中小學學校建築特性與耐震能力

臺灣為因應自 1968 年起推動之九年國教政策所產生的中小學校舍不足之問 題，必須在短時間內大量興建學校校舍，以提供因九年國民義務教育實施而產生 的大量就學學生所需。為配合此一政府政策，民國五十五年臺灣省政府教育廳發 布了國民中小學「教室設計標準圖」，提供一個興建校舍快速且可依循的標準(鍾 立來等，2005)，這也是目前現存許多老舊校舍具有相似結構與外貌的原因(許丁 友等，2003)。同時政府也增列許多經費挹助於興建學校校舍之用，例如於民國 六十到七十年的發展與改進國民教育五年計畫投資 54 億元、民國七十二到七十 七年的發展與改進國民教育六年計畫投資 627 億元、民國七十八到八十三年的發 展與改進國民教育第二期六年計畫投資 452.6 億元等(湯志民，2006)。但因需要 興建的校舍眾多，經費卻無法一次滿足大部分學校的需要，因此中小學的校舍建 築多有分期增建，建物老背少的情形，且經多位專家學者的實際調查統計證實此 為多數老舊校舍的建築特性(許丁友等，2003) (陳錫慶，2005) (王瀅翠、張嘉祥、

陳嘉基、吳建邦，2006)。

在 1999 年 921 集集地震發生之前，臺灣政府與學界對於中小學校舍建築結 構與耐震力的研究較少，早期的研究如國立成功大學許茂雄、張嘉祥、姚昭智、

劉玉文(1993)接受臺南市政府委託所進行之臺南市國民中小學及幼稚園學校建 築結構安全評估報告，其內容針對臺南市所轄學校建築共 133 棟進行完整的耐震 初步與詳細評估工作。其結果發現不符合嘉南地區地震危害度標準之建物共 119 棟，由此可知當時的臺灣學校建築的耐震能力已十分堪慮。在經過 1998 年嘉義 瑞里地震之後，許多建築因地震而損壞，也促使學者提出如何提升建築耐震力的 改善對策與建議(張嘉祥、陳嘉基、王貞富，1998)。

直到臺灣 921 地震發生，產生了臺灣近年來最嚴重的地震災害。中部地區的

續表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000年以後)

續表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000 年以後)

續表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000 年以後)

综合上述的研究資料，本文將歷年來多位專家學者對實際調查現存中小學學 校校舍建築特性與耐震能力的重點歸納如下：

一、在建築特性方面：

(一)學校建築較廣泛的形式為一字型(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，

2001)、(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(宋嘉誠，2011)、(丁 菁怡，2012)。

(二)校舍以 2 層樓比例最高，大部分的校舍多為 1 到 3 層樓高 (陳錫慶，

2005)、(王瀅翠，2005)、(許智豪，2007)、(林琨偉，2011)。

(三)走廊配置以單邊懸臂走廊(無廊柱)最普遍(許丁友等，2003)、(鍾立來 等，2005)、(王瀅翠，2005)、(葉貝羚，2007)、(林琨偉，2011)。

(四)在校舍長向(沿走廊)的方向缺乏牆面並大量兩側開窗，有窗台柱(許丁 友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)、

(林琨偉，2011)、(宋嘉誠，2011)、(丁菁怡，2012)。

(五)教室的柱配置型式可分為長向兩跨、長向三跨兩種類型(張嘉祥、許茂 雄，2000)、(呂國維，2001)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，2005)、

(葉貝羚，2007)、(丁菁怡，2012)。

(六)屋頂形狀以平屋頂比例最多(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、

(王瀅翠，2005)。

(七)建築結構與材料以鋼筋混凝土(RC)柱樑框架結構比例最高(張嘉祥、許 茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(王瀅翠，2005)、(許智豪，2007)。

(八)欠缺整體規劃，校舍多有分期增、改建的情形(許丁友等，2003)、(陳 錫慶，2005)、(王瀅翠，2005)。

(九)建築有柱內埋管、箍筋不足、混凝土強度不足等特性(許丁友等，2003)、

(鍾立來等，2005)、(陳雅婷，2006)、(宋嘉誠，2011)。

(十)多數校舍為民國 73 年以前無耐震設計規範時代興建(鍾立來等，

2005)、(王瀅翠，2005)、(林琨偉，2011)。

二、在現有耐震能力方面：

(一)校舍長向(沿走廊)缺乏牆面並兩側開窗易形成窗台柱之短柱剪力破壞，

為結構上的弱向 (呂國維，2001)、(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、

(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)、(林琨偉，2011)、(宋嘉誠，2011)、

(丁菁怡，2012)。

(二)有懸臂走廊的校舍會降低其耐震能力，有廊柱之雙邊走廊耐震能力佳(張 嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，

