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當地震來臨時,你家房屋的搖晃有多劇烈?

當我們去中醫診所時,醫師往往都會把手指併攏,搭在我們的手腕上,時而舉起其中的一兩隻手指,變換著不同的手勢進行把脈,目的便是藉由脈搏了解我們身體的狀況。脈搏,可以反應每個人的身體特徵;同樣地,房屋也有脈搏,我們通常會稱之為房屋的「自然振動週期」。

    還記得單擺運動嗎? 在擺錘重量不變的情況下,單擺的擺長越長,擺錘來回一個擺動所需要的時間就越久,代表單擺的週期越大;反之,擺長越短,單擺的週期也就越小。房屋的自然振動週期也是一樣,一般來說,越寬矮的房屋,週期越小,而越高瘦的房屋,週期也就越大。不同的房屋會有不同的週期,工程師可以由此推算出當地震來臨時,房屋所受到的衝擊力會有多大。

越寬矮的房屋週期越小,而越高瘦的房屋週期也就越大。越寬矮的房屋週期越小,而越高瘦的房屋週期也就越大。

    當地震來臨時,你家房屋的搖晃會有多劇烈呢?想要知道這個問題的答案,首先就必須了解甚麼是「共振現象」。想像一下,小時候玩盪鞦韆的時候,該怎麼做才能夠使鞦韆越盪越高呢?相信大家都知道,光是使用蠻力是不夠的。如果要使鞦韆擺動的幅度快速增加,就必須懂得,當鞦韆移動到最高點的時候,適時施加反向的力量。如此,我們也可以說成:「若是施加的力量與鞦韆的自然振動週期一致,晃動程度將會快速增加」,而這就是所謂的「共振現象」。

若是施加的力量與鞦韆的自然振動週期一致,晃動程度將會因為共振而快速增加。若是施加的力量與鞦韆的自然振動週期一致,晃動程度將會因為共振而快速增加。

    房屋也是如此,若地表振動的週期,接近房屋的自然振動週期,房屋將會在地震中感受到非常明顯的搖晃當然,這跟地震的程度也有關係!)然而,地震並不會只以單一振動週期發生,因此,若要知道你家房屋的搖晃有多劇烈,就必須透過設計反應譜。

    什麼是設計反應譜呢?簡單來說,專家學者利用統計的方式,以每個地區歷史上曾經發生過的地震作為樣本,經由運算歸納出,不同週期的房屋,在該地區地震下的反應。而此種歸納結果便是所謂的設計反應譜!

    加速度設計反應譜是一種工程上常用的反應譜,根據自然振動週期,可以很快速的查到房屋的加速度反應;再根據牛頓第二運動定律:力量等於加速度乘上物體質量,我們就可以很輕易的聯想到,如果加速度反應越大,代表房屋的搖晃程度也就越大喔。

每個地區的設計加速度反應譜皆不盡相同。每個地區的設計加速度反應譜皆不盡相同。