第三章 試驗規範與實驗結果
第三節 全尺寸試驗
一 、 研 究 目 的
現 今 國內 除 卡 夾 式 暗 架 天 花板 使 用 較 為 普 遍 外，許 多 戶 外騎 樓 或 是 學 校走 廊 大 多 採 用 金 屬 條狀 式 暗 架 天 花 板 系 統 ， 然 而 此 系 統 在 921 地 震 以 及 2013 年 仁 愛 地 震中 卻 都 發 現 到 天 花 板掉 落 之 狀 況 。 尤 其 在 2013 年 南 投 瑞 峰 國 中 的 案 例 中，走 廊 及 樓 梯 間 均 發 生 大 範 圍 天 花 板 崩 落 的 情形，嚴 重 妨 礙 人 員 之逃 生 路 線，因 此 本 研究 擬 以 瑞 峰 國 中 的 天 花 板 形式 作 為 案 例 研 究 對 象，實 際 操作 全 尺 寸 天花 板 試 驗 以 瞭 解 此 天 花 板 系統 在 地 震 中 可 能 發 生之 破 壞 情 形 及 原 因 。
懸 吊 式天 花 板 在 地 震 作 用 下常 會 因 為 搖 晃 而 撞 擊 相 鄰 牆 體，或 是 因 為 在 天 花 板 邊 界 之 隔 間 牆 彼 此 產 生 相 對 位 移 而 造 成 天 花 板 受 到 擠
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壓，在 這 些 情 況下 天 花 板 系統 均 會 受 到 很 大 的 面內 壓 力 致 使 骨 架 變 形 破 壞。因 此 本 研究 以 靜 力 單向 側 推 以 及 靜 力 往 復載 重 兩 種 方 式 測 試 金 屬 條 狀 式 暗 架 天 花 板 系 統 ， 並 記 錄 天 花 板 試 體 之 破 壞 狀 況 及 承 載 能 力 。
二 、 實 驗 規 劃
實 驗 構架 主 要 為 鋼 構 絲 瓜 棚框 架 和 三 角 形 反 力 架（ 圖 73），在 三 角 形 反 力 架 上 裝 設 20T 之 油 壓 千 斤 頂 ， 並 且 在 千 斤 頂 前 方 安 裝 一 長 512cm，尺 寸 為 15cm× 7.5cm× 0.8cm 的 箱 型 鋼 作 為 分 力 鋼 梁（ 圖 74），
分 力 鋼梁 為 實 驗 中 重 要 的 構件 之 一，目 的 係 讓 千斤 頂 之 出 力 由 單 點 集 中 載 重轉 換 成 線 均 佈 載 重 作用 於 天 花 板 試 體 上 。
圖 73. 實 驗 框 架 圖 74. 施 力 側 千 斤 頂 及 分 力 鋼 梁
（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ） （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
在 鋼 構 絲 瓜 棚 框 架 遠 離 千 斤 頂 端 的 大 梁 底 下 鎖 上 四 支 長 度 150cm，斷 面 尺 寸 為 19.5cm× 13cm× 0.7cm 的 箱 型 鋼 梁，並 在 鋼 梁 上 焊 上 兩 支 12.5cm× 6.3cm× 0.6cm、 長 117.3cm 的 C 型 鋼 作 為 反 力 端 （圖 75）。此 外，在 絲 瓜 棚 架 上 方 置 入 四 塊 尺 寸 為 105cm× 115cm× 15cm 的 混 凝 土塊 用 以 模 擬 建 築 物 之混 凝 土 樓 板（ 圖 76）。天 花 板 試 體 之 平 面 尺 寸為 235cm× 235cm， 其 中 包含 3 支支 撐 架 、 24 片 G 形卡 麗 板 板材 以 及 9 組 長 度 為 90cm 之 吊 筋 組 （ 擊 釘片 、 二 分螺 桿 吊 筋 ） 。 實 驗 步
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驟 先 以火 藥 擊 釘 將 吊 筋 組 固定 於 上 方 混 凝 土 塊，吊 筋 下 方和 天 花 板 支 撐 架 相接 處 則 以 螺 帽 鎖 固，待 吊 筋 與支 撐 架 全 數固 定 後 再 調 整 支 撐 架 之 水 平高 度 並 安 裝 卡 麗 板 板材。天 花板 試 體 一 側會 固 定 於 分 力 鋼 梁 上 的 七 字收 邊，而 另 一 側 則 頂住 反 力 端，最 後 以 連接 分 力 鋼 梁 之 千 斤 頂 施 加 載重 於 天 花 板 試 體 直 至試 體 破 壞 。 實 驗 裝 置如 圖 77 所 示 ， 其 中 支 撐 架以 及 吊 筋 之 間 距 均為 90cm， 此 為 國 內 慣習 工 法 。
