國家地震工程研究中心簡訊 2011.12 第八十期 發行人 : 張國鎮本期主編 : 葉勇凱 鍾立來發行所 : 財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心地址 : 台北市辛亥路三段 200 號電話 :(02)6630-0888 傳真 :(02)6630-0858 網址 :http://www.ncree.org.tw 100 年 12 月出版 81 年 3 月創刊 季刊行政院新聞局局版臺誌第 10286 號中華郵政北台字第 4690 號執照登記為雜誌交寄 專題報導 校舍耐震評與補強之一 校舍耐震評估補強計畫介紹 一 前言校舍是高密度使用之公共建築, 若遭逢震損倒塌, 則學生之傷亡必然不堪設想 例如 2005 年 10 月 8 日巴基斯坦發生芮氏規模 7.6 的大地震, 時值上午 8 時 50 分的上課時間, 因此在 87,000 人之死亡統計中, 有 19,000 孩童在倒塌之學校建築中死亡 學童之死亡比率高達 22%, 巴基斯坦在該震災中喪失了一個年輕的世代, 這是一個無法彌補的損失 在 2008 年 5 月類似的悲劇在大陸汶川地震中亦再重演, 我們應該記取這些教訓, 不要讓類似的悲劇在台灣發生 當我們反思台灣校舍之安全與否,921 集集地震告訴我們台灣之校舍安全堪慮 在 921 集集地震之侵襲下, 南投縣有過半之校舍出現全毀或半毀之災損 ( 圖一 ) 故而台灣校舍之耐震安全堪慮, 應無疑義 因此儘速透過補強的手段來提升校舍的耐震能力, 實為當務之急 然而台灣之公立高中職以下學校有 3,646 所, 而校舍建築高達兩萬多棟 若無經濟有效之方法, 如此龐大之數量極易耗盡財源, 而難以成功 鑑於校舍安全之重要性, 故而政府在現行之經濟振興方案中, 投入約 176 億之 目錄 專題報導 : 校舍耐震評估與補強 校舍耐震評估補強計畫介紹 1 校舍耐震評估補強計畫成果 3 校舍耐震基本資料普查作業之推動 5 校舍耐震評估補強計畫之未來展望 6 校舍隔間磚牆構架試驗介紹 7 預算, 擬於 2009 年至 2011 年全面提升公立高中職以下校舍結構之耐震能力 各年度所規劃之工作進度與經費如表一所示 國家地震工程研究中心接受教育部之委託, 成立校舍耐震能力提升專案辦公室, 以提供計畫推動所需之技術與行政支援 就技術支援方面, 國震中心提出校舍耐震評估與補強之方法 就行政支援方面, 專案辦公室負責作業規範之擬訂, 講習與觀摩活動之辦理, 以及資料庫之收集 研討會校舍耐震補強工程參考圖說研討會 8 中心活動 2011 抗震盃國際邀請賽 9 國際交流 2011 建築物耐震設計國際訓練班 10 表一校舍耐震補強計畫之執行規劃 項目 年度 初步評估 詳細評估 補強設計 補強設計 圖一台灣 921 地震之災損校舍 98 年度 99 年度 100 年度小計 6,000 棟次 0.36 億 1,560 棟次 5.89 億 450 棟次 1.71 億 423 棟次 58.0 億 - 850 棟次 3.06 億 650 棟次 2.42 億 620 棟次 61.2 億 - 888 棟次 3.20 億 311 棟次 1.39 億 368 棟次 38.54 億 6,000 棟次 0.36 億 3,298 棟次 12.15 億 1,411 棟次 5.52 億 1,411 棟次 157.8 億 國家地震工程研究中心簡訊第 80 期 /1
二 校舍耐震能力提升之策略圖二顯示台灣校舍耐震能力提昇策略, 其分為簡易調查 初步評估 詳細評估 補強設計與施工等 4 個階段 簡易調查 初步評估與詳細評估均為篩選排序階段, 這些篩選排序的工作是為了找出耐震能力不足的校舍, 並依相關耐震指標的大小排定校舍補強之施作順序 詳細評估與補強設計須通過審查以確保分析設計之品質, 而補強施工則藉監造來確認施作之品質 各階段之工作成果均須回傳至台灣校舍耐震能力資料庫, 對回傳資料庫資料作分析比對, 則能了解計畫之進度 品質與特性, 並能提供相關決策之參考依據 耐震補強方法 耐震詳細評估與補強設計均須通過審查, 審查分為期初與期末兩種 期初審查係讓審查委員 承攬者與學校人員充分溝通工作內容與規劃, 期末審查則需檢視合約要求之工作成果 審查委員會由三位委員組成, 均由教育部之審查人力庫遴選之, 而審查意見則由召集人負責彙整 補強方案以經濟有效之傳統工法為原則, 而補強總工程費以每平方公尺 4,000 元匡列, 其為重建經費每平方公尺 20,000 元之 20% 本計畫以結構耐震補強為主, 故校舍之修復經費應佔補強修復工程經費之 30% 以下 校舍耐震補強施工應由公共工程之三級品管制度來確認工程品質, 