第二章 研究結果分析
第五節 高精度施工要求
建 築 材 料 實 驗 群 反 力 牆 與 強 力 地 板，日 後 於 營 運 實 驗 階 段，是 否 能 達 到 原 先 規 劃 與 設 計 需 求，進 而 達 到 大 型 力 學 實 驗 室 之 設 置 目 的 與 功 能，其 先 決 條 件 即 為 反 力 牆 與 強 力 地 板 之 施 工 精 確 度。精 確 度 影 響 整 體 實 驗 成 敗 與 否 ， 其 重 要 關 鍵 因 素 包 括 下 列 三 項 ：
1. 實驗之安全性：
A. 實驗過程中安裝儀器設備時之難易程度。
B. 吊裝或固定實驗固定架、實驗本體構架之時效性。
C. 營運階段之活用性。
D. 實驗之準確性（考慮偏心載重等問題）。
2. 實驗之準確性：
A. 反力牆與強力地板確實提供足夠抵抗撓曲應力之能力。
B. 確實有效提供反作用力。
C. 提供準確之邊界條件。
3. 實驗之靈活性：
A. 反力牆及強力地板配置螺拴孔位之絕對位置。
B. 反力牆及強力地板配置螺拴孔與螺拴孔間之相對位置。
C. 反力牆與強力地板兩者螺拴孔位自身之一致性。
D. 反力牆與強力地板兩者螺栓孔三度空間之準確性 E. 反力牆以及強力地板兩者工作區域之平整度。
雖 然 ， 國 內 學 術 單 位 與 研 究 機 構 大 多 已 設 置 反 力 牆 及 強 力 地 板 ， 且 各 個 單 位 對 於 相 關 精 度 要 求 亦 相 當 嚴 格。但 針 對 設 置 規 模 與 實 驗 能 量 而 言，建 築 材 料 實 驗 群 所 設 置 之 反 力 牆 及 強 力 地 板 與 財 團 法 人 國 家 地 震 中 心 較 為 相 近。探 究 兩 者 在 要 求 精 度 相 同 之 情 況 下，以 精 簡 斷 面 設 計 法 配 合 預 力 系 統 設 計，在 極 有 限 空 間 中 配 置 大 量 鋼 筋、配 置 數 量
眾 多 螺 栓 套 管 以 及 118 束預力鋼鍵之情況下，建築材料實驗群相較於 國 家 地 震 中 心，建 築 材 料 實 驗 群 要 求 達 到 應 有 施 工 精 度，其 施 工 困 難 性 較 高。反 力 牆 與 強 力 地 板 鋼 筋、螺 栓 套 管 及 預 力 鋼 鍵 配 置 情 況，如 表 17 所示。
由 此 可 以 得 知 構 築 10 m 寬×12 m 高×1.5 m 厚之 A 座反力牆，20 m 寬×9 m 高×1.5 m 厚之 B 座反力牆及 31 m 長×13 m 寬×1.2 m 厚強 力 地 板 之 施 工 過 程 於 國 內 建 築 型 態 中 實 屬 少 見 。
表 17 反力牆與強力地板鋼筋、螺栓套管及預力鋼鍵配置情況 A 座反力牆 B 座反力牆 強 力 地 板 鋼 筋 雙 層 雙 排 鋼 筋 雙 層 雙 排 鋼 筋 雙 層 三 排 鋼 筋
螺 栓 套 管 （ 支 ） 414 663 992
預 力 鋼 鍵 （ 束 ） 38 80 無
建 築 材 料 實 驗 群 大 型 力 學 實 驗 室 所 建 構 之 強 力 地 板 與 反 力 牆，其 要 求 之 施 工 誤 差 不 得 大 於 千 分 之 二。針 對 一 般 土 木 建 築 工 程 而 言，千 分 之 二 之 施 工 精 度 確 實 為 極 大 之 挑 戰，但 為 保 障 大 型 力 學 實 驗 室 於 實 驗 時 之 安 全 性 及 實 驗 之 精 確 性，必 須 克 服 土 木 建 築 施 工 瓶 頸 以 達 到 此 一 需 求 。 施 工 誤 差 不 得 大 於 千 分 之 二 ， 其 涵 蓋 之 項 目 包 括 下 列 五 項 ：
1. 強力地板實驗平台之平整度。
2. 反力牆垂直面之平整度。
