國立宜蘭高級中學 96學年度數理自然科學專題研究 別讓高牆倒下—...

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- 1 - 國立宜蘭高級中學 96 學年度數理自然科學專題研究 別讓高牆倒下— 地震波與建築物結構之探討 者:21324 鄭有為 21326 林容璿 21328 張卜云 指導老師:林清正 老師

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  • - 1 -

    國立宜蘭高級中學

    96 學年度數理自然科學專題研究

    別讓高牆倒下—

    地震波與建築物結構之探討

    作 者:21324 鄭有為

    21326 林容璿

    21328 張卜云

    指導老師:林清正 老師

  • - 2 -

    壹、研究起始:

    一、題目決定:

    我們三人先依個人想要研究或有興趣的題目做初步的計畫摘要,分別提出了酸雨、海岸退後

    以及雪山隧道岩層等題目,並對彼此進行簡述研究的方法及概要。後來發現學長們遺留下來

    的研究似乎也能進行有關地震方面的探討,我們便利用既有的器材進行研究。

    二、過程:

    剛開始的研究腳步很慢,因為雖然有大方向,但是我們還不是很確定研究的細節要朝哪個枝

    節進行,於是我們先從找資料開始著手,閱讀其他研究團體與我們研究相關的文章與研究,

    希望藉由此讓我們的研究更加嚴謹與創新。配合科展與專題研究計畫的腳步,我們在研究過

    程中不斷地修正與檢討,確定了研究目的與方法進而繼續實驗操作與分析。而在研究的過程

    中,我們也將所想到的、所看到的用筆記錄成實驗記錄。

    貳、研究內容:

    一、摘要:

    建築物的結構與地震的震度與規模有著相當大的關連性:在不同搖晃頻率與搖晃時間下,對

    建築物各部份的搖晃情況,應有一定的影響。高一基礎地球科學曾經學習過地震波分為 S 波、

    P 波與表面波等等,其中又以 S 波對建築物的破壞最為嚴重,因此藉由模擬地震波使建築模

    型產生各個質點上的搖動,藉以探討地震波與建築物的相關性,並加以延伸至許多建築物倒

    塌的實例。

    二、研究動機:

    台灣地處歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊之聚合性板塊交界處,時常發生大小不一的有感、無

    感地震。而身在宜蘭的我們,更常受到菲律賓板塊在我們東部外海時隱沒到歐亞板塊之下所

    引發的地震影響。在一九九九年發生的九二一大地震,深深地震撼台灣這個島嶼,雖然在宜

    蘭沒有嚴重的災情傳出,但在震央南投集集附近周圍的許多地區,都傳出有房屋倒塌、而遠

    在北部的台北也造成了高樓倒塌,奪走了許多人的生命。

    由於台灣地狹人稠,建築大樓不免愈來愈高,在高樓的不同樓層中搖晃的差異是如何情形?

    從九二一地震的建築物破壞的消息中發現,位在同一震度的區域,倒塌並非一定是最高的大

    樓。去除人為偷工建築的因素之外,我們推想是否房屋結構形狀、座向與大樓共振效應有關?

    因此我們在實驗室中設計建築物模型,利用數位攝影機拍攝建築物搖晃情形,並輔以影像分

    析軟體(Tracker),希望能解答我們心中的疑惑,並對建築物破壞與地震波之間的關係有進一

    步的了解。

    三、研究目的:

    1、了解建築物不同高度及樓層的搖晃差異。

    2、比較不同形狀建築物及座向的搖晃破壞差異。

  • - 3 -

    3、探討大樓共振現象與大樓倒塌相關性。

    4、探討超高建築物阻尼球的設置與減震效果。

    四、研究設備及器材:

    1、彈珠 X700。

    2、7 號彈簧 30cm 數條。

    3、木板 30cmX50cm。

    4、滑輪 X4 個。

    5、數位錄影機 X2 台。

    6、數位相機 X1 台。

    7、熱熔膠、瞬間膠等黏著劑、黏土 X2 包。

    8、節拍器。

    9、碼表、倒數計時器。

    10、鐵製外 U 型平台 40cmX80cm。

    11、L 型鐵條 X2 條、細鐵條 X2 條。

    12、攝影機三腳架 X2。

    13、影像分析軟體 Tracker。

    14、影片轉檔程式 ImTOO MPEG Encoder 3。

    五、研究過程與方法:

    1、組裝及製作模擬地震波之搖晃產生裝置(圖 1)。

    (1)步驟 1:

    我們想了很多可能可以產生搖晃的方法,原本想要在平台滑車的兩側木板上與外鐵片上黏接

    彈簧,藉由彈簧的壓縮產生搖晃。實作後發現粗彈簧的彈性係數太大,壓縮彈簧後平台滑車

    的搖晃時間很短暫,質點只有做一些些的搖晃而已,不容易做比較。使用彈性係數較小的彈

    簧卻又發現因為彈簧係數小的關係,在壓縮彈簧的時候,彈簧很容易就會彎曲。因此我們決

    定使用操控容易的手動方式。

    (2)步驟 2:

    我們以平台滑車的兩側滑輪做為基準,向左向右作以 1 公分為間隔的刻度,在刻度的上方製

    作凹槽使細鐵條可以嵌入。在兩側位移相同的刻度上嵌入細鐵條,隨著節拍器的頻率,使滑

    輪有規律的撞擊細鐵條,而使建築模型產生搖晃

    2、組裝及製作各種不同結構的建築模型。

  • - 4 -

    3、實驗操作方式:

    將各個建築模型置於搖晃產生裝置之上,架設數位攝影機,將其拍攝成正面角度及俯面角度。

    4、用不同頻率與位移去控制平台滑車的搖晃:

    頻率的設定由節拍器控制,而搖晃時間皆固定為 15 秒,我們設定頻率的範圍為 90bpm~130bpm

    ﹝bpm = beat per minute﹞=1.5Hz~2.167Hz。設定此範圍的理由是小於 90bpm 的搖晃間隔時間太

    長,不易看出各質點真實的搖晃程度,而大於 130bpm 的搖晃會因為位移加大的關係,使搖動

    速度跟不上節拍器的頻率。

    5、影片處理方式:

    各個頻率與位移的組合之正面圖與俯視圖拍攝完畢後,使用影片轉檔程式 ImTOO 使檔案符合

    影像分析程式 Tracker 的開啟程式。

    6、影像分析程式 Tracker:

    將影片載入 Tracker 後,可以新增欲分析的質點,則右下角的表格內便會出現此質點的資料,

    之後再利用影片被切割後尋找此質點的位移變化量,藉此分析質點。

  • - 5 -

    六、實驗拍攝設計:﹝搖晃時間 15 秒;搖晃頻率 1.50、1.833、2.167 赫茲;搖晃位移 1、3、5 公分﹞

    1、實驗一(拍攝模型一):

    將拍攝完畢的影片以頻率、位移不同作影片分析,用 Tracker 追蹤上圖標記質點而得到其產生

    搖晃時 X 方向最大位移量與速度大小的數據,再將得到的資料以圖表方式呈現。

    2、實驗二(拍攝模型二):

    將拍攝完畢的影片以頻率、位移不同作影片分析,用 Tracker 追蹤上圖標記質點。因為模型二

    多了第三層彈簧結構,結構的不同可能使搖晃程度與現象發生改變,所以增加追蹤質點的個

    數。

  • - 6 -

    3、實驗三(拍攝模型三):

    將拍攝完畢的影片以頻率、位移不同作影片分析,用 Tracker 追蹤上圖標記質點。因為第三層

    彈珠相互連接的地方拆解掉,使模型三的結構較模型一與模型二鬆散,可以針對此點作觀察。

    4、實驗四(拍攝不同座向結構相同之模型): 將兩個結構相同的模型,座向呈垂直擺放,其中一個模型的扁平面與產生振動方向垂直。擺

    放方式與搖晃方向如下圖。

    5、實驗五(阻尼球阻震效果): 製作一具有一定高度的模型,將阻尼球擺放在不同位置,針對某些質點作有無阻尼球的抗震

    探討。

  • - 7 -

    參、實驗研究結果及討論:

    一、實驗一:

    1、正面拍攝: 1.5 赫茲 1.833 赫茲

    最大位移量平均值

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    cm

    X方向速度平均值

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    5

    15

    25

    35

    45

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    10

    20

    30

    40

    50

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值

    5

    7.5

    10

    12.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    22.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    15

    17.5

    20

    22.5

    25

    cm

    X方向速度平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    25

    30

    35

    40

    45cm

    /s

    2、俯面拍攝: 1.5 赫茲 1.833 赫茲

  • - 8 -

    最大位移量平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    22.5

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    5

    10

    15

    20

    25

    cm

    固定頻

    X方向速度平均值

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    10

    20

    30

    40

    50

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值

    5

    7.5

    10

    12.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    20

    21

    22

    23

    24

    cm

    固定位

    X方向速度平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    20

    22.5

    25

    27.5

    30

    32.5

    35

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    30

    35

    40

    45

    50

    cm/s

    實驗一討論:

