蔡榮根觀點：我住的房屋可以抗幾級地震？

2024年4月3日上午7：58，花蓮外海發生芮氏規模7.2地震，除了震央所在地的花蓮多棟房屋倒塌或震毀、造成人員傷亡外，各地也有不少災情。大家都很關心「我住的房屋可以抗幾級地震？」這是結構技師常被問到，但卻是很難用三言兩語說清楚的問題。在回答這問題之前，我們先來弄清楚「地震規模」和「地震震度」兩者的區別，一般人很容易將它們混淆。

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地震的「規模」與「震度」

地震是因為地殼板塊運動相互擠壓，引起地殼岩層斷裂錯動，長期累積的能量瞬間被釋放出來而發生。地震時岩層內最早發生錯動之處稱為「震源」，震源正上方的地表位置稱為「震央」，即中央氣象署地震報告中之「位置」。震央與震源之間的距離稱為震源深度，即地震報告中之「地震深度」，以公里為單位。

地震規模 (Magnitude) 指地震「釋放出來的能量」，全球有數種不同量度規模的方法，臺灣採用 「芮氏規模」，直接用數字表示而不加單位，並顯示到小數第一位，例如921集集地震為芮氏規模7.3；地震規模每增加0.2，釋放能量約增加一倍。規模相差1.0，釋放的能量相差約31.6倍，規模相差2.0，釋放的能量相差約1千倍。例如規模6.0地震所釋放的能量約為規模5.0的31.6倍。規模7.0地震所釋放的能量與規模5.0相差約1千倍。規模8.0地震所釋放的能量則與規模5.0相差高達3萬2千多倍；中央氣象署常用相當於幾顆廣島原子彈爆炸的威力，來描述地震所釋放的能量，例如規模6.0相當於0.5顆、規模7.0相當於15.9顆、規模7.5相當於89.4顆、規模8.0相當於502.7顆等。

震度 (Intensity) 指地震時地面的「搖晃程度」及對人、房屋和地況的影響。我們在地震時感受的搖晃，是從震源傳來的地震波對地面突然產生往復的加速度所引發，地震學家因此用「地表加速度」的大小來衡量地震「震度」的大小。歐美及中國大陸將震度分成0〜12級，台灣沿襲日治時代的習慣分成0〜7級，0級為無感地震。中央氣象署自2020年起，綜合考量地震時的「最大地表加速度」和「最大地表速度」兩項觀測數值，將5、6級再細分為5弱、5強及6弱、6強，最高震度仍為7級；想像我們正在搭一輛以時速60公里/小時行進的公車，如果司機突然緊急煞車，在3秒內完全停止，此時我們在公車上感受到的衝擊大約就相當於達到舊制7級（新制6強）的地震震度，沒有繫安全帶的乘客，整個人會往前撞擊到前方椅背或擋風玻璃，站著的乘客應該都會跌倒，即使沒有受傷也會受到相當程度的驚嚇。

影響各地震度大小的因素包括地震規模、震源深度、與震央的距離、該地的地質特性等。一般來說，地震規模越大、震源深度越淺、離震央距離越近、地質越軟弱，感受的震度越大，對建築物的破壞力也越大。如前所述，地震「規模」的大小無法反映地震時地表搖晃的程度和可能造成的災情，因此耐震設計規範採用「震度」的大小做為建築物的耐震設計標準。本文以下提到「地震」除特別提到它的規模外，均指「地震震度」。

耐震設計基本原則

以現在的科技雖然可以建造遇罕見大地震仍然不會壞的建築物，如核電廠機組的廠房。但考慮社會資源有限和購屋者的負擔能力，不可能將我們的住屋都比照核電廠設計建造，因為這樣蓋出來的房子梁柱都會很粗壯，牆也會很厚像碉堡一樣，不但昂貴而且佔用很多使用空間，恐怕也很少人願意住在裏面。因此全世界的耐震設計規範都是在安全與經濟之間求取平衡點。

愈小的地震，發生頻率愈高。愈大的地震，重現周期愈長，在建築物使用年限內會遇到的機率愈低；各國的耐震規範大多以每475年預期會發生一次的「最大地震震度」，做為建築物抗震設防的基準，這一基準在我國耐震規範的正式名稱是「設計地震」，為有助於讀者了解，本書將其稱為「設防震度」。「設防震度」是地震工程學家假定新建物的預期使用年限為50年，根據新建物所在地的地震觀測歷史紀錄、地盤構造、距活動斷層遠近及其活動性等資料，運用地震危害度分析方法定出來的，所以每一地區的「設防震度」大小都不一樣。新建物所在地未來50年內受到地震侵擊所引發的震度，會超過475年一遇的「設防震度」的可能性只有10%，有90%的機率不會超過。建築物如果遇到設防震度這樣大的地震，遵循耐震規範興建的建築物只會局部受損，主要結構體不會產生大的破壞，經過修繕或補強後仍可能繼續居住；此一「設防震度」即白話口訣「中震可修」所稱的「中震」。