3. 反力牆與強力地板其相鄰兩支螺栓套管中心點距離。
4. 螺栓套管中心點經緯線之角度、垂直度及平行度。
5. 反力牆螺栓套管中心線與強力地板螺栓套管中心線，兩者之角 度 、 垂 直 度 及 平 行 度 。
因 反 力 牆 與 強 力 地 板 厚 度 小 且 設 計 之 鋼 筋 號 數 大（ ＃7 與＃8）；
鋼 筋 間 距 小 （ ＠10 cm 與＠20 cm）；鋼筋層數多（上層鋼筋與下層 鋼 筋 均 為 三 層 雙 向 ） ； 埋 設 之 螺 栓 套 管 數 量 龐 大 （ 總 共 2,069 支）；
再 加 上 箍 筋（ ＃4 ＠ 20 cm）與強力地板開口部及反力牆端錨處之補 強 筋，在 有 限 空 間 內 堆 滿 數 量 眾 多 之 鋼 筋，想 要 達 到 上 述 之 要 求 實 屬 困 難 。
除 此 之 外，為 滿 足 反 力 牆 厚 度（1.5 m）及強力地板厚度（1.2 m）
之 需 求，又 需 配 合 螺 栓 套 管 精 準 度 要 求，則 需 嚴 格 控 制 模 版 之 平 整度 與 水 平 度 。
反 力 牆 與 強 力 地 板 8,000psi 混凝土，已全部澆置完成，其精準度 是 否 合 乎 規 範 要 求 尚 待 最 後 查 驗 方 可 得 知 。 然 而 ， 施 工 過 程 中 從 8,000psi 混凝土之材料特性、模版支撐形式（如重型支撐架）、模版 分 割 線 之 規 劃 、6 層鋼筋（上三層、下三層）排放方式、螺栓孔面之 水 平 及 垂 直 度 控 制 、 螺 栓 孔 定 位 到 混 凝 土 澆 置 完 成 面 之 平 整 度 等 等 ， 於 土 木 建 築 界 均 難 得 一 見 。
第 六 節 建 築 物 本 體 為 實 驗 對 象
建 築 材 料 實 驗 群 二 期 工 程 ， 其 重 要 結 構 構 件 包 括 A、B 兩座反力 牆 以 及 強 力 地 板 （ 一 樓 樓 地 板 ） 。 而 一 期 工 程 之 地 面 樓 層 採 用 SRC 設 計 （ 鋼 構 鋼 筋 混 凝 土 ） ， 二 樓 以 上 樓 層 則 採 用 SS 設 計 （ Steel Structure）。針對一期工程整棟建築物之耐震設計及二期工程反力牆 及 強 力 地 板 結 構 設 計 ， 均 採 用 先 進 之 工 程 技 術 來 加 以 設 計 與 施 工 。
針 對 一 期 工 程 整 棟 建 築 物 之 耐 震 設 計 而 言，其 特 殊 之 處 包 括 下 列 五 項 ：
1. 同時採用 SRC 構件及 SS 構件。
2. 採用隔震器（23 顆）為建築物之隔震元件。
3. 建 築 物 採 用 開 放 式 空 間 設 計，意即 建 築 物 僅 設 計梁、柱 構 件 ， 而 無 結 構 用 承 重 牆 之 設 計 。
4. 建築物部分樓層採用挑空設計。
5. 支承電梯之鋼結構採用懸吊系統設計。
針 對 二 期 工 程 反 力 牆 及 強 力 地 板 結 構 設 計 而 言，其 特 殊 之 處 包 括 下 列 十 一 項 ：
1. 反力牆及強力地板，均採用 8,000psi 自充填高強度混凝土。
2. 反力牆（A 座）結構尺寸為：10 m 寬×12 m 高×1.5 m 厚。
3. 反力牆（B 座）結構尺寸為：20 m 寬×9 m 高×1.5 m 厚。
4. 強力地板結構尺寸為：31 m 長×13 m 寬×1.2 m 厚。
5. 三者之結構尺寸龐大，故於混凝土澆置時視為巨積混凝土。
6. 以梁之結構行為設計強力地板。
7. 以懸臂梁之結構行為設計強力地板。
8. 不論 A 反力牆、B 座反力牆及強力地板，均以等間距之方式 佈 置 螺 栓 套 管 。
9. A 座反力牆 414 支螺栓套管。
