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你是強震的高風險族群嗎?
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花蓮大地震,毀損建物多位於米崙斷層附近,說明斷層帶周邊確實是高危險區;但是,該斷層上的建物並沒有全部毀損,證明建築物結構亦是關鍵。

2015年,由中央大學地球科學系教授馬國鳳領軍的「台灣地震模型」團隊,公布了讓政府以及建商都很頭疼的「台灣孕震構造發震機率圖」。在公布機率圖後,某位部長跟馬國鳳說:「 馬老師你好勇敢喔!這樣會影響房價耶。」馬國鳳心想:「影響房價是我們要關心的嗎?房價會被這些因素影響,也是合理的啊。」比起房價,政府應該更關心的是人命安全、企業與社會的財產損失。而這張圖表,正是在提醒主政者什麼才是真正重要的!
過去,經濟部地質調查所曾經公布33條活動斷層,民眾可上網查詢自家或是公司是不是剛好在斷層帶附近。台灣地震模型團隊這張機率圖,主要任務在提醒台灣地震危害潛勢,主要是用來地震防災演練及地震危害風險管理,但同時也更警醒各界的防災意識。
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(資料來源/科技部台灣地震模型團隊)
(資料來源/科技部台灣地震模型團隊)

盤點蠢蠢欲動的斷層及構造

首先,這張圖不只顯示活動斷層
經濟部地調所僅標示出露出地表的活動斷層,目前有33條。但實際上,沒有露出地表的構造一樣有可能引發地震。
,也包含其他可能引發地震的孕震構造,例如,未來50年發震機率高達35%的南宜蘭構造,就在此圖的評估範圍內。其次,這張圖呈現了每個斷層在未來50年內發生地震的機率以及最大規模。
想要評估發震機率與規模,必須很熟悉每個構造的「脾性」。最基本的,就是要知道每個構造的位置、長度、斷層面幾何、會怎麼破裂等資訊,然後推算若發生地震可能造成多大規模;再來,還要了解每一條構造的地震歷史,知道過去的地震週期,才能推算未來的再現週期。
機率圖中,顏色越深紅的構造,發震機率越高。這次引發花蓮大地震的米崙斷層,在兩年多前即已評估有42%的發震機率,規模6.4,正好就是這次地震的規模。也顯示了這張預測圖,無論是對民眾或是政府,都有很高的參考價值。
為了讓民眾更方便查詢,《報導者》結合發震機率圖及斷層分布,製作成 製作互動圖表,讓讀者可以輸入住址,查詢住家附近是否有孕震構造,以及其發震機率及最大規模。
本互動圖表將台灣地震模型團隊公布的「未來五十年台灣孕震構造之發震機率圖」(基準日:2015年1月1日),及經濟部地質調查所之活動斷層分布圖結合。讀者可以輸入地址,查詢地址周圍有沒有斷層經過、以及未來可能發震的機率及最大規模。顏色越深紅的斷層,表示未來發震機率越高,請務必提早做防災準備。( 資料來源/台灣地震模型團隊;製圖/陳貞樺、余崇任)
機率圖上有38條構造,究竟是哪幾條最危險?專注於地震教育的「震識」網站副總編輯潘昌志表示:「我覺得可以 highlight(強調)30%以上的那幾個。30%以上就算蠻高的。 隨著一年一年過去,由於板塊運動等因素,外在的作用力仍持續存在,所以它發生的機率會越來越高 。」以未來50年來看,超過30%機率的斷層,大多集中在台灣西南部及東部。
馬國鳳也毫不猶豫的點名西南部的幾條斷層,像是後甲里、木屐寮-六甲斷層,以及中洲構造。她拿出一張表格
出自於王郁如等人發表的〈Probabilistic Seismic Hazards Assessment for Taiwan〉
,標示出木屐寮-六甲斷層的發震週期是177年到277年;而上次這個斷層錯動是在西元1862年。也就是說,依照發震週期來看,木屐寮-六甲已經又逼近能量釋放的臨界值了。