第一級品質管制係由承包商自主完成, 第二級品質保證則由主辦工程單位與監造單位合力達成, 第三級品質查核則由主管機關執行 由於校舍補強之主辦單位為學校, 其無工程之專業人員, 故監造單位之努力就相當重要 校園為高密度使用之公共區域, 故在校園內進行校舍補強工程應注重安全 故在校舍施工前應公開舉辦施工說明會, 由承包商說明施工計畫 施工進度及安全衛生管理計畫, 並由監造單位說明監造計畫, 務必使老師 學生與家長了解補強工程施作期間校園安全之配合事項 由於耐震詳評與補強設計與施工均由個別學校發包執行, 所以校舍耐震評估與補強計畫之參與人員眾多 為統一工程契約之規定, 以確保評估與補強工作內容符合計畫要求, 校舍計畫辦公室協助教育部發布了相關之作業規範, 其如表二之所示 表二所示之作業規範, 應作執行檢討而予以持續修訂 圖二台灣校舍耐震能力提昇策略三 耐震評估程序耐震評估程序包含簡易調查 初步評估與詳細評估等三階段, 分層進行篩選以達經濟之效 初步評估方法係基於耐震容量與耐震需求之比值, 計算耐震指標, 其為一客觀量化的準則 簡易調查係基於初步評估方法, 設計一簡化的調查表格, 交由學校行政人員調查校舍的基本尺寸及主要構材斷面資料, 可透過行政程序全面啟動, 藉由系統地以量化方式計算耐震指標, 作為篩選的第一步驟 國震中心建議採性能設計法來執行校舍耐震能力之詳細評估, 亦即先執行非線性側推分析找到校舍之容量曲線, 再執行容量震譜分析, 藉性能點之選取, 以求得性能目標地表加速度 對一般校舍而言, 其性能目標為, 在 475 年回歸期設計地表加速度之下, 校舍結構在中度損壞以內, 可確保師生之安全 對緊急避難用校舍則為, 在 475 年回歸期設計地表加速度之下, 校舍結構在輕度損壞以內, 仍可提供緊急避難使用 針對上述性能目標, 關於耐震詳評之性能點選取可詳國震中心技術報告 校舍結構耐震評估與補強技術手冊第二版 四 補強設計與施工由 921 校舍震損之勘查可知, 台灣之典型校舍多為一樓垂直構材之損毀, 所引致校舍沿走廊方向之坍塌 故而增設校舍垂直構材之數量, 或強化既有垂直構材之強度或韌性等, 均為有效之 表二校舍耐震評估與補強作業規範作業工作內容時間文號規範 詳細評估 補強設計 製訂公告 98.07.14 台國 ( 一 ) 字第 0980116388 號函 第一次修訂 99.08.03 台國 ( 一 ) 字第 0990132010 號函 製訂公告 98.06.29 台國 ( 一 ) 字第 098111014A 號函 第一次修訂 99.08.03 台國 ( 一 ) 字第 0990132010 號函 監造製訂公告 99.07.23 台國 ( 一 ) 字第 0990126830 號函 五 結語 歷年來之地震災損報告均指出台灣之中小學校舍為破壞最嚴重的一群建築物, 因此儘速透過補強的手段來提昇校舍的耐震能力, 實為當務之急 然而台灣的公立高中職以下學校有 3,621 所, 而校舍建築高達兩萬多棟 若無經濟有效之方法, 如此龐大之數量極易耗盡財源, 而難以成功 故而採取經濟有效之策略, 按照輕重緩急之順序, 全面地逐年提昇校舍結構之耐震能力, 方能解決此一問題 台灣現正推動為期三年之經濟振興方案, 已於 2009 年至 2011 年投入台幣約 176 億之經費, 全面地提昇公立高中職以下校舍結構之耐震能力 期能透過本計畫之執行, 為台灣校舍耐震安全帶來提昇與保障 副研究員蕭輔沛 助理研究員沈文成組長黃世建 2/ 國家地震工程研究中心簡訊第 80 期
校舍耐震評估補強計畫成果 校舍耐震評與補強之二 一 前言教育事務之推動, 首要工作應建立安全無虞之校園環境, 以確保學校師生之生命安全 前 (98) 年適逢全球面臨金融風暴造成經濟不景氣, 政府為振興國內經濟提出 振興經濟擴大公共建設特別預算案, 而教育部藉此機會順利爭取到特別預算支持, 同年 4 月起展開為期 3 年之 加速高中職及國中小老舊校舍及相關設備補強整建計畫, 針對公立高中職以下各級學校之建築物, 凡於八十八年九二一地震以前興建者, 應全面進行耐震能力評估以瞭解其耐震能力, 並就評估結果不符合現行耐震設計標準之建築物優先予以補強, 加速提升既有建築物之耐震能力 由於教育部多屬教育領域之專業人才, 鮮少具有土木結構專業背景之單位或人員可執行計畫, 在經過公開招標遴選廠商之程序後, 本中心正式接受教育部委託, 並成立專案辦公室, 協助執行計畫之推動 管理 訓練 推廣 服務等事宜, 以確保計畫執行成效, 達成計畫推動目標 計畫預定目標高中職國中小總計 - 初步評估 6,000 6,000 900 詳細評估 2,398 3,298 515 補強設計 896 1,411 