2005)、(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)、(林琨偉，2011)

(三)校舍多存在強樑弱柱的行為，易造成剪力型破壞而崩塌或嚴重損壞於校 舍底層(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)。

(四)建築多有柱內埋管、箍筋不足、混凝土強度不足等問題會降低其耐震能 力(呂國維，2001)、(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(陳雅婷，

2006)。

(五)教室的柱配置為長向三跨者耐震能力較高(張嘉祥、許茂雄，2000)、 (呂 國維，2001)、(王瀅翠，2005)。

(六)校舍間應有適當隔離縫以避免擠壓碰撞效應(呂國維，2001)、(陳雅婷，

2006)、(蘇耕立，2008)。

(七)校舍柱量比偏低，柱單位載重過高容易崩塌(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂 國維，2001)、(陳雅婷，2006)、(葉貝羚，2007)。

(八)早期興建或於民國 73 年以前無耐震設計規範時代興建之校舍其耐震 力普遍不足(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，2005)、(林 琨偉，2011)。

(九)校舍的分期增、改建或是擅自改變壁體(隔間牆)會影響結構系統，降低 其耐震能力(呂國維，2001)、(許丁友等，2003)、(陳錫慶，2005)、(王 瀅翠，2005)。

由於臺灣處於亞熱帶型海島氣候，環境較為濕熱，同時更考慮到學生的視力 保健與通行安全，因此學校建築設計以通風和採光佳、通道出口大為考慮的重 點。在這樣的背景因素之下，校舍設計因此而傾向於平面形狀為一字形，教室在 長向沿走廊方向為大量開窗與通道而減少了牆壁量，形成長向壁量不足和窗台柱 多的特色；也因為節省經費和通行方便而大量使用無廊柱之單邊走廊設計。這些 設計方式也呈現在政府於民國 54 年出版之「國民學校設備標準」與民國五十五 年發布的國民中小學校舍標準圖中(王瀅翠，2005) (鍾立來等，2005)。而當年為 了實施九年國民義務教育與配合政府的政策與規定，大量校舍建築均採用前述的 設計方式施工，故葉貝羚(2007)的調查研究中即發現，南投縣研究校舍樣本具有 明顯的同質性，有相同的建築特性與相似樣貌。

但是這些建築特性卻成為學校校舍在耐震能力方面的致命傷，如張嘉祥、許 茂雄(2000)的研究中指出，臺灣的學校建築在面臨強震時常會產生非常嚴重的損 壞，民國八十七年的嘉義瑞里地震中，學校建築的損壞情形遠遠超過一般建築 物。丁菁怡(2012)的研究中亦指出，校舍建築在平面形式與耐震結構上缺失，造 成 921 震災中校舍受創嚴重的結果。王瀅翠(2005)的研究中發現其 97 棟研究樣 本中有 60 棟校舍耐震能力有疑慮。林琨偉(2011)對於 88 年以前建造之 8309 棟 校舍資料的研究中亦發現，47.3%校舍的耐震能力確有疑慮，18.3%略有疑慮。

此外，趙宜峰等(2012)與江鳳玲(2011)的研究中均指出，每次臺灣發生震災時，

學校建築的破壞十分明顯，經研究歷次震災調查報告，發現雖然學校建築之設計 耐震力較一般建築高出四分之一(黃世建、蕭輔沛、邱聰智，2010)，但其於震災 中產生的破壞卻比其他類型之建築物較為嚴重。以上多位學者專家的研究結論都 再次證明臺灣中小學學校校舍建築特性使其耐震能力產生嚴重不足的現象，所以 必須儘快全面性進行校舍建築的耐震評估和補強工作，以避免歷次震災的悲劇再 次發生。

本研究以典型中小學學校建築做為研究與分析對象，以資料探勘的分析模 式，期盼建立一快速分析學校建築之實際耐震能力之模式，以改善目前學校校舍

耐震力不足的問題。在許丁友等(2003)的研究中，已出現典型校舍一詞，其文中

續表 2-2 典型學校建築定義之相關研究

三、校舍教室結構多為 3 跨或 2 跨，教室之間有隔間牆，牆量集中於垂直走廊 之方向。而沿走廊方向有大量門窗，牆量少，其耐震行為反應有強梁弱柱與 短柱效應，具有剪力型房屋的模式。

本研究將基於以上對典型校舍的定義，對於收集到的臺東縣校舍耐震能力詳 細評估資料進行一初步的資料篩選工作，排除非典型校舍的資料，以大部分校舍 所具備的典型型式進行分析，以利使用資料探勘的方式找尋共通預測模型。