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樓房的微小振動


樓房和單擺一樣也有自然振動週期。樓房的振動就如同倒置的單擺擺動,樓房越高,其自然振動週期越長。


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倒置的單擺


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許多人以為樓房平時是靜止的,只有地震時才會搖晃振動。事實並非如此,樓房會因風吹、車輛經過、人員走動等環境因素而不斷地振動,只不過振動量微小,人們不易察覺。為了研究樓房的「自然振動週期」,工程師須借助「微震儀」偵測樓房的振動行為。

「微震儀」包含微震感應器及電腦記錄器。工程師通常將三個微震感應器裝設在樓房的頂樓,量測建築物東西向、南北向與垂直向三個方向的振動,經數分鐘的量測後,電腦記錄器再輸出樓房的振動歷時記錄和自然振動週期等資訊。


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裝設在頂樓的微震感應器


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從電腦記錄器輸出的振動歷時記錄,工程師能判斷該樓房的振動週期。以上圖為例,樓房振動10次約歷時5.7秒,所以此建物自然振動週期約是0.57秒。


細看上表的振動歷時記錄,可發現樓房的振動行為並不像單擺的單純,振動過程包含了好幾個不同的振動週期。利用數學運算可將振動歷時記錄,大致分解成三個振動週期的波形:

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不同振動週期的波形,各有不同的振動能量,以上三個振動週期的波形,如果以「能量對應週期分佈」來表示,就會形成下圖,其中秒數最長的週期,能量通常也最大,這個週期就是樓房的自然振動週期。

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