515 補強工程 896 1,411 二 各階段執行進度該計畫自 98 年起執行至今, 感謝各界之努力, 完成許多既有校舍之耐震評估與補強工作 截至 100 年 11 月 13 日止, 高中職及國中小學校合計完成 9,435 棟初步評估 4,593 棟詳細評估 3,334 棟補強設計以及 1,321 棟校舍補強竣工 ( 另有近 400 棟校舍處於補強施工階段 ) 若以教育部統計之師生人數換算, 約有 27.5 萬名師生在校舍經過耐震補強後, 其生命安全獲得更大之保障 三 教育講習課程學校承辦人員係屬教育體系, 有關合約之發包內容 工程監造督導等部分, 均缺乏土木結構或建築等專業能力, 且不瞭解整體校舍耐震能力提升策略以及相關規定 再者, 相關承攬耐震評估與補強業務之專業技師或建築師亦需再教育, 以加強訓練校舍耐震評估分析理論與各種補強工法之施工細節, 以上所述須透過舉辦教育講習課程, 強化各個執行面相關人員之專業能力 1. 耐震評估與補強技術講習課程早期建築物實施耐震能力評估與補強方案之評估理論方法過於保守, 常有過度補強設計之情事發生, 而現今評估技術也已發展成熟, 更能貼近實際受震行為, 應加以推廣使相關專業人員學習瞭解, 為此, 本中心在校舍耐震評估補強計畫開始執行前後, 開辦許多場次之教育講習課程, 加強專業人員之耐震評估與補強專業技能, 增進校舍耐震評估補強計畫之品質 2. 補強案例現地觀摩活動本中心特與已補強竣工之學校溝通協調, 舉辦補強案例現地觀摩活動, 除安排講員於補強位置進行解說外, 並邀請該校總務人員就辦理補強工程之經驗進行心得分享, 期能提升學校人員對於校舍結構耐震補強之專業知能, 且更清楚執行細節與注意事項, 以順利推動耐震評估與補強作業 觀摩活動之重點不外乎利用現地之活教材, 由專案辦公室成員擔任講員, 逐一於補強構件前, 配合事先準備之大型海報資料, 以現場實境方式進行講解說明, 增進學校人員對於校舍耐震補強構件之認識, 並分享該棟校舍補強特色 活動中亦向學校人員介紹其他學校之補強案例, 展示各種不同補強工法之實際成果, 期能啟發學校人員對於補強構件之附加價值利用, 減少因補強後造成之外觀衝突, 提高學校使用單位採用補強方式改善校舍耐震能力之意願 執行率 157% 139% 236% 94% 圖二至補強構件前進行現場觀摩與解說 四 補強工程參考圖說 圖一耐震評估與補強各階段執行現況 校舍耐震補強工程施工品質之良窳, 有賴於監造工作之確實執行, 如此方能使補強構件發揮其設計強度, 保障學校所有師生安全 為確保工程施工品質, 專案辦公室邀集國內大學教授以及業界專家共組 校舍結構耐震補強工程參考圖說 工作小組, 針國家地震工程研究中心簡訊第 80 期 /3
對常用之耐震補強工法, 擬訂補強設計之參考圖說, 供補強設計人員及審查委員參考, 對於每種工法而言, 並不限於單一方案, 期有助於雙方之溝通, 加速校舍耐震能力之提升, 同時兼顧學理與實務之可行性 經工作小組編審通過之方案, 即發佈於校舍耐震資訊網供各界選用 但所提出之圖說僅供參考, 補強設計人員應本其專業, 就不同個案, 提出最適當之設計圖說 使資料能提供最大的效益與服務, 因而建置校舍耐震評估補強資料庫, 將校舍耐震評估補強之成果, 透過網路系統回傳至資料庫中儲存 截至 100 年 11 月 13 日止, 資料庫已蒐集由專業人員回傳的 11,091 棟校舍之初步評估結果 4,924 棟校舍之詳細評估結果 3,325 棟校舍之補強設計資料 1,138 棟校舍之補強竣工資料 初步評估 (11,091 棟 ) 詳細評估 (4,924 棟 ) 圖五校舍耐震評估結果 圖三擴柱補強參考圖說五 耐震補強成果彙整經過此次校舍補強計畫之後, 臺灣校舍耐震能力已有明顯提升, 為使各縣市政府能清楚瞭解所轄學校之辦理狀況, 本中心針對已補強竣工之校舍, 利用各校提供之補強前後照片以及校舍基本資料, 製作各棟校舍之補強成果紀錄, 再裝訂成冊做為各縣市之補強完整紀錄報告, 讓教育單位與學校瞭解校舍耐震能力及其提升之狀況, 亦可作為教育部展示校舍耐震補強計畫之執行成效 另一方面, 針對尚未辦理相關耐震評估或補強之校舍, 本中心將協助彙整其評估補強紀錄, 讓各縣市政府能儘快提出申請, 以獲得經費補助, 以確認建築物耐震能力是否足夠, 或予以補強 為完整呈現各階段執行成果給教育單位 各界專家與學者等, 另開發校舍耐震資訊網, 網址為 http://school.ncree.org.tw/, 將初步評估 詳細評估與補強設計以及竣工報告等資料庫納入此一平台 透過校舍耐震資訊網, 教育單位可即時查詢所轄校舍之耐震能力及其提昇狀況 除此之外, 