圖 75. 反 力 端 構 造 圖 76. 混 凝 土 塊
（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ） （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
單位 mm
cm
cm
90cm 90cm
90cm
90cm 吊筋
圖 77. 實 驗 裝 置示 意 圖 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
在 南 投瑞 峰 國 中 之 現 地 調 查中，發 現支 撐 架 的 搭接 應 為 影 響 天 花
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板 耐 震性 之 主 要 原 因，因 此 本研 究 將 實 驗 試 體 分為 1.支 撐 架 沒 有 搭接 2.全 部 支 撐 架 均 搭 接 3.僅 中 間 支 撐 架 搭 接 三 種 方 式 進 行 試 驗 與 分 析 。
三 、 支 撐 架 沒 有 搭 接
由 於 市面 上 販 售 的 天 花 板 支撐 架 長 度 普 遍 為 9 呎、10 呎 或 12 呎，
因 此 在大 面 積 之 天 花 板 場 合下 支 撐 架 勢 必 需 要 搭接。天 花板 支 撐 架 沒 有 搭 接 的 情 形 為 模 擬 在 大 面 積 天 花 板 中 靠 近 邊 界 的 一 小 區 域 。 在 T1 與 T2 天 花 板 試體 中 的 支 撐架 皆 沒 有 做 搭 接 之 處理 ， 實 驗 時 則 沿 著 不 同 方 向施 加 載 重，T1 試 體 為沿 板 材 方 向 施 加 載重（ 圖 78）；而 T2 試 體 則 為沿 支 撐 架 方 向 施 加 載重 （ 圖 79） 。
圖 78. T1 沿 板材 方 向 施 加 載重 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 79. T2 沿 支撐 架 方 向 施 加載 重 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
T1 天 花 板 試 體 在 加 載 後 卡 麗 板 開 始 受 壓 變 形 ， 持 續 加 大 載 重 造
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圖 85 說 明 T2 天 花 板 試 體試 體 之 力 量 -位 移 曲線 ， 圖 中 數 字 代 表 力 量 曲線 發 生 變 化 之 階 段。在 第 一 階段 中 天 花 板試 體 受 外 力 作 用 強 度 逐 漸 提升，而 第二 階 段 在 過了 極 限 載 重 後 因 支 撐架 發 生 嚴 重 挫 屈 破 壞 導 致 試體 強 度 急 遽 下 降。T1 試 體 極限 載 重為 2034kgf，而 極 限 載 重下 的 位 移為 4.5cm。
許 多 場合 之 天 花 板 講 究 美 觀而 營 造 天 花 板 的 層 次，也 因 此高 低 差 天 花 板之 形 式 成 為 國 內 極 為普 遍 的 做 法。實 驗 試體 由 原 有 平 面 尺 寸 為 235cm× 235cm 的 天 花 板 從 中 間 分 為 上 下 兩 層，而 上 下 層 天 花 板 板 材 底 部 相距 15cm 並以 大 七 字 收邊 連 接。T3 試 體 為 高低 差 天 花 板 沿 板 材 方 向 施 加載 重（ 圖 86）；而 T4 試體 為 高 低 差 天花 板 沿 支 撐 架 方 向 施加 載 重 （圖 87） 。
圖 86. T3 沿 板材 方 向 施 加 載重 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 87. T4 沿 支撐 架 方 向 施 加載 重 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
