第四章老舊 第四章老舊
第四章老舊鋼筋混凝土 鋼筋混凝土 鋼筋混凝土 鋼筋混凝土校舍 校舍 校舍 校舍結構系統調查 結構系統調查 結構系統調查 結構系統調查
建築物結構系統對於建築而言，就像骨骼系統之於人體的關係。結構 系統不但必須有效傳遞建築物之垂直靜載重，還必須能夠抵抗各種可能之 水平外力，尤其台灣地區位處全世界地震最頻繁之汎太平洋地震帶，結構 系統在規劃設計時更必須針對地震做適當之考慮。如此，構材受力情況將 較為均衡，整體耐震能力會比較高，不致使鋼筋混凝土建築物產生裂縫損 傷與破壊，萬一地震力部份超過設計，整體崩塌或嚴重損壞之情況也往往 能加以避免。
4-1 校舍 校舍 校舍 校舍使用現況 使用現況 使用現況 使用現況 4-1-1 調查範圍及內容 調查範圍及內容 調查範圍及內容 調查範圍及內容
本研究選定臺灣省之國立高中職校老舊校舍為調查範圍，蒐集其建築 基本資料、使用現況、損傷破壞情況等資料，並從蒐集所得資料中，除了 涵蓋不同行政區，並考慮下列兩點：
1.震區涵蓋甲、乙震區，但基於不同震區危險度考慮，甲震區校舍佔 較高之比例。
2.學校建築除考量建齡外，亦考慮座落環境及建築物使用用途。
篩選臺灣省（包括宜蘭縣、基隆市、臺北縣、苗栗縣、臺中縣、南投 縣、彰化縣雲林縣、嘉義市、台南縣、台南市，屏東縣）12個行政區，其 中16所國立高中職校及特教學校34棟老舊鋼筋混凝土建築物案例，如表 4-1、表4-2所示就建築物使用現況、平面結構系統、走廊結構系統、單元教
室柱配置等結構系統加以調查，並因學校建築物結構系及管理使用不當，
造成對學校建築物結構損傷破壞分析統計，以做為後續破壞行為機制分析 與比較。
4-1-2 建齡 建齡 建齡 建齡、 、 、 、樓層 樓層 樓層 樓層、 、 、 、建築使用 建築使用 建築使用 建築使用
調查臺灣省16所國立高中職校及特教學校34棟老舊鋼筋混凝土建築物 案例校舍的建造時間、樓層數及用途，如表4-3所示在建齡方面，民國59 年 以前興建者14棟（佔41％）最多，其次則為民國60年至69年間興建者11棟
（佔32％），民國70至79 年興建者8棟（佔24％），民國80年以後興建者1 棟（佔3％）。
在樓層數方面，以2層21棟(佔62％)最多，其次則為以3層10棟 (佔29
％)。此與調查學校不限於都市地區有關。
在用途上，以教室使用者18棟(佔52.94%)最多，其次則為宿舍使用者6 棟(佔17.65%)。調查學發現教室使用有普通教室與專科教室的分別，但基本 上專科教室之結構系統與通教室並無差異，如圖4-1所示很多學校之專科教 室或圖書室因使用人數較多，於是採取拆除磚造隔間牆，使兩個教室單元 或三個教室單元合成一個大空間之方式，此方式雖暫時解決空間使用問 題，但卻也改變了原有牆體配置，使得結構系統耐震性能因此降低。
4-1-3 分期增建情況 分期增建情況 分期增建情況 分期增建情況
調查學校老舊建築物分期增建情況區分為水平增建、垂直增建、屋頂 搭建三種情況。增建以原建築物增加其面積或高度者。但以走廊與原建築
物連接者，視為新建。在當時同一棟學校建築物分期興建（包括水平向分 期及垂直向分期），建造時間有橫跨10年以上的，由於學校建築物分多次 興建，因此也產生了爾後使用維護上的諸多間題。調查結果如表4-1所示，
表中各項比例係以總調查棟數(34棟)做為分母。
1.垂直增建
調查學校老舊校舍中，有增建者19棟（佔55.88%）如表4-3及圖4-2所示，