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資料來源/〈未來50年台灣孕震構造之發震機率圖〉(基準日2015年1月1日)、〈Probabilistic Seismic Hazards Assessment for Taiwan〉;設計/林珍娜。已排除這次花蓮地震發生錯動的米崙斷層。
資料來源/〈未來50年台灣孕震構造之發震機率圖〉(基準日2015年1月1日)、〈Probabilistic Seismic Hazards Assessment for Taiwan〉;設計/林珍娜。已排除這次花蓮地震發生錯動的米崙斷層。
需要提醒的是,地震科學還有許多未知;對於機率小的構造,雖然可能不像高機率構造那麼令人緊張,但防災意識絕對是全體台灣人民應該具備的。
此外,這張機率圖,還會隨著時間而動態調整。比方說,米崙斷層這次發震過後,會稍稍平靜幾年,也因此,這張機率圖在2018年底更新時,米崙斷層就會比現在顏色稍淡,而其他斷層顏色會隨時間變深。只是,米崙斷層的週期偏短,大約70年會釋放能量一次,也因此,以未來50年的機率來看,米崙還是會比其他上千年回復週期的斷層紅上很多,不能因為這次震過就掉以輕心。
另外,在讀這張機率圖時,還必須搭配著「風險管理」的概念。舉例來說,台北市山腳斷層因為511-1,220年才會動一次,在機率圖上未來50年的發震機率只有7%。但是,由於台北市是政治金融中心,高樓密集、人口眾多,這7%在主政者眼中,相對而言比太麻里海岸線構造的28%來的更急迫,災害風險也會比太麻里海岸線構造高。
台灣地震模型團隊除公布機率圖外,也發表了「地表振動強度機率分布圖」,所呈現的是,未來各地區發生震度達五級以上的機率。
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(資料來源/台灣地震模型團隊)
(資料來源/台灣地震模型團隊)
這張圖與前述「孕震構造之發震機率圖」不一樣的地方是:第一,發震機率圖呈現每一個構造的發震機率;而「振動強度機率分布」,含括更多種震源,除了各個孕震構造外,還有區域地震、隱沒帶地震。第二,這張圖考慮到,地震的災害影響範圍不會只在特定的構造上,而是一整個區域都會被影響。圖上越是暖色系的區域,風險就越大。以921大地震為例,雖然震央在南投集集,但台北的房子也因此倒塌。
至於都會區的民眾很擔心的「土壤液化」問題,在專家眼中反而不是威脅人命的主因。「液化是如果搖久了、搖到一定的振幅才會產生。如果液化區沒有地震,也不會發生液化現象,」馬國鳳說就算有液化現象,房子也是搖了一陣子後才歪,對財產的影響比人命威脅大。
雖然在花蓮地震後,各界推崇「孕震構造之發震機率圖」是神預測。然而,馬國鳳不斷強調,這張圖本意並非「預測」,而是「防災」。畢竟地震週期預測的誤差值高達數十年,作為預測不夠精準,但讓政府做長期、階段性的防災規劃卻很有價值。
這樣地震危害機率計算,在國外早就不是新鮮事。日本東京強震發生機率8成,美國洛杉磯將近7成,這些國家每年都持續更新地震危害機率圖。而台灣的風險管理觀念,已經落後美國、日本將近30年。
馬國鳳呼籲,這張機率圖彙整了台灣近30年來地質及地震科學的成果。政府應該以此為基礎應用於政府防災及企業風險管理。未來,馬國鳳的團隊還會進行「地震源情境分析」,可以模擬地震發生後,地震波的傳遞,進一步推估出可能會有的樓房、人命損失。
對於民眾來說,這張圖也提醒所有人好好認識腳下的土地。如果家裡就在斷層帶附近,必須要有相應的房屋補強及防災策略。不論政府或人民都應該了解台灣多災多難的天命,但與其依賴「神預測」,還不如好好認識災難、正視風險。