為使校舍耐震評估與補強資料庫發揮教育決策功能, 亦可針對各棟校舍之耐震能力高低加以排序, 提供教育部主管機關作為核定後續評估或補強經費之依據 圖六校舍耐震資訊網 七 結語 六 耐震評估補強資料庫 圖四彙整校舍耐震補強成果 放眼國際, 鮮少國家大規模投入經費改善既有校舍之耐震能力, 臺灣有幸得到政府經費支持, 如何讓有限經費發揮最大效果並兼顧品質, 健全的執行團隊就顯得非常重要, 從計畫工作目標之擬訂 加強品質控制 提升學校等非專業人員之地震知能等, 均考驗了本中心的執行團隊, 為此, 本中心將持續提供各界相關支援, 期能全數完成全國公立高中職以下各級學校之校舍耐震能力提升工作, 並加強計畫執行品質, 讓全國民眾肯定臺灣校舍耐震補強計畫 助理研究員沈文成 組長黃世建 鍾立來 政府大規模實施既有校舍建築物之耐震能力提升計畫, 數據資料對於主管單位擬訂計畫執行策略, 或是增進校舍之耐震行為研究, 均有非常大的幫助 為了蒐集及儲存大量校舍耐震紀錄, 4/ 國家地震工程研究中心簡訊第 80 期
校舍耐震基本資料普查作業之推動 校舍耐震估與補強之三 一 前言從歷年來台灣地區發生的幾次地震經歷中, 發現校舍是損毀情況相當嚴重的建築類型之一 因此, 校舍耐震能力的提升是相當迫切的議題 為逐步提升校舍耐震能力, 並期有效且系統地執行校舍耐震能力提升計畫, 教育部爰委託本中心建置校舍耐震能力之資料庫, 並據以蒐集全國高中職及國中小校舍之初步評估 詳細評估 補強設計及補強工程等各階段評估與補強相關資料, 透過校舍耐震資訊網將上述資料統一納入管理, 可記錄校舍耐震評估與補強歷程, 亦提供教育部進行決策之資訊 三 校舍耐震基本資料普查作業之現況依據教育部統計處 99 學年度各級學校數分布概況, 現有全國公立高中職計有 300 校 ( 含特殊教育學校 ) 公立國中小計有 3,346 校 截至 100 年 10 月 31 日止, 校舍耐震基本資料普查作業已完成 3,600 餘所公立高中職以下學校之現地訪查作業, 其分布狀況如下圖, 整體訪查完成百分比已達 95% 以上 二 校舍耐震基本資料普查作業之推動為提升現有校舍資料庫資料之完整性, 確保全國高中職以下校舍均已納入資料庫中, 專案辦公室於民國 99 年 6 月起推動 全國公立高中職以下校舍耐震基本資料普查作業, 與各地區大專校院土木營建系所共同合作, 透過前往公立高中職及國中小學校訪查的方式, 進行校舍耐震基本資料之蒐集作業 圖二各縣市已完成現地訪查之學校 ( 綠點表示完成 ) 透過本次校舍耐震基本資料普查作業所蒐集之校舍耐震基本資料, 可據以建置全國公立高中職以下學校之完整校舍耐震資料庫, 目前已建置 3,500 多校, 約 23,000 餘棟之學校建築物基本資料 學校人員將可於校舍耐震資訊網, 查詢相關校舍耐震基本資料紀錄 圖一學校校舍耐震基本資料因校舍分布全國 25 縣市, 考量執行普查作業之交通便利性, 遂於 99 年 6 月 9 日召開 研商全國公立高中職以下學校之校舍資料普查作業 會議, 邀請 16 校大學土木營建科系教授合作, 共同研商相關普查作業之流程, 以派遣學生就近前往學校訪視並蒐集資料之方式, 進行全國公立高中職以下學校校舍普查作業 為求校舍普查作業順利, 確保校舍資料普查之進行成功, 因此針對全國招募之協助普查作業執行學生, 於 99 年 6 月 7 月及 100 年 1 月, 在台北 台中 台南 花蓮等地, 共計辦理 5 場 校舍資料普查作業說明會, 參與說明會之師生人數累計共 218 人 於會議中針對相關普查作業流程與蒐集資料進行說明, 使學生對於校舍普查作業能有較完整之認識, 全國校舍資料普查作業遂於說明會後逕行展開 四 結語未來, 專案辦公室將利用校舍普查蒐集得之資料, 與現有之耐震評估補強紀錄進行比對, 建置完整之校舍耐震評估與補強各階段資料紀錄, 以協助各校掌握耐震評估補強之進程 專案辦公室亦將持續進行校舍耐震基本資料普查, 期能於本年度完成全國公立高中職以下學校之校舍普查作業, 以提供日後作為校舍耐震安全管理之用 專案助理研究員翁樸文 組長黃世建 國家地震工程研究中心簡訊第 80 期 /5