其方式又以垂直增建（即樓層增建）10棟(佔29.41%)最多，係因學校經費 限制而普遍存在。垂直增建除了有新舊柱間之接續問題外，增建後也使得 底層柱的軸力負擔增加，甚至超過原設計。有些增建學校建築物係在舊有 柱子旁增設新柱，來支承上部增建結構(即俗稱老背少之情況)，此種方式常 因新舊柱界面未做適當處理，在地震作用下新舊結構發生撕裂破壞之情 況，調查發現這也是學校老舊建築物常見的破壞情形。
2.水平增建
學校老舊建築物水平方向增建者 6 棟(佔 17.65%)如表 4-3 及圖 4-3 所 示，水平方向增建乃因建築經費的限制，一棟學校建築物必須分多期興建。
水平方向增建時，若結構形成一體，須預留鋼筋，否則須有特別的接續處 理或有隔離縫的設置，但調查常發現預留接續鋼筋，大多未作防銹處理，
造成鋼筋嚴重生銹，有效斷面積減少。水平方向擴建之新學校建築物時往 往與舊校舍比鄰相接，以求師生教學活動空間之暢通。不同時期建築物結 構有時採各自獨立之方式新建，但調查發現新舊結構體間之隔離縫常未做 適當處理，因此下雨時常常成為漏水之所在，造成混凝土劣化損傷。
3.屋頂增建
調查學校老舊建築物中，有增建者 19 棟（佔 55.88%）如表 4-3 及圖 4-4 所示，其中屋頂搭建輕鋼架構造的情形者 3 棟（佔 8.82%），有做為儲 藏空間、專科教室（音樂教室、自然教室）等用途者，亦有只做減少日曬 作用的遮棚。前面兩者使得底層柱軸力增加，若原先未規劃，整體耐震安 全會受到影響。而學校建築物則採取頂樓加蓋的方式，建築物承受之地震 力就是樓層之慣性力，樓層地震力分別與其重量及加速度成正比，頂樓加 蓋使校舍重量提高，而樓層愈高，加速度愈大，促使校舍地震力之豎向分 布略呈倒三角形。舉例說明，在其他條件相同的情況下，二層樓校舍頂樓 加蓋一層，雖然重量提高 0.5 倍，但是，地震力則不只增加 0.5 倍，而是增 加 1.0 倍。因此，頂樓貿然加蓋，將嚴重危害校舍結構原有的耐震能力【31】。
4-2 校舍 校舍 校舍 校舍建築結 建築結 建築結構 建築結 構 構系統 構 系統 系統調查 系統 調查 調查 調查 4-2-1 平面 平面 平面 平面結構系統 結構系統 結構系統 結構系統
台灣地區由於濕熱物理環境，學校建築在規劃設計時，通風、採光是 考慮的重點，而為了使建築物通風採光良好，平面結構形狀常規劃成簡單 的一字形，然後再因應基地地形、基地範圍以及空間需要增加，而逐漸演 變成L形、U形、H形、十字形等平面，如表4-2所示。隨著平面形狀之複雜 化，整個學校結構系統在地震下之行為亦會產生很大之改變。表4-4所示為 耐震不良之系統平面形狀，包括L 形、U形、H形、T 形、Z 形、或十字形，
其主要特徵為不對稱、不規則、或側翼過長。
在平面結構系統類型上，由表4-5調查中可看出台灣地區學校老舊建築 物在規劃設計時，通風、採光是考慮的重點，而為了使建築物通風採光良
好，平面形狀常規劃成簡單的一字形者21棟最多（佔62％）如圖4-5所示，
其次則為矩形5棟（佔15％），Ｌ字形、Ｕ字形各4棟（佔12％）如圖4-6、
圖4-7所示。
學校建築物為避免平面計設不當產生破壞的現象，結構系統應儘量採 用規則、簡單、對稱之平面形狀，如□字形，矩形等皆符合此一原則。但 矩形平面之校舍，長寬比須小於6，以避免形狀過於細長。若教室單元為一 10m×10m 的矩形單元(長度10m，寬度為教室寬7.5m 加上走廊2.5m 寬)，
則構成矩形平面的一側翼不可超過6個教室單元，從調查中發現一字形者21 棟最多（佔62％），若一字形學校建築物長度過長時，除了熱脹冷縮會導 致額外應力造成裂縫外，在地震時也很容易造成校舍端部的破壞。
4-2-2 走廊 走廊 走廊 走廊結構 結構 結構 結構系統 系統 系統 系統
