【地球放大鏡】除了台北101,世界上還有哪些知名防震建築?

by:徽徽
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在地震工程界有句老話:地震本身不會殺人,但建築物會。今天,【地球放大鏡】要帶大家一起來看看,世界上有哪些知名的防震建築,能夠在地震發生時,盡可能守護待在裡頭的人。

圖為白天的台北 101。(右滑看更多)

Photo: Remi Yuan

圖為夜晚的台北 101。(右滑看更多)

Photo: Timo Volz

圖為位於台北 101第 87-92層的「調諧質量阻尼器」。

Photo: DJ Anderson

台灣—台北 101

談到世界知名的防震建築,台北 101絕對榜上有名。位於台北的台北 101摩天大樓,樓高 508公尺,地上有 101層,地下為 5層,在 2004-2010年間曾是全球最高建築,後來在 2010年被杜拜哈里發塔給超越。

說到台北 101的避震秘密武器,要屬佔據 87層至 92層的「調諧質量阻尼器」(Tuned Mass Damper),這個祕密武器乍看之下就像一顆大型金屬球,一旁由液壓減震器臂和保險桿系統支撐,當地面因為地震的關係左搖右晃時,阻尼器就會開始鐘擺運動,和地面晃動的方向呈反方向,藉此達到平衡的效果。

和傳統的隱藏式阻尼系統不同,想要一窺台北 101的阻尼器如何運作,只要上到觀景台就可以看到,一般遊客也能親眼見證防震系統的妙處。

在這支影片中,可以看到 2015年8月蘇迪勒颱風侵襲台灣時,台北 101的阻尼器如何減緩強風對大樓造成的晃動。

圖為目前世界最高的哈里發塔。(右滑看更多)

Photo: denis harschi

今年一月一日跨年時,杜拜哈里發塔放出了炫目的煙火。(右滑看更多)

路透社/達志影像

從這張建築結構圖中可以看到,杜拜哈里發塔(第一列)的橫切面呈Y字形,中間是一根六角核心柱,由此延伸出三翼。與之相比,台北 101(第二列)則是正方形的橫切面。

Photo: Paul C. Martens

阿拉伯聯合大公國—哈里發塔(Burj Khalifa)

位於杜拜的哈里發塔,是目前全世界最高的建築物,總共有 828公尺,地上為 163層,地下為 2層。

像哈里發塔這麼高的建築,在防震上更為講究,希望能減少頂層的晃動,讓在大樓內工作、生活的民眾可以更舒服。於是,工程團隊設計出一根由地下一路延伸至 156樓的六角核心柱,之後再由此向外呈放射狀延伸出三翼,讓大樓的橫切面看起來就像是Y字形,且每一側翼都互相支撐,讓整座塔樓更為穩定。

其中,六角核心柱提高了抗扭強度,側翼則提供了抵抗剪力的功能。

圖為位於伊斯坦堡的薩比哈·格克琴國際機場。(右滑看更多)

Photo: Jose Mario Pires

圖為位於薩比哈·格克琴國際機場的內部。(右滑看更多)

Photo: Bulent KAVAKKORU

圖為薩比哈·格克琴國際機場的停機坪。

路透社/達志影像

土耳其—薩比哈·格克琴國際機場(Sabiha Gökçen International Airport)

薩比哈·格克琴國際機場位於伊斯坦堡,所在之處靠近北安那托利亞斷層(North Anatolian fault)。

1999年,當地發生了地震矩規模 7.6的伊茲密特地震(İzmit earthquake),造成 1萬7,000人死亡。從那以後,工程師們在建造薩比哈·格克琴國際機場格外小心,希望機場能挺過未來不知什麼時候會發生的大地震。

為了達到這個目的,工程師在佔地 200萬平方英尺(相當於 26座足球場面積)的機場底部安裝了超過 300個隔震器(seismic isolator),這些隔震器加起來最大可以承受地震矩規模 8.0的地震。此外,靠著底部的隔震器,整座機場可以減少 80%的橫向地震負載(lateral seismic loadings)。

簡單來說,工程師並沒有讓機場貼地,而是將機場的底部和真正的地面拉開,中間擺放了所謂的隔震器。我們可以將整座機場想像成放在一塊巨型滑板上,當地震發生、地面開始左右搖晃時,站在滑板上的機場因為與地面隔了能夠滑動的輪子,相對不會接受到大幅的晃動,從而達到防震效果。

圖為目前世界上最大的室內體育館──菲律賓體育館。(右滑看更多)

Photo: patrickroque01

在菲律賓體育館內部,可以看到支撐體育館的建築結構。(右滑看更多)

Photo: Judgefloro

號稱全球最大的室內體育館,菲律賓體育館一次可以容納 5萬5,000名觀眾。

Photo: Judgefloro

菲律賓—菲律賓體育館(Philippine Arena)