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圖 90 說 明 T3 天 花 板 試 體試 體 之 力 量 -位 移 曲線 ， 圖 中 數 字 代 表 力 量 曲線 發 生 變 化 之 階 段。在 第 一 階段 中 卡 麗 板受 外 力 作 用 拉 動 連 接 材 大 七字 收 邊 架，試 體 強 度開 始 提 升。第 二 階 段，上 層 天 花板 和 大 七 字 收 邊架 相 接 處 之 自 攻 螺 絲 出 現 鬆 脫 的 狀 況，試 體 強 度 輕 微 下 降。第 三 階 段，自 攻 螺 絲遭 拔 出 造成 部 分 大 七 字 收 邊 架脫 離 上 層 天 花 板，導 致 試 體強 度 大 幅 下 降，並 且 上 層 天 花板 之 吊 筋 也因 為 天 花 板 支 撐 架 變 形 而 發生 挫 屈 的 狀 況。第 四 階 段，未 脫 落 的 自 攻螺 絲 繼 續 帶 動 大 七 字 收 邊 架變 形，試 體 強 度 繼 續 提 升。第 五階 段，下 層 天 花 板 和 大 七 字 收 邊 架 相 接 處 之 自 攻 螺 絲 鬆 脫 ， 試 體 強 度 下 降 。 T3 試 體 極 限 載 重 為 206kgf， 而 極 限 載 重 下 的 位 移 為 16.2cm。
T4 天 花 板 試 體 在 實 驗 加 載 後 其 受 力 狀 況 與 T3 試 體 相 似 ， 圖 87 中 右 側較 高 之 天 花 板 會 沿 著施 力 方 向 移 動，造 成 連 接 高 低差 天 花 板 之 大 七 字收 邊 架 被 上 方 天 花 板所 拉 動，而 左 側 較 低的 天 花 板 則 同 樣 沒 有 明 顯 的受 到 力 量 作 用。當 載 重 逐 漸 加大 時 大 七 字收 邊 架 開 始 出 現 嚴 重 變 形，此 時 與 上 下層 天 花 板 連 接 處 的 自 攻 螺 絲 會出 現 鬆 脫 的 狀 況，最 後 大 七字 收 邊 架 與 上 層 天 花板 相 接 處 會 先 行 脫 落（ 圖 91），同 時 其 側 邊 也 發生 被 下 層 天 花 板 支 撐架 穿 破 之 情 形（圖 92），直 至 力 量 曲 線 無 法 再 提升 視 為 實 驗 終 止 。
圖 91. T4 大 七 字 收 邊 架 變 形 脫 落 圖 92. T4 支 撐 架 穿 破 大 七 字 收 邊 架
（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ） （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
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圖 94. T5 搭 接處 無 錯 位（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 95. T6 搭 接處 有 錯 位（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 96. T5 支 撐 架 挫 屈 破 壞 圖 97. T5 支 撐 架 掛 勾 變 形
（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ） （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
T5 天 花 板 試 體 在 實 驗 加 載 後 支 撐 架 開 始 受 壓 變 形 ， 搭 接 處 的 支 撐 架 有錯 動 的 情 形 發 生，當 載 重 持 續加 大 時 支 撐架 明 顯 受 到 挫 屈 破 壞
（圖 96），而 在 搭 接 處 的 卡麗 板 則 被 支 撐 架 掛 鈎 刺 穿。支 撐 架 掛 鈎 在
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破 壞，試 體強 度 下 降。第 五 階 段，第 二支 支 撐 架發 生 挫 屈 破 壞，試 體 強 度 大幅 下 降 。 T6 試 體 極限 載 重 為 833kgf， 而 極 限 載 重下 的 位 移為 6.6cm。
一 般 而言 搭 接 處 的 支 撐 架 在施 作 時 會 盡 量 靠 在 一 起（ 圖 102a）；
