(本篇轉載自科技部高瞻自然科學教學資源平台)
吳宗翰 國立臺灣大學土木工程系 博士生
臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界處，菲律賓海板塊以每年8.2公分的移動速度向西北移動[1]，由於兩塊板塊互相推擠的過程中能量不斷累積，當其能量累積到一定程度便會釋放出來，而造成地震。因此臺灣經常發生地震，一般民眾常會有房子蓋得愈高，地震所造成的搖晃就會愈大，房子愈不安全的疑慮。其實，並非房子愈高，就愈不安全，房屋安全與否主要跟房屋本身的結構有關，而搖晃程度則與建築物自然振動頻率與其阻尼比有關係，阻尼比可簡單解釋為系統削減掉的振動能量與原系統振動能量之比例，阻尼比一般會介於0~1，當阻尼比恰好等於1時，系統可以有效的削減振動能量，少數情況下阻尼比會大於1，表示物體受到外力不會振動，但需要花一段時間漸漸回復至原本狀態，例如記憶枕頭；而當建築物自然振動頻率與地震所造成的振動頻率達簡單整數，如1:1、1:2、2:3時就會產生共振現象，建築物的振動幅度會因為共振而有加成的作用，如圖1。而曾有學者針對灣地區建築物高度與基本振動周期之相關性進行研究[2]，該研究指出，鋼筋混凝土設計的房子，其高度與周期計算如公式(1)，其中T為周期，hn為地表面至頂樓之高度；依據公式(1)反推hn則會如公式(2)
圖1、共振現象的發生原因
根據中央氣象局地震報告[3]，九二一大地震時車籠埔斷層由南端的振動周期約為0.25秒；北端的振動周期約為1秒，依據公式(2)可推算會產生共振的大樓高度約為14公尺及80公尺，再依據每層樓高3.6~4.2公尺來反推，在斷層北端對於樓層數3-4樓的RC建築有較大的振動幅度；在斷層南端對於樓層數19-22樓的RC建築有較大的振動幅度。然而地區不同，其地質條件亦不同，因此由於地震所造成的振動頻率也會有所不同；像臺北信義區的地震頻率一般介於0.8~3Hz[4]，換算成周期則介於0.33~1.25秒，再換算成大樓高度則是20~100公尺高，約為4-6樓高的建築物以及23-28樓高的建築物。而花蓮地區，由於地質相較於臺北盆地來得堅硬許多，自然振動頻率較高，振動周期較短，因此低矮的建築物對於地震較容易產生共振現象。
一般來說，地質愈是堅硬，自然振動頻率愈高，周期愈短；地質愈是鬆軟，自然振動頻率愈低，周期愈高；而建築物的樓層數愈高，建築物的振動周期會愈長，相同高度的鋼構建築又會比RC建築的振動周期來得更長，因此在選購房屋時，應該盡可能地與該地的地震振動頻率錯開；因共振行為會放大地震振動幅度它可因該建築物的阻尼而降低，阻尼比愈高的建築物可以在建築物振動時產生反向的運動行為，藉此來抵銷原先的振動幅度。臺北101大樓上巨大的阻尼球即為一用來抵銷振動幅度的案例，不過像101如此的高樓，相較於地震所產生的振動較不容易與地震產生共振現象，反倒較容易與風造成的振動產生共振現象。
參考文獻
一般因為地震而導致房屋損壞的原因主要包含【5】：弱柱行為的破壞、短柱行為的破壞、軟弱底層的破壞、鄰棟建築物相碰撞的破壞、開孔造成的破壞、樑柱接頭的破壞、以及建築物基礎設計不當，造成地基下陷，挑選建築物時除了避開會與該地區的地震產生共振現象的建築物外，還要注意其結構是否有針對以上常會遇到的建築物破壞模式進行設計，並盡可能挑選有加入阻尼設計概念的大樓，以提供安心的居住環境。
- Yu, S.B., Chen, H.Y., and Kuo, L.C., “Velocity field of GPS stations in the Taiwan area,” Tectonophysics, vol. 274, pp. 41-59, 1997.
- 洪李陵、黃偉倫、劉坤松、林昭儀，台灣地區建築物高度與基本振動周期之相關性研究，中央氣象局地震測報中心科技報告彙編，19，161-238，1998。
- 馬國鳳、王乾盈，九二一大地震報告，經濟部水資源局，http://kbteq.ascc.net/archive/wcamoea/wcamoea1.html。
- 王貞琇，碩士論文，台北市信義區場址效應之研究，中央大學，2004。
- 羅俊雄，期刊論文，地震災害及防治，科學月刊，30(8)，640-647，1999。
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