建築物天花板耐震工法評估

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(1)建築物天花板耐震工法評估. 內政部建築研究所研究報告中華民國 97 年 12 月.

(2) 建築物天花板耐震工法評估. 計畫主持人：李玉生共同主持人：姚昭智研究助理：廖仕田、黃文駿. 內政部建築研究所研究報告中華民國 97 年 12 月. I.

(3) 目次. 目次表次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧III 圖次 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧V 摘要 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧VII 第一章緒論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1 1.1 研究動機‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 1 1.2 研究目的‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 2 1.3 研究流程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 2 第二章文獻回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 5 第三章 TAGSC 耐震施工之主要規定‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 7 3.1 邊界條件‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 7 3.2 懸吊線‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 7 3.3 燈具、出風口等設備‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 7 3.4 斜撐組‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 8 3.5 固定連桿‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 9 3.6 接頭強度‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 11 第四章國內輕鋼架天花板現行工法‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 4.1 骨架種類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 13 4.2 國內之施工現況 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧15 第五章振動台試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 17 5.1 試驗規劃‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 17 5.2 試驗方法 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧20 I.

(4) 建築物天花板耐震工法評估. 5.3 試驗結果 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧22 5.3.1 振動台試驗 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧22 5.3.2 骨架軸向拉力分析 ‧‧‧‧‧‧‧‧29 第六章 SAP2000 電腦模擬‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31 6.1 電腦模型簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31 6.2 電腦模擬分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32 第七章結論 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧39 附錄一台灣懸吊式輕鋼架天花板耐震施工指南 ‧‧‧‧41 附錄二專家座談會議記錄 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49 附錄三期中審查評審委員重點意見回覆情形 ‧‧‧‧‧51 附錄四期末審查評審委員重點意見回覆情形 ‧‧‧‧‧53 附錄五試驗時破壞照片 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧55. II.

(5) 表次. 表次表 5.3 各組損害狀況------------------------------- 23 表 5.4 A 組有效應變計所測得之最大軸力表------------29 表 5.5 B 組有效應變計所測得之最大軸力表------------29. III.

(6) 建築物天花板耐震工法評估. IV.

(7) 圖次. 圖次圖 3.1 懸吊式輕鋼架天花板骨架及懸吊線之安裝示意圖--8 圖 3.2 斜撐組(a)組裝細部及(b)安裝位置示意圖--------9 圖 3.3 自由端設置固定連桿(V 型夾) (a)設置示意圖 (b)照片-----------------------------------------10 圖 3.4 骨架接頭示意圖----------------------------- 11 圖 4.1 重型骨架之載重試驗示意圖-------------------13 圖 4.2 中型骨架之載重試驗示意圖-------------------14 圖 4.3 輕型骨架之載重試驗示意圖-------------------14 圖 5.1 振動台試驗平面規劃圖-----------------------17 圖 5.2 振動台試驗各試體規劃平面示意圖(a)、(b)、(c)--20 圖 5.3 振動台試驗之模型屋 ------------------------21 圖 5.4 AC156 設備物振動台耐震測試反應譜 -----------22 圖 5.5 (a)、(b) 按照 TAGSC 施作之標準組， (c)、(d)、(e)、 (f) 對照組之天花板系統試驗後情形 ----------26 圖 5.6 試驗後天花板構件破壞狀況 (a)、(b) 接頭擠壓後脫落-----------------------------------------27 圖 5.7 振動台試驗(a)量測儀器配置示意圖 (b)拉力試驗測試-----------------------------------------28 V.

(8) 建築物天花板耐震工法評估. 圖 5.8 B 組骨架脫落情形 (a)、(b) ------------------30 圖 6.1 SAP2000 數值分析模型示意圖------------------32 圖 6.2 四周無固定獨立懸吊天花板系統之自振頻率分析圖 -------------------------------------------33 圖 6.3 四周無固定獨立懸吊天花板系統之 SAP2000 數值分析模型示意圖---------------------------------33 圖 6.4 A 組之自振頻率分析圖-------------------------------34 圖 6.5 受力分佈圖--------------------------------------------35 圖 6.6 長向鉸接端骨架所受軸力之大小(a)、(b). ---------36. 圖 6.7 短向鉸接端骨架所受軸力之大小(a)、(b). ---------37. VI.

(9) 摘要. 摘要. 關鍵詞：懸吊式輕鋼架天花板、天花板耐震、TAGSC、振動台試驗. 一、研究緣起台灣位處強震區，然而關於懸吊式輕鋼架天花板之耐震施工方法卻遲遲無相關規範，直到 2007 年底才有內政部建築研究所擬定之『台灣懸吊式輕鋼架天花板耐震施工指南』(Taiwan Aseismic Guidelines for Suspended Ceilings,簡稱 TAGSC)可做為施工的參考。但 TAGSC 擬定時對於是否適合國內使用，仍有許多不同的看法，故本研究乃進行法規回顧、振動台試驗以及電腦模擬，來驗證各種不同懸吊式輕鋼架天花板系統之耐震能力。二、研究方法及過程研究方法主要以振動台試驗驗證在最大載重規格下，天花板系統構件中斜撐組、距邊牆 20cm 內之懸吊線、收邊釘、以及骨架接頭強度，對耐震性能的影響。研究內容著重於： 1) 輕鋼架天花板系統受震動態行為觀察、骨架動態應變量測以及相關構件破壞模式之紀錄。 2) 進行靜態拉力試驗配合振動台骨架應變量測記錄，以計算骨架在振動台試驗中承受軸力大小。以結構分析軟體 SAP2000 建立電腦模型進行數值模擬，分析以及預測懸吊式輕鋼架天花板系統之動態性質。本研究藉由實際試驗與電腦數值分析結果，提出適用於台灣地區懸吊式輕鋼架天花板之耐震工法，以供 TAGSC 修訂時參考，以制定合理可行之輕鋼架天花板耐震施工規範。 VII.