10. B 座反力牆 663 支螺栓套管。
11. 強力地板 992 支螺栓套管。
建 築 材 料 實 驗 群 以 建 築 物 本 體 為 實 驗 對 象，其 主 要 研 究 項 目 包 括 下 列 三 項 ：
1. 量測反力牆及強力地板混凝土水化熱：
A. 量 測 反 力 牆 及 強 力 地 板 所 使 用 之 8,000psi 高 強 度 自 充 填 混 凝 土 水 化 熱 ， 其 主 要 目 的 乃 藉 由 實 際 量 測 全 尺 寸 之 實 體 構 件 之 巨 積 混 凝 土 水 化 熱 之 變 化 情 況 ， 藉 以 瞭 解 8,000psi 高 強 度 自 充 填 混 凝 土 ， 由 澆 置 開 始 到 混 凝 土 水 化 完 成 所 需 時 間 。 換 言 之 ， 瞭 解 混 凝 土 內 部 溫 度 隨 著 環 境 溫 度 變 化 及 隨 著 強 度 發 展 之 情 況 。
B. 實驗數據將可推估 8,000psi 高強度自充填混凝土，其強度 發 展 情 況 與 水 化 熱 之 關 係 ， 並 可 藉 由 此 一 數 據 ， 建 議 8,000psi 高強度自充填混凝土之養護時間。
2. 量測反力牆鋼筋應變量：
A. 量 測 混 凝 土 澆 置 前 後 與 施 預 力 前 後 ， 反 力 牆 鋼 筋 應 變 量 ， 其 主 要 目 的 乃 藉 由 實 際 量 測 鋼 筋 應 變 量 ， 藉 以 瞭 解 反 力 牆 於 混 凝 土 澆 置 後 ， 鋼 筋 因 混 凝 土 之 自 身 重 量 、 混 凝 土 圍 束 作 用 力 及 混 凝 土 溫 度 變 化 等 等 外 力 交 互 作 用 下 ， 鋼 筋 內 部 應 力 變 化 情 況 。
B. 由 鋼 筋 應 變 計 瞭 解 反 力 牆 承 受 強 大 預 力 作 用 時 ， 反 力 牆 與 鋼 筋 所 受 到 之 作 用 力 。
C. 於營運階段亦可以藉由鋼筋應變計得知下列資訊：
a. 瞭解於地震發生前後，反力牆內部應力變化狀況。
b. 可以得知實驗時，反力牆受力大小是否在合理範圍內。
因 而 提 高 周 邊 實 驗 人 員 之 安 全 性 。
c. 及時提醒並告知實驗操作人員，避免不當之外力施加於 反 力 牆 。
d. 可確保反力牆本體不受傷害，進而增加使用年限。
e. 可降低維修費用。
3. 量測建築材料實驗群第一期工程隔震器之位移量：
A. 量 測 一 期 工 程 隔 震 器 之 位 移 量 ， 其 主 要 目 的 乃 藉 由 「 隔 震 器 位 移 量 之 動 態 監 測 系 統 」 隨 時 監 測 地 震 來 臨 時 ， 隔 震 器 之 減 震 效 能 。
B. 評估隔震器全體性能與其個別性能之差異性 C. 可藉由量測系統得到下列資訊：
a. 實際量測地震發生時與發生後隔震器位移量。
b. 可藉由量測所得之位移行為，檢討現行法規之合宜性。
c. 可分析日後類似建築物之「防撞距離」。
d. 可查核 A 棟建築物，於地震發生後隔震器之回復情況。
e. 在兼顧結構安全性與購置成本之前提下，藉由實際實驗 數 據 ， 將 可 準 確 地 決 定 何 時 應 更 換 已 受 損 之 隔 震 器 。 f. 增加建築物及隔震器之使用年限。
g. 並可避免浪費。
本 研 究 以 攝 影 機、照 相 機 以 及 相 關 書 面 資 料，全 程 紀 錄 建 築 材 料 實 驗 群 施 工 過 程 。 記 錄 之 工 項 包 括 下 列 數 項 ：
1. 第一期、第二期建築工程。
2. 第一期、第二期水電工程。
3. 3,000 噸萬能試驗機組裝過程。
4. 能實驗機附屬系統，如水電系統、冷卻系統及油壓系統等。
5. 天車工程。
6. 景觀植栽工程。