校舍耐震評估補強計畫之未來展望 校舍耐震估與補強之四 一 前言教育部提出 加速高中職及國中小老舊校舍及相關設備補強整建計畫, 併入行政院 振興經濟擴大公共建設投資 特別預算案, 並獲得立法院通過, 正式形成政府重大施政政策 計畫由民國 98 至 100 之 3 年期間完成約 6,000 棟校舍之初步評估, 進而篩選出耐震能力不足, 需進行下一階段之詳細評估之校舍約為 2,398 棟, 完成耐震能力詳細評估後, 確實需進行結構修復補強之校舍估計約為 1,411 棟, 投入評估補強作業預算約為 176 億 為了確保整體計畫在經濟有效的原則下進行, 國震中心接受教育部委託, 於 98 年 4 月成立專案辦公室, 提供技術支援 安排教育訓練 協助推動專業審查 建立耐震資訊網 建置校舍耐震能力履歷資料庫等服務, 並於各年度提供成果報告以紀錄成果 本計畫經評估後確認無耐震疑慮已有 6,946 棟, 耐震補強竣工校舍已超過 1,356 棟, 已可保障 151 萬名老師學童之生命安全 二 各國校舍補強計畫土耳其在 2006 年至 2010 年間, 向世界銀行及歐洲投資銀行貸款, 針對伊斯坦堡地區之既有建築物進行補強計畫 ( 如表一 ), 其校舍耐震補強佔重建經費之比例為 40% 以下, 其補強施工主要以擴大柱斷面與增設剪力牆方式進行補強 表一土耳其伊斯坦堡之建築物耐震補強計畫建築物類型待評估已補強竣工已重建比例學校 1,783 棟 310 棟 44 棟 20% 醫院 診所 549 棟 10 棟 4 棟 3% 政府機關 68 棟 1 棟 - 1.5% 自 2008 年汶川地震發生後, 日本眾 參議院通過 地震防災對策特別措施法 修正案, 全面加強校舍耐震能力, 自 2008 年至 2010 年間投入資金 ( 約 2,900 億臺幣 ) 提高國庫補助率 : 校舍補強工程之國庫補助率由 1/2 提高至 2/3; 重建工程由 1/3 提高至 1/2, 加速提升上述 1 萬棟可能倒塌校舍耐震能力, 並要求政府相關部門公布校舍耐震審核結果 日本文部科學省調查報告指出, 公立中小學校舍總數約 131,819 棟, 其中耐震能力不足校舍佔總數 34.8%,7 級地震作用下可能倒塌佔總數 7.3%, 如表二所示 表二各類型評估結果校舍佔總數之比例評估結果棟數佔總數比例耐震能力不足約 45,850 棟 34.8% 7 級地震作用下可能倒塌約 10,000 棟 7.3% 如表三所示, 綜觀土耳其 日本與我國校舍耐震補強計畫, 可知我國在校舍數量 經濟規模與執行能力上均具有相對性優勢, 利於全面推動校舍耐震補強工作, 保障師生安全 惟政府應持續投入經費補助, 以確實達成補強目標 表三土耳其 日本與我國校舍耐震補強計畫之比較 國家 土耳其 日本 臺灣 經費來源 國際貸款 中央補助款與地方稅收 中央籌款 執行單位 國家委員會 地方政府 中央政府主導地方政府配合 實施範圍 伊斯坦堡區域 全國 全國 補強目標 20% 校舍 35% 校舍如獲後續經 ( 中央補助款費, 補強可達支付 7.3% 可 37% 能倒塌校舍 ) 平均每人國民生產毛額 約 10,000 美元 43,974 美元 19,188 美元 三 未來展望 由小谷俊介教授 (Otani, Shunsuke) 針對近年全球鋼筋混凝土建築強震受損之統計研究可知, 在強震中崩壞之建築物約佔總數約 10%,, 若合併考量大害等級之受損建築物則約為總數 20~30%, 如圖一所示 本計畫預計完成 1,411 棟校舍耐震補強工程, 佔台灣校舍總數約 6%, 根據目前執行狀況, 直至計畫執行結束, 望可完成補強較高地震危害度之校舍, 如圖二所示 未來, 國震中心將持續與教育部進行合作, 爭取更多政府經費補助, 將補強校舍總數提昇至 30% 以上, 補強在未來強震下可能達到大害等級之校舍, 降低師生未來在劇災型地震中受難之風險 百分比 耐震能力低 堪用 大害 崩壞 圖一鋼筋混凝土建築物強震受損統計圖 耐震能力有疑慮 10% 崩壞 10% 大害 + 崩壞約 20% 30% 耐震能力暫無疑慮 30% 計畫目標設定 解除列管 日本土耳其菲律賓墨西哥 耐震能力高 圖二校舍補強計畫之未來展望台灣校舍耐震評估與補強計畫之進行尚稱順利, 未來政府更應積極投入更多經費, 將本計畫成果擴大, 照顧更多高地震風險之校舍 期待台灣透過校舍耐震評估與補強計劃之執行, 讓社會大眾了解耐震補強之重要, 並藉以持續推動其他既有結構之耐震評估與補強工作, 以建造一個更安全的家園 副研究員蕭輔沛 助理研究員沈文成 組長黃世建 6/ 國家地震工程研究中心簡訊第 80 期
