首頁>地震與樓房振動>建築物的外觀形狀與耐震性>扭轉現象-建築物的勁心與重心
 
 ● 什麼是「勁心」?

               用手指輕推放在桌上的直尺,如果推動的點位於直尺中點,直尺會「移動」,但如果施力的位置不在直
      尺的中點,直尺會「轉動」兼「移動」。
 

從中點推動直尺,直尺移動

從側邊推動直尺,直尺移動與轉動
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                以下利用鞦韆說明什麼是「勁心」。正常鞦韆的兩條繩索粗細相同,手指輕輕碰觸木板的中點,鞦韆筆
        直移動。這個鞦韆結構,木板的中點就是鞦韆的勁心。

 
手指輕輕碰觸木板的中點 從鞦韆上方觀看,木板筆直移動
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                   手指輕輕碰觸木板側邊,木板發生移動與轉動,所以這個碰觸點不是鞦韆的勁心。
 
手指輕輕碰觸木板側邊點位 從鞦韆上方觀看,木板移動與轉動
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                   如果繩索粗細不一,勁心的位置會偏移。手指輕輕碰觸木板的中點,木板發生移動與轉動,因為勁心已
        不在木板中點。
 
繩索粗細不同,手指輕輕碰觸木板中點 從鞦韆上方觀看,木板移動並轉動
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                 手指試著輕輕碰觸木板上其他位置,直到找出使木板筆直移動的點,那一點即是勁心。所以,勁心的位
      置是由兩條相對粗細的繩索決定的,而且是位於靠近粗繩索的那一側。
 

繩子粗細不同,試著找到勁心的位置

從鞦韆上方觀看,木板筆直移動

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勁心和重心位置不同,造成扭轉
 
               推動鞦韆橫桿,使鞦韆運動。如果繩索的粗細一樣,勁心與木板板的重心位於同一點,木板以筆直的路
       徑移動;如果繩索粗細不一,勁心往較粗的一方偏移,此時勁心和重心不在同一點,木板會移動並扭轉。
 
勁心和重心相同,木板筆直移動 勁心和重心不同,木板移動並扭轉
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                                            影片來源 :國家地震工程研究中心
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               建築物在地震時的受力情形,就如同推動橫桿讓鞦韆擺動一樣。造型簡單對稱的建築物,勁心和樓板重心
    同樣位於中心點,地震時建築物單純地左右搖晃,並不會發生扭轉。
 

 

造型簡單對稱的建築物,勁心和重心在同一點,地震時,建築物單純地左右搖晃

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               如果建築的樓板形狀對稱,但柱子粗細不同,勁心與重心不在同位置上,地震時建築物除了左右搖晃外,
    還容易發生扭轉。
 
  勁心和重心不在同一點,地震時,除了左右搖晃外,建築物還會發生扭轉行為
 

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         地震時建築物如果發生扭轉行為,柱子
同時承受水平力量與扭轉力量,加重柱子的
負擔。扭轉力量宛如扭毛巾,使柱子受損更
嚴重。

2000年331地震中,臺北縣土城市
一棟樓房,柱子呈現扭轉破壞

 

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         還有哪些因素會造成勁心與重心不在同一處,
使建築物在地震時扭轉呢?我們繼續以鞦韆為例說明。

         如果木板為長方形,繩索粗細相同,但長度不同,這時鞦韆的勁心偏移,使得勁心與重心的位置
不同。推動橫桿時,木板移動並扭轉。


繩索長度不同,木板移動並扭轉

 

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             同樣的原理,斜坡上的建築物如果一側為長柱,一側為短柱,地震時,建築物同時發生移動與扭轉。

 
              建在斜坡的建築物側面 地震時,柱子長度不同的建築物會產生扭轉
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        鞦韆繩索粗細相同,長度也一致,勁心仍維持
在木板的中點,但如果木板左右不對稱,會使重心
偏移,勁心與重心的位置不同。推動橫桿時,木板
移動並扭轉。


木板左右不對稱,運動時造成移動並扭轉

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勁心和重心位置相同,可以避免扭轉

               外型不對稱的建築物,地震時一定會發生扭轉行為嗎?事實未必如此﹗只要讓勁心和重心的位置一致,
      就能避免扭轉行為發生。以平面形狀為等腰梯形的建築為例,因樓地板不對稱而造成重心偏移。若加粗部份
      柱子,調整勁心位置,使勁心和重心一致,即可避免建築在地震時發生扭轉。

               然而建築物的形狀越複雜,欲使勁心和重心一致的工程計算與工程實務難度越高,容易因少許誤差造成
      意外的扭轉,而不利於建築的耐震性。因此工程師建議購屋時,最好是選擇外型簡單對稱的建築物。
 

勁心和重心位於不同點,
地震時,建築容易發生扭轉行為
勁心和重心位於同一點,
地震時,建築不會發生扭轉行為