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    轟動全球的臺灣之光周中哲 制震黑科技雙核心自復位斜撐

    【文/住展房屋網】民間不少新建案號稱是「制震宅」、「隔震宅」,而這類建案所用的阻尼器、制震壁、隔震器等建材,產地大多來自於日本、美國等。業者愛用美、日洋貨,原因其實很簡單,因為消費者對舶來品接受度較高。

    最令大眾想不到的是,其實臺灣耐震技術領先全球,可惜國人對相關產品不夠熟悉。近年以來,臺灣更研製出最先進的「雙核心自復位斜撐」(全名為『雙核心預力拉伸自復位消能支撐裝置』),除了能夠消能耐震外,還可提升建築物回復地震前狀態(自復位)的能力,避免建築物在震後產生過大變形、或者傾倒致難以修復。

    乍聽之下,這種自復位能力類似形狀記憶合金智能材料的行為,似乎不存在於現實建築物的「黑科技」,但臺灣確實做到了,且製造成本遠低於使用記憶合金材料。這項獨步世界的關鍵推手,正是臺大土木系教授、現任國家地震工程研究中心主任周中哲;周中哲率領的臺大土木研究團隊,經多年努力後終於研發成功,取得美、日、臺、大陸等發明專利。

    雖然「自復位能力」技術已在紐西蘭、日、中、美及加拿大等國引起旋風式研究發展,也已付諸於實際美國、紐西蘭的新式建築物抗震或日本墨西哥等地震頻繁國家的舊建築物(包含校舍或醫院)的耐震補強,但在臺灣卻鮮為人知。為了把「臺灣之光」發揚光大,教育部在二○一九年成立「臺灣智財加值營運管理中心」(簡稱IMPACT),由具智財、產學、技轉相關經驗之專業團隊整合關鍵資源,提供專利佈局暨推廣運用等加值服務,漸漸地把這些黑科技推廣開來。

    IMPACT專業經理人除協助周教授研發團隊辨識該工程技術重要關鍵特徵,並極力協助媒合全球多家相關廠商,以期共同協力找尋技轉承接對象,讓周教授深耕已久的國內學界技術能嘉惠世界,使臺灣之光能照耀全球。

    轟動全球的臺灣之光周中哲 制震黑科技雙核心自復位斜撐

    說到底,「雙核心自復位斜撐」到底厲害在哪裡,而購屋族又該怎麼選擇耐震宅?這些問題就讓周中哲教授來解答吧!

    問:現在耐震技術已經非常成熟,為何會想研發新的自復位斜撐?

    答:目前相關技術確實成熟且多元,但仍有美中不足之處。比如說,一九七○至二○○○年代常見使用的「同心斜撐」抗震結構,運用相當廣泛,但缺點是大地震時斜撐會產生挫屈變形,震後修復不易。二○○○年以來廣泛使用的「挫屈束制斜撐」可以避免斜撐受壓挫屈,但無法遏止大地震後房屋側位移、傾斜等問題,尤其是離斷層近的建築物將來易受到近斷層地震的高速度脈衝震波襲擊。

    二○一一年紐西蘭基督城大地震,我們團隊親赴當地研究房屋受損狀況,發現大部份建築物達到「大震不倒」的要求,但多數建築卻嚴重側向傾斜,修復補強不易,更重要的是地震保險公司無法評估這些震損補強後建築物的抗震能力及使用年限,最後均面臨拆除重建命運,這些額外的建築廢棄物處理也再次對環境造成衝擊。

    我們團隊一直在思索,能不能發展一個具有上述抗震斜撐消能的優點,卻沒有它們缺點、發展更好的產品,把斜撐做到擁有「彈簧+消能」雙重功效(即自復位消能),但避免使用昂貴的形狀記憶合金材料,提供建築物經歷地震搖晃後再回到原始形狀的能力,避免震後傾斜、或者殘餘變形過大而難以修復。基於這種想法,便開始投入研發,研發成功後不僅取得多國發明專利,也榮獲二○一七年韓國首爾國際發明金牌獎及特別獎、二○一八年經濟部「國家發明創作獎」發明金牌、二○二○年科技部「未來科技獎」等國內外獎項肯定。

    問:「雙核心自復位斜撐」大概原理為何,真的有這麼厲害嗎?

