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研究生: 許登晏
Hsu, Deng-Yen
論文名稱: 微振法應用於評估建物固有頻率與場址效應可行性之研究
Study on the Feasibility of Using Microtremor Measurements to Determine Building Natural Frequencies and Evaluate Site Effects
指導教授: 吳建宏
Wu, Jian-Hong
李德河
Lee, Der-Her
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2026
畢業學年度: 114
語文別: 中文
論文頁數: 113
中文關鍵詞: 微振動固有頻率場址效應卓越頻率共振效應
外文關鍵詞: Microtremor, Natural frequency, Site effect, Predominant frequency, Resonance effect
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  • 在全球之震災經驗中,建築物破壞程度除受震級影響外,當其固有頻率與場址卓越頻率接近時,共振效應將顯著放大振動反應並加劇損傷。然而現行耐震規範經驗公式估算之基本振動週期,與建築物常時實測值有明顯落差;加以台灣1974年前尚無完善耐震規範、1999年前設計標準亦相對較低,使既有建築實際動力特性與規範推算值存在差距。故建立能反映建築物實際基本振動週期之評估方法,對震災防治與場址效應評估實有迫切性。
    本研究採微振量測,結合頻率響應函數關係式,針對樓高20公尺以下低樓層建築擷取動力特性,回歸出其固有週期經驗公式;並結合前人針對20公尺以上高樓層建築之經驗公式,共同分析2016年0206美濃地震中台南市倒塌、崩塌及重大損害之災損案例,推算其基本振動頻率,與場址卓越頻率比對,藉以檢核受損建物與場址效應之關聯性,釐清結構共振之物理機制。
    最終針對人口稠密之南台南與北高雄地區進行場址效應潛勢評估,透過場址頻率分布,建置「南台南及北高雄地區共振高潛勢樓層及行政區對照表」,劃分各區易引發共振之高風險建築樓層數,作為未來都市防災規劃與結構設計之參據,並期望本研究評估共振機制之方法論,能延伸至場址之於結構損傷的診斷與健康監測等範疇中。

    Global earthquake experience shows that building damage depends not only on seismic magnitude but also on resonance, which occurs when a building's natural frequency approaches its site's predominant frequency, amplifying vibration response and damage. However, code-based empirical formulas for fundamental periods differ significantly from actual measured values, and Taiwan's pre-1974 and pre-1999 seismic standards were relatively inadequate, causing discrepancies between existing buildings' actual dynamics and code estimates. This urgency motivates developing a method reflecting actual fundamental periods.
    This study uses microtremor measurement with frequency response functions to derive an empirical period formula for low-rise buildings (<20 m), integrating it with existing formulas for high-rise buildings to analyze damage cases from the 2016 Meinong Earthquake in Tainan. Estimated frequencies are compared with site predominant frequencies to examine damage-resonance correlations and clarify resonance mechanisms.
    A site-effect assessment for southern Tainan and northern Kaohsiung produced a resonance-prone story/district table, identifying high-risk building heights per area—providing a reference for urban disaster planning and structural design, with potential extension to rapid structural health diagnosis.

    摘要I AbstractII 誌謝VIII 目錄IX 表目錄XI 圖目錄XII 第一章緒論1 1.1 前言1 1.2 研究動機及目的2 1.3 研究流程3 1.4 論文大綱4 第二章 文獻回顧5 2.1 微振動5 2.1.1 微振動介紹5 2.1.2 微振動評估場址效應之適用性7 2.1.3 微振動分析方法9 2.1.4 單站頻譜比法10 2.1.5 卓越頻率、放大係數與沖積層厚度、剪力波速之關係15 2.1.6 微振動之H/V頻譜圖波形穩定性18 2.1.7 微振量測建築物基本振動週期22 2.1.8 小結26 第三章 研究區域介紹27 3.1 南台南區域地形與地質概況27 3.2 北高雄區域地形與地質概況32 第四章 研究方法35 4.1 微振儀簡介35 4.2 現地微振動量測與資料轉換37 4.2.1 現地微振動測量37 4.2.2 量測資料轉換41 4.2.3 微振動數據判讀44 第五章 研究分析與結果49 5.1 建立建物實測固有週期之回歸經驗公式49 5.1.1 微振法應用在探求建物之固有頻率49 5.2 檢核美濃地震災損建物是否發生場址效應52 5.2.1 推算建築物之常時及空構架的基本週期52 5.2.2 磚牆損傷程度與建物基本振動頻率之關係54 5.2.3 檢核美濃地震災害建物案例與場址效應相關性56 5.2.4 小結74 5.3 南台南及北高雄地區之場址頻率與建物共振特性分析76 5.3.1 南台南及北高雄地區之場址頻率與建物共振特性分析76 5.3.2 南台南及北高雄地區之共振高潛勢樓層及行政區78 第六章 結論與建議79 6.1 結論79 6.2 建議81 參考文獻82 附錄A 本研究調查建物之轉換函數頻譜圖86

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