位於布拉干省武加偉維多利亞城的菲律賓體育館,是目前世界上最大的室內體育館,佔地 39萬2,276平方英尺(相當於 5座足球場的面積),總共可以容納 5萬5,000人。

然而,位處環太平洋地震帶的菲律賓,在建造任何建築時都不能不考慮防震。於是,工程師在建造菲律賓體育館時,先從體育館橫跨 170公尺的屋頂下手,讓屋頂足以承受瞬間出現的負載,像是地震引發的震波、颱風帶來的狂風暴雨等。

除了屋頂有防震設計,菲律賓體育館也和土耳其薩比哈·格克琴國際機場一樣,建築底部裝有隔震器,該隔震器由鉛心橡膠支承(Lead Rubber Bearing)組成,將整座體育館的底部與地面隔離,這樣當地震來臨、地面左搖右晃時,隔震器就能有效分散從地底傳上地表的能量,體育館上方的建築結構也不會受到影響。

1972年落成的舊金山泛美金字塔,挺過了 1989年的洛馬普里塔地震,迄今仍屹立不搖。(右滑看更多)

Photo: Emily Karakis

圖為入夜後的泛美金字塔,這棟建築一直是舊金山的指標性建築,也是觀光客必訪的景點。(右滑看更多)

Photo: Shelly Prevost

圖為由下往上仰望泛美金字塔。

Photo: Emily Karakis

美國—泛美金字塔(The Transamerica Pyramid)

泛美金字塔是一棟位於加州舊金山、樓高 260公尺、共 48層樓的摩天大廈,所在之處靠近聖安德烈亞斯和海沃斷層(San Andreas and Hayward faults)。

1989年,當地發生了地震矩規模 6.9的洛馬普里塔地震(Loma Prieta earthquake),造成 63人死亡,泛美金字塔頂樓也因為地震的關係,出現了左右 30公分的晃動,所幸整棟建築在地震後安然無恙。

而這得歸功於泛美金字塔 15.85公尺深的鋼筋混凝土地基,在設計地基時,工程師讓它可以跟著地震震波一塊震動。除此之外,泛美金字塔的外層鋪上了白色預鑄石英骨料(white precast quartz aggregate),並且在每一層樓的四個地方加裝了強化鋼筋。外層面板間的縫隙則給了面板緩衝,讓面板在地面震動時可以跟著適度地橫向移動。除此之外,一樓上方的桁架系統能支持垂直和水平負載,內部的強化框架則一直往上延伸到第 45層樓。

有了上述這些防震設計,泛美金字塔無論在抵抗扭力運動或是吸收水平底部剪力上,都有出色的表現。

在這支影片中,可以清楚看到改造塔由一面玻璃帷幕牆、兩面鋼筋混凝土牆構成,影片中也呈現出改造塔在防震上的設計細節。

墨西哥—改造塔(Torre Reforma)

位於墨西哥市的改造塔樓高 246公尺,地上 57層,是目前墨西哥最高的大樓。

在地震活躍的墨西哥,改造塔仰賴「開書型」(Open Book)設計防震:整座建築有三大面,成三角形,就像打開一本書一樣。其中一面以玻璃帷幕為主,另外兩面則是鋼筋混凝土牆,且這兩面牆插入地下 60公尺,為建築提供穩定的基礎。

當地震發生時,鋼筋混凝土牆在受力時只會形成小幅度的彎曲,而不會斷裂,鋼筋混凝土牆上留有的不規則開口正好能吸收地震能量。此外,玻璃帷幕牆外的鋼支架能與整棟建築結合成鉸鏈,讓這一面成為接受震動最好的緩衝區。

工程團隊表示,透過地震模擬測試顯示,改造塔在接下來的 2,500年都能面對各種地震。

圖中可以看到小松精練株式會社紡織實驗室的防震設計,內外都設置了高強度碳纖維繩,把碳纖維韌性強、容易彎曲但不會斷裂的特性發揮到極致。

日本—小松精練株式會社(Komatsu Seiren)紡織實驗室

並不是所有的建築都仰賴阻尼器、隔震器來防震,位於日本石川縣能美市、專做紡織染整生意的小松精練株式會社,在日本知名建築師隈研吾團隊的設計下,用很不一樣的方式來防震。

首先,建築團隊善用小松精練株式會社開發出的高強度碳纖維繩,將碳纖維韌性強、容易彎曲但不會斷裂的特性發揮到極致,把 1,031根碳纖維繩從建築物的屋頂往下固定到地面,從外頭看就好像蜘蛛網將建築物包圍住一樣。

當建築物往左邊搖時,碳纖維繩能將建築物往右邊拉,反之亦然,藉此減低地震發生時產生的水平力。

在每年平均會遇上超過 1,000次地震的日本,利用碳纖維繩來防震是頭一遭,或許也能成為其他同樣位於環太平洋地震帶國家的借鏡。



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