走廊為學校建築物基本元素之一，其功能雖主要在連結教室或不同教 學空間，但對整個結構系統之反應行為及耐震能力卻有相當重要之影響。
校舍結構系統依走廊配置方式可分為如表4-6所示：
1.單邊懸臂走廊。
2.雙邊懸臂走廊。
3.有廊柱單邊走廊。
4.有廊柱雙邊走廊。
5.中間走廊。
以上五種系統類型，在耐震上以有廊柱雙邊走廊較為良好，主要原因 為校舍橫向構架有三跨，整個系統之靜不定級數增加，柱單位載重亦比其
他類型為低。如表4-6所示為六種走廊系統結構系統比較，其中有廊柱雙邊 走廊只有比雙邊懸臂走廊耐震力高。
有關學校老舊建築物走廊及其結構方式之調查結果如表4-5所示，在34 棟校舍中，無走廊13棟（佔38.24%）如圖4-8所示，單邊走廊21棟（佔61.8%），
其中懸臂式(即無廊柱者)15棟（佔44.12%）如圖4-9所示，有廊柱單邊走廊6 棟（佔17.65%）如圖4-10所示。本次調查無採雙邊走廊之建築物(包括雙邊 懸臂及有廊柱雙邊走廊)，主要原因係為節省工程造價，其走廊的型式對垂 直構材單位載重會產生直接的影響，有廊柱雙邊走廊及有廊柱單邊走廊 之校舍，與雙邊懸臂及單邊懸臂走廊之校舍相比，通常具有較低之垂直 構材單位載重，在耐震安全上較為有利。
4-2-3 教室柱配置 教室柱配置 教室柱配置 教室柱配置
台灣地區校舍結構系統依教室柱配置型式可區分：(1)長向兩跨與；(2) 長向三跨兩類型，如表4-7所示。後者，長向柱距較小，柱單位載重較低，
靜不定級數較高，在耐震上較為有利。長向兩跨者，開窗較為自由，但柱 單位載重一般較高，耐震上較為不利。
有關老舊校舍教室柱配置調查結果如表4-5所示，在18棟教室中，長向 兩跨單柱6棟（佔33.33%）如圖4-11所示，長向三跨兩柱12棟(佔66.67%)如 圖4-12所示。
4-3 本章 本章 本章 本章小結 小結 小結 小結
1.學校34棟老舊鋼筋混凝土校舍以民國59年前興建者14棟（佔41％）最多，
而我國建築技術規則於民國34年頒佈實施，民國63年內政部大幅修正後 正式納入有關地震力的條文。之後，內政部於民國71年大幅修改地震力 的計算，韌性設計的觀念才逐漸落實執行，因此從校舍興建時間分析，
在民國70年以前建造者，在耐震力上比較有問題。
2.調查發現學校因建築經費的限制，一棟學校建築物必須分多期興建19棟
（佔55.88％），分期興建的兩座新舊建築物往往或因高度不同、或因勁 度不同、或因重量不同，而使兩座建築物的基本振動周期亦隨之不盡相 同。因此，在地震侵襲下，兩座建築物並非同步振動，極可能兩者之間 作反向運動，再加上相鄰之地震隔離縫的寬度不足，即可造成相鄰校舍 擠壓或碰撞之現象，此種由擠壓或碰撞所產生的力量之大，甚至足以導 致相接樓層之柱子全面破壞，進而崩塌，這將使得活動其中之師生沒有 足夠的時間逃生。
3.調查中可看出台灣地區校舍在規劃設計時，通風、採光是考慮的重點，而 為了使校舍通風採光良好，平面形狀常規劃成簡單的一字形者21棟（佔
62％）最多。教育廳於民國55年發布的國民中小學「教室設計標準圖」，
乃是為了趕在民國57年開辦9年國民義務教育，急需大量教室而發布的，
當時尚無耐震設計的觀念，教室呈一長排相連，日後因教室不符使用，
增建成L、U字型校舍。建築物長度過長時（長寬比過大），除了熱脹 冷縮會導致額外應力造成裂縫外，在地震時也很容易造成建築物端部 的破壞。
4.調查發現校舍主要採用懸臂走廊(即無廊柱者)，計15棟（佔44.12%），在 懸臂走廊使走廊感覺較為寬敞，同時使教室與運動場（或中庭）間阻礙