再 者，本 研 究 亦 將 建 築 物 本 體 作 為 重 要 之 研 究 對 象。研 究 之 項 目 包 括 ：
1. 量測 8000 psi 自充填混凝土水化熱。
2. 量測 8000 psi 強力地板之自充填混凝土，其水化熱與齡期之 關 係 。
3. 量測 8000 psi 反力牆之自充填混凝土，其水化熱與齡期之關 係
4. 量測強力地板與反力牆在混凝土澆置前後、在施預 力前後，反 力 牆 鋼 筋 應 變 量 之 變 化 情 況 。
5. 裝設隔震器位移量之動態量測系統。
6-1 反 力 牆 及 強 力 地 板 鋼 筋 應 變 量 之 變 化 情 況
初 步 整 理 反 力 牆 鋼 筋 應 變 量 之 數 據 得 知，鋼 筋 應 變 量 會 隨 著 施 工 條 件、安 裝 條 件 及 承 受 外 力 情 況 而 有 所 不 同。針 對 本 計 畫 所 安 裝 之 鋼 筋 應 變 計 ， 大 約 可 分 為 下 列 五 個 階 段 ：
1. 出廠之後。
2. 混凝土澆置之後。
3. 施預力過程中。
4. 施預力之後。
5. 加載實驗外力後。
本 研 究 於 A 座 反 力 牆、B 座 反 力 牆 及 強 力 地 板，均 分 別 安 裝 五 支 鋼 筋 應 變 計 ， 其 初 步 量 測 結 果 ， 如 表 18 所 示 。
表 18 強力地板及反力牆鋼筋應變計應變量之量測值
儀 器 基 本 資 料 混 凝 土 澆 置 後 項 次 編 號 儀 器 序 號 校 正 係 數 出 廠 值 量 測 值
1 地 板-1 2472 0.703 -33 122 2 地 板-2 2473 0.690 13 67 3 地 板-3 2471 0.689 28 -176 4 地 板-4 2474 0.704 -59 -418 5 地 板-5 2456 0.696 144 -38 6 牆 A-1 2442 0.775 -153 -294 7 牆 A-2 2443 0.774 55 -64 8 牆 A-3 2307 0.802 -74 -401 9 牆 A-4 2440 0.776 -38 -260 10 牆 A-5 2304 0.796 -45 -70 11 牆 B-1 2337 0.798 -31 -4 12 牆 B-2 2306 0.794 45 6 13 牆 B-3 2305 0.789 -33 -28 14 牆 B-4 2441 0.787 12 22 15 牆 B-5 2336 0.795 -14 -33
本 研 究 於 A 座 反 力 牆、B 座 反 力 牆 及 強 力 地 板，均 分 別 安 裝 五 支 鋼 筋 應 變 計 ， 其 施 加 預 力 前 （ 初 始 紀 錄 ） 與 施 加 預 力 後 （ 現 今 紀 錄 ） 之 量 測 結 果 如 表 19～表 21 所示。
表 19 反力牆（A 座）施加預力前、後鋼筋應變量之量測值
初 始 紀 錄 迄 今 紀 錄
編 號
量 測 日 期 量 測 值
ε （Strain） 量 測 日 期 量 測 值 ε （Strain）
1 2006/08/30 -428×10−6 2006/12/09 -1026×10−6 2 2006/08/30 -310×10−6 2006/12/09 -951×10−6 3 2006/08/30 -560×10−6 2006/12/09 -1133×10−6 4 2006/08/30 -545×10−6 2006/12/09 -1169×10−6 5 2006/08/30 -258×10−6 2006/12/09 -900×10−6
表 20 反力牆（B 座）施加預力前、後鋼筋應變量之量測值
表 20 反力牆（B 座）施加預力前、後鋼筋應變量之量測值