軟腳蝦的高風險建築形式

這次花蓮七級大地震,毀損建物多在米崙斷層上,說明斷層帶確實是地震損傷的高危險區域。但反過來說,也不是所有米崙斷層上的建物都毀損殆盡,也證明建物本身結構亦是關鍵因素之一。
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(資料整理/陳貞樺,設計/黃禹禛)
(資料整理/陳貞樺,設計/黃禹禛)
建築師郭文賓曾研究921大地震崩塌毀損的建築物,試圖歸納毀損的建物類型與原因。他說:「2年前台南大地震、這次的花蓮地震,都不脫921建築物毀損類型範圍,可以說921實在是重要的地震資料庫。」
他表示,從土木結構看,越四四方方的房子越穩當,但在建築美學設計要求下,越來越多不規則結構房子產生,對抗震設計是不小的挑戰。
「當然,不能說不規則結構房子就一定有安全疑慮。」他強調。事實上,921大地震後,內政部針對新建房子有新的耐震係數規定。當時將全台分為地震甲區與乙區(如:雲嘉南都屬甲區,基隆、雙北、桃園是乙區),甲區需要有六級耐震係數,乙區則須達到五級耐震係數。之後,房子耐震規定持續修正調整,現在更納入斷層帶距離與地盤性質,有些靠近斷層地區更須把耐震係數拉到七級以上。
即使建築師設計一個非正方規則結構的房子,但在耐震規模的要求下,土木結構技師必須精密計算是否經得起大地震考驗。但是,921之前房子沒被高規格要求,若加上建築物設計問題,就需多加注意。
根據郭文賓研究,過去發生傾倒毀損的建物類型,主要有以下幾種:
1. 軟弱層建築
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(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
有一層樓的結構明顯比其他樓層脆弱,地震摧毀的能力會集中在這一層樓。最常見情況就是氣派的一樓大廳,挑高設計卻沒有相應加粗柱子,甚至為了視野遼闊,相應於以上樓層也少牆面支撐。花蓮地震中的雲門翠堤大樓即被質疑有軟弱層問題。
另外,許多商業大樓會在中間樓層設計空中花園,這也是軟弱層結構的一種。
2. 懸臂式建築
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(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
就像一個人伸出手臂,除了連結身體的支點有支撐力外,手臂是懸空的。一樓走廊設計,導致上面樓板懸空,是最典型的懸臂式建築。此次花蓮地震中倒塌的統帥飯店即是懸臂式設計,雖然業者在2年前加柱支撐,但仍無法倖免。
郭文賓解釋,懸臂式建築最怕地震的垂直作用力,就像懸空的手臂上下震盪久了會發生疲勞問題一樣。921大地震時,很多懸臂式建築受到毀損,主因是921地震的垂直向地震力很強。
3. 不規則結構
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(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
所謂不規則結構包括:平面不規則與立面不規則。例如:花蓮雲門翠堤大樓類似V字形設計,即屬於平面不規則建物。郭文賓說,921大地震中倒塌的富貴名門大樓(彰化員林鎮)就是V型設計,加上樑柱又是「單跨度」
單跨即兩邊單一柱子加一道樑,雙跨是三根柱子中間兩道樑,單跨比雙跨單薄。
設計而發生問題。
立面不規則則如L型建物,矮的那一端接點會成為脆弱的受力點。
4. 違建、施工品質不良也會破壞結構
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(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
除了建物設計本身的先天問題外,施工品質不良或是使用者自行改建裝潢,都可能讓原本設計良好的結構失去平衡。這也提醒,不是921之後新建房子一定高枕無憂,遇到不良的施工品質、住戶自行亂改建,也會有風險。
譬如921地震中倒塌的新莊「博士的家」,事後發現建物鋼筋都是齊頭式斷裂。郭文賓解釋,混凝土柱中的鋼筋原就該錯層搭接,不能是齊頭式搭接,因為齊頭式的搭接會使地震作用力都集中在同一個斷面,錯層搭接才能使柱子的強度均勻。「博士的家」案例可看出營造商便宜行事,施工不良的後果。
另外,一棟樓的柱子應該從底層到頂樓直線連貫,整個結構系統才會受力均勻而穩固。若施工品質不良致使「柱線不連貫」,容易在不連貫處發生破壞,形成應力集中,增加結構破壞的風險。
5. 人為改建
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(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
(資料提供/郭文賓,設計/鄭涵文)
違章建築也會使建物承擔比原設計更大的地震力。尤其,很多頂樓加蓋違建不再是鐵皮屋而是更重的混凝土,更容易發生風險。報導花蓮地震中傾倒的「吾居吾宿」大樓疑似從6樓違建蓋到9樓,此部分勢必成為檢察官調查重點。

多一點警覺,請結構技師補強

下一次強震會發生在那裡?誰也無法精準預料。但是,地震科學家利用過去資料彙整的模型預測,試圖點出高風險區域,讓政府、民眾多一點警覺準備。
如果你家就正位在活動斷層附近,尤其是地震科學家馬國鳳點名的西南部幾條活躍斷層,或是房子結構設計明顯有缺失,那就得趕緊找結構技師來補強。
震識」網站副總編輯潘昌志提醒,科學家必須根據事實與證據說話,被特別標示出活動斷層的,就代表這些斷層確實有風險,但不代表其他區域就安全。充其量只能說,目前的研究跟證據還無法確認,不能誤以為在目前的活動斷層外區域就一定安全。

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本文依 CC 創用姓名標示-非商業性-禁止改作3.0台灣授權條款釋出

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