校舍耐震估與補強之五 校舍隔間磚牆構架試驗介紹 一 前言 專業技師或建築師在執行校舍耐震詳細評估作業時 經常會 遇到校舍隔間牆內柱 是否需要進行模擬之問題 此外 針對既 有磚牆材料取樣 實務上確實有困難 目前工程師對砂漿抗壓強 2 度通常採計 100 kgf/cm 有可能過度保守 根據 校舍結構耐震評估與補強技術手冊 第二版 以下簡 稱技術手冊 之建議 當牆內有內柱時 此隔間牆視為兩片獨立 牆體 可用兩支等值斜撐進行模擬 此時斜撐角度Ψ大於磚牆臨 界破裂角θ 部分裂縫將會剪過紅磚 因此 整體側力強度會較 高 如圖一左所示 當牆內無內柱時 此隔間牆為一片完整牆體 可用一支等值斜撐模擬 此時斜撐角度Ψ小於磚牆臨界破裂角 圖二 隔間磚牆試體之尺寸 斷面配筋圖 θ 大部分裂縫將會延著灰縫通過 因此 整體側力強度會較低 隔間磚牆試體製作完成並經 28 天以上之養護後 於本中心之 如圖一右所示 W1 反力牆及強力地板測試系統上 執行反覆載重測試 測試佈置如 W2 圖三所示 H H θ θ ψ > θ 強度高 ψ ψ < θ 強度低 ψ 圖一 磚牆等值斜撐模型 有內柱 左 及無內柱 右 二 試驗規劃 圖三 測試佈置 為證明技術手冊建議之磚牆耐震行為模擬方法的適用性 本 中心規劃四片實尺寸之隔間磚牆試體 探討 牆體有無內柱 以 及 砂漿抗壓強度 二個參數 其對牆體耐震行為之影響 如表 一所示 三 試驗結果 砂漿強度原設計為 100kgf/cm2 及 200kgf/cm2 試驗結果分別 為 72kgf/cm2 107 kgf/cm2 及 135kgf/cm2 如表二所示 表一 隔間磚牆試體之規劃參數 砂漿強度 100 kgf/cm2 表二 材料試驗結果及試體最終破壞照片 砂漿強度 200 kgf/cm2 無內柱 有內柱 1 砂漿強度 72kgf/cm2 砂漿強度 135kgf/cm2 砂漿強度 72kgf/cm2 砂漿強度 107kgf/cm2 無內柱 2 有內柱 該四片隔間磚牆試體 主要係參考桃園縣瑞埔國小校舍現地 實驗試體 擷取該校舍內之隔間磚牆 而關於試體之尺寸 構件 斷面及配筋圖 如圖二所示 國家地震工程研究中心簡訊 第 80 期 7
關於試體之最終破壞模式照片, 亦如表二所列 其中, 有內柱之隔間磚牆試體, 其開裂路徑相當豐富, 相對於無內柱之試體, 僅單純一條主要之水平滑移裂縫 實驗結果顯示, 隔間磚牆內柱之存在與否, 顯著影響牆體的耐震行為 根據實驗結果顯示, 有內柱試體之極限強度皆較無內柱試體高出約 1.7 倍, 顯示內柱對隔間強抗震行為的貢獻相當顯著 此外, 砂漿抗壓強度越高, 側力強度也越高, 顯示砂漿強度亦為影響牆體抗剪強度的敏感參數, 如表三所示 表三試體極限強度實驗值與分析值比較 inner column 1 f mc kgf/cm 2 V test kn V NCREE kn V NCREE /V test w/o 72 668 321 0.48 w/o 135 847 505 0.60 w/ 72 1088 1023 0.94 w/ 107 1327 1123 0.85 1 f mc = compressive strength of mortar 四 評估模型分析比較以技術手冊建議之評估模型分析此四座試體, 其結果顯示, 針對有內柱的試體, 模型預測最大強度值可以達到實測值的 85%, 尚屬合理 ; 然而針對無內柱的試體, 模型預測最大強度值僅達到實測值的 48%, 相當保守, 可見針對無內柱的隔間牆評估模型, 尚有改善空間, 如表三所示 五 結論由上述實驗結果顯示, 有含內柱之隔間磚牆的耐震行為, 確實與整片磚牆的行為不同 從破壞模式可見, 隔間牆存有內柱, 會使牆體區分為左右兩片, 且牆體破壞模式明顯有磚塊劈裂之裂縫, 因此強度會較高 ; 相對地, 無內柱存在之隔間磚牆, 其牆體破壞模式主要係延灰縫滑移開裂, 因此強度會較低 技術手冊建議之磚牆模型, 對於預測有內柱的隔間牆結構行為, 尚屬合理, 然而對於無內柱的隔間牆結構行為預測, 則相當保守 助理研究員邱聰智組長黃世建 研討會 校舍耐震補強工程參考圖說研討會 教育部自 98 年起針對公立高中職以下各級學校之建築物全面展開耐震評估與補強, 因此校舍耐震議題廣受社會各界重視, 然校舍耐震能力提升計畫執行以來, 無論承攬之專業人員或是審查委員, 對於既有基礎之模擬分析 補強工程圖說內容等技術面問題各有其不同之見解 為凝聚共識減少爭議, 本中心與大學教授以及結構技師公會代表共同合作並成立工作小組, 針對校舍耐震補強工程常見之技術問題, 例如植筋 補強工程圖說 基礎補強等內容, 研擬其處理對策並提出相關技術文件, 供執行校舍耐震評估補強之專業人員或審查委員參考使用, 希望有助於推動校舍耐震能力提升工作, 並增進校舍耐震補強工程之品質 工作小組自今 (100) 年 4 月起, 歷經 12 次會議討論後, 優先針對擴柱 翼牆 剪力牆等常使用之補強工法, 完成其參考圖說內容 ; 此外, 由於補強工程常需進行植入鋼筋於原有結構體, 而植筋之施工好壞將影響補強工程之品質, 關於此點也已擬訂相關之規定 圖說內容已對外公佈於校舍耐震資訊網 ( 網址 : http://school.ncree.org.tw) 為求圖說內容之嚴謹性, 本中心於 100 年 10 月 6 日 ( 四 ) 舉辦 校舍結構耐震補強工程參考圖說研討會 向工程界介紹由工作小組編審完成之補強工程參考圖說內容, 並藉由本次研討會與各界展開討論以蒐集意見, 期能擬訂更完善之補強圖說內容 活動當天由本中心黃世建組長與結構技師公會理事長進行開幕致詞, 並說明舉辦研討會之目的 既有校舍基礎之模擬與分析, 長久以來一直是大家討論之議題, 蕭輔沛博士藉此機會提出其建議與看法, 並與在座各位先進們進行討論交流, 期能獲得一致之結論供專業人員依循 ; 接著針對已完成之圖說內容逐一介紹, 由引言人敘明該場次課程之主題後, 再由各類圖說主編者對內容進 8/ 國家地震工程研究中心簡訊第 80 期 行詳細講解 最後, 為避免學術理論與實務面脫勾, 研討會納入補強工程監造實務議題, 以簡報點出監造過程常見之補強工程疏失與問題, 提醒現場執業之專業人員多加注意 本次研討會參與人員共計有 83 位專家學者, 大多數來自於北部地區執行校舍耐震評估與補強業務之專業人員, 另為因應中 南部等其他地區之需求, 本中心已排定於 100 年 12 月 13 日 ( 二 ) 前往國立中興大學舉辦臺中場次之研討會, 並積極規劃於明年初舉辦高雄場次研討會 本次講題包括 : 校舍耐震補強設計之基礎模擬 擴柱補強參考圖說及施工實例介紹 翼牆補強參考圖說及施工實例介紹 剪力牆補強參考圖說及施工實例介紹 植筋細節參考圖說及施工實例介紹 修復工程參考圖說及施工實例介紹 補強工程監造實務 圖一研討會實況助理研究員沈文成組長黃世建 鍾立來
中心活動 2011 抗震盃國際邀請賽 一 2011 抗震盃介紹(IDEERS 2011) 活動正式開幕為 9 月 25 日舉辦 在國家實驗研究院吳光鐘副 院長與英國文化協會(The British Council)台北辦公室艾麗珊處長 為推廣地震工程防災教育 鼓勵學生藉由參與科學競賽而激 (Alison Devine)蒞臨致詞後 依序由高中 大專與研究生組的模型 發創造力 國家實驗研究院 國家地震工程研究中心 英國文化 開始競賽測試 高中大專生組依照樓層面積的大小 在模型上加 協會 國家災害防救科技中心於 2011 年 9 月 23 日至 25 日於國震 載至少 7.5 公斤的鐵塊 而研究生組則一律必須於每層樓加上 10 中心共同主辦 2011 抗震盃國際邀請賽 本活動自 2001 年起 公斤 總計 40 公斤的鐵塊 所有模型將以各種不同震度的地震進 舉辦第一屆 抗震盃 地震工程模型製作校際競賽 迄今已歷 行測試 測試開始時的第一個地震振幅並不大 然後振幅逐漸加 經 10 屆競賽 曾參賽過的國際隊伍包含英 美 日 韓 新加坡 大 直到競賽規定的最大地震強度或所有模型崩塌為止 印尼 印度 香港 馬來西亞 越南 紐西蘭 澳洲 貝里斯 菲律賓與瓜地馬拉等 15 國 累計參賽國內外學生總數更超過 3600 人 本活動起源於英國布里斯托大學 University of Bristol 自 從引進國內後 期間經由國震中心推廣與改進 將競賽擴展成為 高中 大專及研究生皆可參加的國際活動 目前已成為每年國際 矚目的地震工程教育盛事 \ 二 活動舉辦 2011 抗震盃國際邀請賽 在宣傳期間受到廣大師生熱烈迴 響 報名情況非常踴躍 共計研究生組 14 隊 大專組 41 隊及高 圖二 高中組模型測試 中組 41 隊獲得參賽資格 總計 96 隊 國外 31 隊 國內 65 隊 參賽人數將近 500 人 參賽國家包括日本 新加坡 香港 印度 印尼 馬來西亞 韓國 菲律賓及台灣共 9 個國家 抗震盃活動一連舉行三天 首先由 9 月 23 日的 抗震盃研究 生組國際研討會 揭開序幕 邀請所有研究生組參賽隊伍共同參 與 透過研討會的形式 選手們將闡述模型設計理念 以及防震 比賽過程高潮迭起 最後的結果 高中組獎留台灣 由國立 新竹高級工業職業學校以輕量化設計奪冠 大專組由新加坡大學 獲勝 研究生組則是 University of the Philippines Diliman 利用滑軌 隔震抱走冠軍 表一 2011 抗震盃效率比得獎名單 第一名 隔震與減震消能的方法 藉以提供台灣學子與國際接軌的機會 促進國內外的學術交流 第三名 第二名 University of the 研究生組 Philippines Diliman 國立台灣科技大學 國立臺灣大學 大專組 National University of Singapore Keimyung University Singapore Polytechnic 高中組 國立新竹高級工業 職業學校 國立員林高級 農工職業學校 Henderson Secondary School, Singapore 圖一 