然 而 在 瑞 峰 國 中 現 場 發 現 搭 接 處 支 撐 架 間 約 有 15cm 的 距 離 （ 圖 102b） ， 因 此 本 研 究 針 對 此 搭 接 狀 況 同 樣 進 行 測 試 。 T7 試 體 支 撐 架 的 搭 接處 並 沒 有 錯 位，但 搭 接 處 支 撐架 間 保留 15cm 之 間 距 (圖 103)。
(a)
(b)
圖 102. 搭 接 處 支 撐 架 距 離示 意 圖（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 103. T7 搭 接 處 無 錯 位 且支 撐 架 間距 15cm （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
T7 天 花 板 試 體 在 實 驗 加 載 後 ， 搭 接 處 之 卡 麗 板 會 有 會 變 形 且 發 出 聲 響的 情 況。當 載 重 加 大時 在 搭 接 處 的 卡 麗 板會 嚴 重 扭 轉 變 形（圖 104），此 外 支 撐 架 掛 鈎 會 變 形 且 刺 穿 卡 麗 板（ 圖 105）。與 T5 及 T6
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天 花 板試 體 較 大 差 異 在於 T7 試 體 有發 生 板 材 掉落 之 狀 況 。 加 載 至 最 後 搭 接處 的 支 撐 架 發 生 挫 屈 破 壞，直至 力 量 曲 線無 法 再 提 升 視 為 實 驗 終 止 。
圖 104. T7 卡 麗 板 扭 轉 變 形 圖 105. T7 支 撐 架 掛 勾 變 形
（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ） （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
X_F
0 50 100 150 200 250 300 350 400 kg
0 2 4 6 8 10 12
cm
1
2
444 kgf 3
6.0cm
圖 106. T7 試 體 力 量-位 移 曲線 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 106 說 明 T7 天 花 板 試 體試 體 之 力 量 -位 移 曲線，圖 中 數 字 代 表 力 量 曲線 發 生 變 化 之 階 段。在 第 一 階段 中 天 花 板試 體 受 外 力 作 用 強 度 逐 漸 提升。第 二 階段，搭接 處 的 卡 麗 板 嚴 重 扭 轉變 形 並 且 掉 落，試體
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強 度 大幅 下 降 。 第 三 階 段 ，搭 接 處 支 撐 架 挫 屈 破壞 ， 試 體 強 度 下 降。
T7 試 體 極 限 載 重 為 444kgf， 而 極 限 載 重 下 的 位 移 為 5.1cm。
五 、 中 間 支 撐 架 有 搭 接
此 階 段 試 驗 主 要為 探 討 在 天 花 板 試 體中 骨 架 有 無 搭 接 所 造成 的 影 響 ， 天 花 板 試 體 僅 中 間 支 撐 架 有 搭 接 其 餘 兩 側 支 撐 架 並 無 作 搭 接 處 理 。 目 前 國 內 在 骨 架 搭 接 處 的 施 工 上 並 不 會 刻 意 費 工 將 兩 支 撐 架 鎖 固，本 研 究 嘗 試用 兩 支 自 攻螺 絲 從 骨 架 側 邊 將 支撐 架 進 行 鎖 固 以 便 瞭 解 能 否提 升 天 花 板 之 耐 震 性。T8 試 體 為 中 間 支 撐架 搭 接 但 無 鎖 固（ 圖 107） ； 而 T9 試 體 則 為 中 間 支 撐 架 搭 接 且 有 鎖 固 （ 圖 108） 。
圖 107. T8 中 間 支 撐 架 搭 接但 無 鎖 固 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 108. T9 中 間 支 撐 架 搭 接且 有 鎖 固 （ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
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