大樓破壞在五樓,未必在一樓)。

我們目前在台灣中部地區的大樓結構設計幾乎都採用剛性構架系統(Rigid frame)。也就是純粹以樑柱的系統來支撐建築物的載重並抵抗側向風力與地震力,而很少會配合剪力牆(Shear wall)的設計。這個系統在理論上是沒有疑問的。但問題出在結構技師分析時,與建築物實際完工後有很大的落差。一般以剛性架構系統設計結構時,技師的分析中只有樑與柱的架構,建築物的內外牆在結構行為中是被假設不存在的。但在台灣施工時,民眾對住宅隔間偏好以混凝土牆及磚牆來當隔間,而不習慣接受石膏板牆的乾式隔間。當這些混凝土及磚牆密密麻麻的充滿整個大樓時,事實上已改變了整個結構系統的強度的分佈。因為三樓以上多了許多住宅隔間牆,而且外牆又是與樑柱結合在一起澆灌的混凝土牆,使得大樓上半部的結構體勁度(Stiffness)不當的加強,相對的一、二樓部分反而成為軟樓層(Soft story),形成了整個大樓結構系統的勁度不一致(Stiffness irregularity)。假若一、二樓沒有再額外補強,地震來時自然由此處開始破壞。