    (1) 搖晃過程中,質點的 X 座標並不完全線性增加或減少,有些搖晃的質點 X 座標會有變大〈變小〉再變小〈變大〉的趨勢,我們發現搖晃頻率愈小,此種現象會更為明顯。

    (2) 分析正面圖的上層質點與下層質點,我們發現上下層的最大位移量發生的時間並不完全一致,而有或先或後或相同的現象。

    (3) 觀察俯面拍攝,固定頻率時,搖晃位移愈大,質點的最大位移量有上升的趨勢。 (4) 觀察俯面拍攝,固定位移,在位移 1、2 時,在頻率 1.5Hz 和頻率 2.167Hz 時質點的速度平

    均值有上升的現象。

    (5) 觀察俯視圖,位移固定時,變因為頻率時,最大位移量與 x 方向速度平均值的折線圖類似。 (6) 觀察正面拍攝,在頻率固定時,搖晃位移愈大,質點的最大位移量平均值愈大,x 方向速

  • - 9 -

    度平均值也愈大。但位於第二層的質點 5 到 8,上述兩個值都會比同一 x 座標但 y 座標不

    同的質點小。

    (7) 觀察正面拍攝,在位移固定時,搖晃頻率愈大,最大位移量平均值有變小的趨勢,但在 x方向速度平均值的較沒有較穩定的趨勢。

    二、實驗二:

    1、正面拍攝: 1.5 赫茲 1.833 赫茲

    最大位移量平均值-質點1~質點6

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    最大位移量平均值-質點1~質點6

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    cm

    固定頻率

    X方向速度平均值-質點1~質點6

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    X方向速度平均值-質點1~質點6

    0

    10

    20

    30

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6 0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值-質點1~質點6

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    最大位移量平均值-質點1~質點6

    0

    5

    10

    15

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    0

    10

    20

    30

    cm

    固定位移

    X方向速度平均值-質點1~質點6

    0

    2

    4

    6

    810

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    X方向速度平均值-質點1~質點6

    0

    10

    20

    30

    40

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    質點5

    質點6

    0

    20

    40

    60

    cm/s

    1.5 赫茲 1.833 赫茲

  • - 10 -

    最大位移量平均執-質點7~質點10

    0

    5

    10

    15

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點7

    質點8

    質點9

    質點10

    最大位移量平均值-質點7~質點10

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點7

    質點8

    質點9

    質點10

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    cm

    固定頻率

    X方向速度平均值-質點7~質點10

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點7

    質點8

    質點9

    質點10

    X方向速度平均值-質點7~質點10

    0

    10

    20

    30

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點7

    質點8

    質點9

    質點10

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值-質點7~質點10

    0

    1

    2

    3

    4

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點7

    質點8

    質點9

    質點10

    最大位移量平均值-質點7~質點10

    0

    5

    10

    15

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點7

    質點8

    質點9

    質點100

    5

    10

    15

    20

    cm

    固定位移

    X方向速度平均值-質點7~質點10

    0

    2

    4

    6

    8

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點7

    質點8

    質點9

    質點10

    X方向速度平均值-質點7~質點10

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點7

    質點8

    質點9

    質點100

    10

    20

    30

    40

    cm/s

    2、俯面拍攝: 1.5 赫茲 1.833 赫茲

    最大位移量平均值-質點1~質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值-質點1~質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    s1

    cm

  • - 11 -

    X方向速度平均值-質點1~質點4

    0

    10

    20

    30

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值-質點1~質點4

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    s1

    cm/s

    位移 1 位移 3 最大位移量平均值-質點1~質點4

    3

    3.5

    4

    4.5

    5

    5.5

    6

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值-質點1~質點4

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    15

    17.5

    20

    22.5

    25

    27.5

    30

    1.5

    cm

    X方向速度平均值-質點1~質點4

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值-質點1~質點4

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    2025303540455055606570

    1.5

    cm/s

    1.5 赫茲 1.833 赫茲

    最大位移量平均值-質點5~質點8

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    最大位移量平均值-質點5~質點8

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1

    cm

    固定頻率

    X方向速度平均值-質點5~質點8

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    X方向速度平均值-質點5~質點8

    0

    10

    20

    30

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點

    質點

    質點

    質點

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    s1

    cm/s

    位移 1 位移 3

  • - 12 -

    最大位移量平均值-質點5~質點8

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    最大位移量平均值-質點5~質點8

    5

    7.5

    10

    12.5

    15

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    22.5

    25

    1.5

    cm

    固定位移

    X方向速度平均值-質點5~質點8

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    X方向速度平均值-質點5~質點8

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點5

    質點6

    質點7

    質點8

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

    1.5

    cm/s

    實驗二討論:

    (1) 在位移一頻率 90 時,質點 1、質點 2 搖晃並不劇烈,質點 1、2 和質點 3、4、5、6、7、8、9、10 搖晃最大量的時間點並不相同,質點 1、2 發生搖晃最大量的時間點會比質點 3、4、5、6、7、8、9、10 早,所以這可能是導致斷裂點於質點 1、2 與質點 3、4 的連接處。

    (2) 觀察正面拍攝和俯面拍攝時,發現頻率固定位移為變因時,產生位移量和速度稍微外凸的遞增折線圖。

    (3) 觀察俯面拍攝時,發現位移固定頻率為變因時,產生位移量和速度稍微內凹的遞增折線圖。

    三、實驗三: 1、正面拍攝:

    1.5 赫茲 1.833 赫茲 固定

    頻率

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質量1

    質量2

    質量3

    質量4

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    cm

  • - 13 -

    X方向速度平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質量1

    質量2

    質量3

    質量4

    X方向速度平均值

    0

    10

    20

    30

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    10

    20

    30

    40

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值

    2

    3

    4

    5

    6

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    5

    7.5

    10

    12.5

    15

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    cm

    固定

    位移

    X方向速度平均值

    4

    5

    6

    7

    8

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    10

    15

    20

    25

    30

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    cm/s

    2、俯面拍攝: 1.5 赫茲 1.833 赫茲

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    cm

    固定頻

    X方向速度平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    0

    10

    20

    30

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    10

    20

    30

    40

    cm/s

    位移 1 位移 3

  • - 14 -

    最大位移量平均值

    0

    1.25

    2.5

    3.75

    5

    6.25

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    15

    16

    17

    18

    19

    20

    cm

    固定位

    X方向速度平均值

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    20

    22.5

    25

    27.5

    30

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    20

    25

    30

    35

    40

    cm/s

    實驗三討論:

    (1) 觀察正面拍攝和俯面拍攝時,發現頻率固定位移為變因時,產生位移量和速度稍微外凸的遞增折線圖。

    (2) 觀察正面拍攝和俯面拍攝時,頻率固定位移為變因時,頻率 90 至頻率 130 的位移量和速度稍微外凸的遞增折線圖,變的稍趨平緩。

    (3) 觀察正面拍攝和俯面拍攝時,位移固定頻率為變因時,位移量為遞減的內凹折線圖,速度則為遞增的的內凹折線圖。

    實驗四討論:

    (1) 發現相同的模型放置的座向不同,產生共振時的頻率不同,推測自然搖晃頻率可能與座向有關。

    (2) 與產生搖晃方向垂直的模型搖晃最劇烈是於時頻率 1.5 赫茲,但與產生搖晃方向平行的模型搖晃最劇烈是於頻率 2.167 赫茲 時。與產生搖晃方向垂直的模型反而在頻率 2.167 赫茲時搖晃量較小。

    實驗五討論:

    (1) 發現阻尼球若要設置於高樓層,必須具備相對建築物質量較輕的條件,若用質量太輕的阻尼球,將會造成模型頭重腳輕的現象,使搖晃更加劇烈。

  • - 15 -

    1.5 赫茲 1.833 赫茲

    最大位移量平均值

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1

    cm

    X方向速度平均值

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    5

    15

    25

    35

    45

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    10

    20

    30

    40

    50

    s1

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值

    5

    7.5

    10

    12.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    22.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點

    質點

    質點

    質點

    15

    17.5

    20

    22.5

    25

    cm

    X方向速度平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點

    質點

    質點

    質點

    25

    30

    35

    40

    45

    1

    cm/s

  • - 16 -

    1.5 赫茲 1.833 赫茲 2

    最大位移量平均值

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1 s3 s5

    位移

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    s1

    cm

    固定頻

    X方向速度平均值

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    5

    15

    25

    35

    45

    s1 s3 s5

    位移

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    10

    20

    30

    40

    50

    s1

    cm/s

    位移 1 位移 3

    最大位移量平均值

    5

    7.5

    10

    12.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    最大位移量平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    22.5

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm

    15

    17.5

    20

    22.5

    25

    1.5

    cm

    固定位

    X方向速度平均值

    10

    12.5

    15

    17.5

    20

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    質點1

    質點2

    質點3

    質點4

    X方向速度平均值

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    1.5 1.833 2.167

    頻率Hz

    cm/s

    25

    30

    35

    40

    45

    1.5cm

    /s