競賽模型製作 9 月 24 日為競賽活動之模型製作 高中 大專參賽隊伍必須 在 6.5 個小時之內完成模型製作 並於完成後交由裁判審查 決 定模型載重後才能獲准參加第二天的競賽 此外在 24 日早上開幕 時舉辦 強震即時警報系統 的示範展示 強震即時警報系統 高中組 第一名 新竹高工 大專組 第一名 National University of Singapore 研究生組 第一名 University of the Philippines Diliman 圖三 高中 大專及研究生組首獎模型 之原理為利用地震波傳遞的特性 偵測先抵達的 P 波 預測接踵 除效率比獎項外 為激發參賽同學們的設計創意 本活動亦 而來的 S 波震度 提早發佈警報來降低地震災害 近年國震中心 規劃 結構設計創意獎 建築美觀設計創意獎 海報製 致力於開發強震即時警報系統 並已成功結合自動化減災控制 作獎 等各種獎項 經由抗震盃裁判團票選決定 頒發金額不等 建構國內第一個智慧型地震減災系統 當天將於振動台上 以 921 之獎金與獎狀以鼓勵年輕學子 詳細得獎名單與其他資料請參見 地震中於新竹 台北二處實地量得的地震波 展示該系統於實際 2011 抗震盃活動網頁 http://www.ncree.org/ideers/2011/ 地震時的預警效果 助理技術師 李牧軒 國家地震工程研究中心簡訊 第 80 期 9
國際交流 2011 建築物耐震設計國際訓練班(ITP2011) 近年來 環太平洋地震帶與歐亞地震帶接連發生許多災害性 員皆踴躍提問及發表意見 達到雙方經驗交流及學習成長之目的 地震 造成嚴重之人命與財產損失 為協助位於環太平洋地震帶 此外 第五日安排學員至台中參觀因集集地震破壞之石岡水 或歐亞地震帶上隨時遭受地震威脅的開發中國家 如西亞 東南 壩 以及具地震地質及地震工程豐富資訊之 921 地震教育園區 亞與中南美國家 提升耐震技術水準與耐震設計能力 以防制因 進行現地參觀活動 圖三 讓學員透過親身感受斷層錯動對建 地震所可能引致的災害 行政院國家科學委員會國際合作處持續 築物造成之破壞 瞭解耐震設計之重要性 參觀過程中 學員對 補助經費 由國家地震工程研究中心舉辦 建築物耐震設計國際 於我國對 921 集集地震震害結構及資料的保存與地震工程教育的 訓練班 邀集西亞 東南亞及中南美國家具耐震設計相關經驗 重視與推廣 皆表達推崇與讚許之意 與背景之政府官員 工程師及研究人員 展開為期一週的訓練課 程 藉以宣導及推廣我國在耐震設計上的研究成果及工程實務經 驗 並提供機會讓學員間能彼此交換意見與分享經驗 建築物耐震設計國際訓練班 自 2002 年開始舉辦 至 2010 年為止共已舉辦九屆 計有來自十九個不同國家 共三百零三位 學員參與 本年度第十屆訓練班課程 已於十月二十四至十月二 十八日 在國家地震工程研究中心盛大舉辦 共邀請十三個國家 共二十六位學員 圖一 參加為期一週之課程 除了瓜地馬拉 洪都拉斯 墨西哥 多明尼加 印尼 馬來西亞 泰國 越南 印度 蒙古等國家 今年更首度邀請沙烏地阿拉伯 寮國及海地 之學員參加 擴大國際交流 提升友邦國家耐震設計相關專業能 力 並讓具迫切耐震需求之國家參與本訓練班 圖二 參訓學員參觀本中心實驗場 圖一 ITP2011 全體參訓學員合照 本次訓練班課程規劃上 首日在隆重之開幕儀式後 安排參 圖三 921 地震教育園區參訪 此次國際訓練班活動 再一次順利將我國在耐震設計與地震 觀本中心引以為傲的實驗場 圖二 並由張國鎮主任簡介本中 工程相關研究成果與實務經驗 與參與之各友邦國家專家學者分 心之研究工作 使學員對我國在地震工程上之研究成果及發展現 享交流 達到強化國際關係以及分享震災防制經驗之目的 最後 況有有深入瞭解 接著 為促進各國學員間之交流 安排各國學 國家地震工程研究中心對行政院國家科學委員會國際合作處所提 員介紹該國地震工程或地震防災相關現況 藉此也瞭解各學員自 供之協助與經費補助 表達誠摯感謝之意 身工作或研究領域 提供未來聯繫及合作發展之重要契機 第二 至四日即進入主要之訓練班課程 共規劃了 18 場專題演講 內容 包含地震觀測與危害度分析 設計地震力 結構耐震設計及範例 耐震能力評估及補強 橋樑耐震設計及範例 基礎耐震設計及土 壤液化 震災損失評估 結構消能及隔震設計 以及本中心近來 之最新研究成果等 今年度教材之編撰上特別著重相關課程之架 構及連結 提供學員完整的結構耐震設計概念 並透過實際工程 範例幫助學員融會貫通 藉由密集的訓練課程給予學員完整且詳 細之耐震分析 設計與補強等工程實務觀念 各課程結束後 學 10 國家地震工程研究中心簡訊 第 80 期 專案副研究員 林哲民