建築物只要確實遵照耐震規範設計和興建，它的梁柱等主結構體就會有穩定的大變形能力(稱之為韌性)，在大地震中不會突然斷裂，當遭受到2500年一遇的罕見大地震侵擊時，房屋可能被震毀，但不會突然崩塌。不會有如921大地震時台北市東興大樓像千層派般的崩塌，倒塌後樓層間的空隙不到20公分，連災後搶救都困難。或者如2016年美濃地震時台南市維冠金龍大龍瞬間倒塌平躺在地上，讓裏面的住戶來不及逃生，此即所謂「大震不倒」。在建築物預期的50年使用年限內，遇到這樣罕見大地震侵襲的機率只有約2%。

依照規範設計的建築物可以抗幾級地震

因為每一個地區過去觀測到的地震歷史紀錄不同，所以地震工程學家為每一個地區訂定的「設防震度」也不同。下表以台北市信義區、新竹市東區和花蓮縣玉里鎮為例，說明這些地區的「設防震度」所對應的地表震度級數。這些地區的房屋如果依照耐震規範設計興建，遇到平常的中小地震，應不會有任何損壞；當遇到超過「設防震度」的地震（如台北市信義區相當於5級地震震度，新竹市東區或花蓮縣玉里鎮相當於6級地震震度），雖然可能會產生一些損壞，但經過修復後仍可繼續居住。如果遇到超過「設防震度」很多的罕見大地震，房屋可能被震毀，但不會突然崩塌，能讓住戶有逃生的機會。這就是所謂「小震不壞、中震可修、大震不倒」的耐震設計基本原則。

因此我們可以這樣說：遵照耐震規範設計興建的新房屋，台北可以抗5級地震（震度），新竹或花蓮可以抗6級地震（震度）。若遇到更大的地震侵擊，房屋可以被震毀，但不會突然崩塌，能讓裡面的住戶有逃生的時間和空間；台北與新竹或花蓮的房屋雖然抗震級數不一樣，但他們在未來50年內，都只有10%的可能性會遇到超過它們抗震級數的地震，它們保障我們生命和財產安全的抗震設防標準是一樣的。

人類自1890年代起（台灣自1897年12月19日起）才開始有現代化地震觀測儀器，因此各地區的地震觀測紀錄歷史都不超過150年，地震工程學家只能利用有限的觀測紀錄來建立預測模型去推估475年一遇的最大地震，或2500年一遇的最大地震，其準確度自然受到限制。因此無論是日本1995年的阪神地震或2011年的東日本311地震、1999年台灣的921地震、2008年中國大陸的汶川地震，及2010年的海地大地震等都超過地震學家原先預估的規模，因此地震工程學家常常會根據新增加的觀測紀錄，建議提高建築規範的耐震設防標準，如我們在921地震後也大幅提高各地的耐震設計標準。

買不到（買不起）921地震後興建的房子怎麼辦 ? 

1999年921地震後政府全面提高建築物的設計地震力，因此社會上普遍認為921地震後興建的房屋才是安全的，但921地震後興建的房屋僅佔屋市的一小部分，新建案的房價也不是所有人都負擔得起的，那怎麼辦？

如前所述，921地震前興建的房屋經不起大地震的考驗，主要原因是沒將1982年頒佈的耐震規範落實在設計上和施工不確實所造成的。1995年日本阪神地震和2011年東日本大地震時，當地的震度也都比他們的耐震規範規定的設計標準大很多，但根據日本1981年規範興建的房屋仍沒有造成太多人命傷亡，關鍵是耐震規範能夠被落實。

台灣在921地震前興建的建築物普遍沒有落實耐震規範的規定，但重災區的房屋還是有很多沒倒塌的。這是什麼原因？其中一個原因，是很多在設計時沒計入貢獻的牆面幫忙發揮了抗震保命功能，另一個原因是沒倒塌的房屋大致格局比較對稱方正。

耐震規範最重要的基本原則是避免建築物平面格局和立面外觀的不規則，因爲這樣才能避免地震力集中在少數的梁柱上，造成局部的梁柱斷裂後連鎖反應引致房屋倒塌；根據國家地震工程研究中心和結構技師公會等對921地震和後來幾次震災的調查，倒塌房屋的空間設計和梁柱配置，絕大部分嚴重違反耐震規範的基本原則，因此大家在選購中古屋時應盡量選擇格局對稱方正的建築物，避免從外觀和格局看起來有重大耐震缺陷的房屋，即使是選購921地震後興建的房屋，這一點也是非常重要。

＊作者為台大土木工程博士，台北市土木建築學會理事長，前中華民國結構技師公會全國聯合會理事長。著有《狼煙未燼》。