    答:我們主要是利用三組鋼構件與二組鋼絞線拉力構件並聯組成,改變傳統斜撐中的力學及消能機制,利用工程界常使用的鋼絞線預拉力提供斜撐自復位的能力,結合鋼板或挫屈束制斜撐來消能,斜撐變形量可達傳統自復位斜撐變形量的兩倍,還能讓建築在震後回到震前情況,與傳統位移型斜撐均只能消釋地震能量截然不同。

    經過實驗驗證,單支「雙核心自復位斜撐」可以抵禦高達六、七百噸地震力量,並達到自復位效果。不僅如此,我們也成功進行過全世界首次的全尺寸二層樓鋼造自復位斜撐構架試驗。不管是建築物地震模擬或實證,均已證明消能與自復位能力的結合是能提供建築物具有類似形狀記憶合金的受力行為。

    問:在研製過程中,遇到較大的困難是什麼?

    答:一般常見的研發問題難免都會碰到,但有一項阻礙確實未曾預想過,那就是「產品太先進了,廠商反而不會做」。

    不過,很幸運的是遇到的廠商心態非常好,願意學習創新的原理與知識,我們團隊就逐一教技術人員按分解圖製造,最後順利解決生產端的問題,現在已經能順利量產了。可以很自豪的說,「從材料、研發、設計到製造,全都來自臺灣」!

    問:「雙核心自復位斜撐」功能這麼神奇,售價會不會比較貴?

    答:單價確實比傳統斜撐貴,但此新式斜撐具有記憶合金智能材料的受力行為,貴與便宜就要看業者、消費者如何去解讀;雖然初始成本貴了一些,但日後遇到大地震,可以省下龐大的建築修繕費用,又能保障全家人生命安全。如果以建築全生命週期來評估,「雙核心自復位斜撐」的價錢是非常合理的。

    問:「雙核心自復位斜撐」在臺灣運用較少,但在國外卻引起轟動,我看到大陸、美國、日本等地,都有廠商推出相關產品,他們並非每家都付專利費吧?您不會覺得心血被抄襲而不甘心嗎?

    答:畢竟在我心中,研發出這項技術首要目的是進一步的提升「居住安全」,我們目前的科研知識仍無法預測下次地震何時發生、在哪裡發生、也不知會不會有更大更具破壞力的地震,我寧願把時間花在與學生一同研發、創新設計,實驗驗證及教育學子不斷解決工程問題上,至於盈利、訴訟並非我們大學老師教研主要的目的。

    事實上,看到國外機構參考我們發明的產品並能有持續研發投入,我們就很有成就感,表示自己的研究獲得國際認同,吸引更多不同學者投入,這不就是永續「創新研發」的價值?如果從臺灣研發出來的技術能夠造福世界其他角落的人類,那也是好事一件,不是嗎?

    問:民間不少建案號稱是「制震宅」,但制震效果到底如何,若未經過電腦運算其實難以分辨。請教您,消費者該如何分辨真、假制震宅?

    答:坊間建案講「制震宅」,但應該是說「耐震」比較正確,不管是裝制震壁、阻尼器、隔震器或斜撐,都是讓房子更耐震,減少地震的災害。

    沒錯,房子耐不耐震很難以外表分辨,一般建築物總高度超過50及地下室開挖超過二層都會額外需要建築結構外部審核,也就是新建案除了一般的設計外,還需另一個獨立機構進行建築結構的設計審查,我們看到地震倒塌的建築物很多是地下室一層,樓高四○多公尺來規避結構外審的案例,臺南維冠大樓倒塌即是一例,不過消費者可以以下幾個方向去判別:

    一、看數量。制震器安裝數量多總是比數量少來得好。

    二、看樓層。安裝的樓層越多,優於只裝二、三個樓層,如果超過三分之二樓層有安裝,那會更為理想。

    三、看座向。通常建築物的南北向及東西向都有安裝比較好,民眾可向業者詢問安裝位置來判斷,但不一定是緊鄰自己這戶才有效。

    四、看態度。如果業者願意揭露各項資訊,包括電腦分析模擬數據,袒裎接受質詢,這種建案比較值得信賴。但若一問三不知又迴避問題,那自己就要心知肚明。

    臺灣耐震技術 轟動全球的臺灣之光周中哲 制震黑科技雙核心自復位斜撐
    周中哲教授與國立臺北科技大學李達生特聘教授。

    周中哲小檔案:
    臺大土木系教授
    國家地震工程研究中心主任
    美國加州大學聖地牙哥分校結構工程博士

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