(10) 第一章緒論. 第一章緒論. 1.1、研究動機. 由歷年國內外的地震勘災紀錄可知，在主結構系統尚未發生嚴重破壞的情況下，非結構物遭受嚴重破壞的例子很多，而各項非結構物之損壞以懸吊式輕鋼架天花板的破壞最為常見。因懸吊式天花板損壞而造成嚴重損失的例子在文獻記載的頗多：在國外，如：1980 年舊金山地震造成 Livemore 國家實驗室因為天花板掉落造成儀器大量損毀【1】；1989 年舊金山大地震造成大區域天花板掉落而導致機場關閉（Benuska 1990）【3】；1993 年關島地震造成關島紀念醫院的血庫因天花板掉落而受損（Yao 2000）【4】等等。在國內，如：1998 年嘉義瑞里地震造成多間國小的天花板掉落；1999 年 921 地震中更發現由於這些非結構物的破壞，嚴重影響醫院建築功能的發揮，導致許多災區醫院無法提供緊急醫療服務。有鑒於上述天花板系統之破壞情形，2007 年 12 月由內政部建築研究所公佈之台灣懸吊式輕鋼架天花板系統耐震施工指南【7】(Taiwan Aseismic Guidelines for Suspended Ceilings,以下簡稱 TAGSC,附錄一)便是希望能改善國內輕鋼架天花板的耐震性能。TSGSC 主要參考 ASTM E580、ASTM C635 以及 ASTM C636 等相關規定【8、9、10】，建議懸吊式輕鋼架天花板系統耐震施工方法，其內文以工法之改善為主，不需任何計算。依據 TAGSC 之規定，在強震區裡，必須採用符合 ASTM C635 規定之中型或重型骨架來構成天花板之懸吊系統，且骨架接頭抗拉及抗壓力需達到 80kgf。然而，台灣地區雖然可全部認定為強震區，但既存之輕鋼架天花板卻大都採用輕型骨架，所採用的骨架接頭強度亦低於 80kgf，因此現存天花板耐震能力實有待實驗驗證與評估。本研究因此乃針對現行 TAGSC 中，以上數點可能有待確認其實務的施工重點進行探討與建議。 1.

(11) 建築物天花板耐震工法評估. 1.2 研究目的. 本研究擬利用振動台實驗，具體量化下列構造的輕鋼架天花板強度，以分析評估適合國內使用的耐震工法。. 1. 依 TAGSC 構法施工，採用符合 ASTM C635 規定之中型骨架。 2. 依 TAGSC 構法施工，採用修正後之輕型骨架。 3. 依台灣常見工法施工，採用輕型骨架。其中骨架之分類，將於第二章中詳細介紹。. 1.3 研究流程. 在本研究中，首先需了解 TAGSC 中關於安裝輕鋼架天花板之主要規定，以及國內施工可能遭遇的困難，故曾召開國內業界專家討論(附錄二)。根據國內廠商產品的特性，本研究乃據以規劃不同實驗項目，以檢討國內製造輕鋼架天花板的耐震強度是否得以滿足現行規範之所需。振動台試驗共針對三組試體進行測試，除了第 A 組骨架材料接頭拉力強度大於 80kgf 之外，其餘兩組皆小於 80kgf。試體的安裝都按照 TAGSC 之要求施作，以實際了解懸吊式輕鋼架天花板之受震行為以及骨架受力情形。試驗之後，在結構分析軟體 SAP2000 中建立懸吊式輕鋼架天花板系統之數值模型進行電腦分析，並依據實驗之資料與分析結果，進行以下比較： 1)符合 TAGSC 要求施作之天花板系統以及 2)按照台灣現行而未按照規範施作天花板系統之耐震能力，並探討不同構法對天花板系統耐震強度之影響。其中包括增設斜撐組、縮小懸吊線跨距以及確認天花板骨架接頭強度等。最後，依據實驗 2.

(12) 第一章緒論結果，做出總結，以提升台灣地區輕鋼架天花板系統之耐震能力，並提供未來台灣地區修訂輕鋼架天花板系統耐震施工之規範與準則。. 3.

(13) 建築物天花板耐震工法評估. 4.

(14) 第二章文獻回顧. 第二章文獻回顧. 國內對輕鋼架天花板耐震系統之研究不多，主要是在學校進行。以下節錄各相關研究之重點說明：. 1. 1995 年林國壽【1】對現有輕鋼架天花板數種懸吊或支撐方式：加斜撐線、懸吊桿加中央之支撐材及邊界固定等方式，以電腦程式模擬分析其在地震中之行為，並實際以振動台實驗測試，最後得到以下數種方式之耐震性能優劣順序；分別為：單邊邊界固定系統、四條斜撐線加中央垂直支撐系統、四條斜撐線系統、懸吊桿系統、中央垂直支撐材系統、無斜撐系統。. 2. 1998 年倪伯聰【2】對相關天花板施工建議規範：如 ASTM 等等，以電腦程式 SAP2000 進行模態以及歷時分析。並且在天花板有不同斜撐情況下，對無斜撐以及四條斜撐系統之耐震效能進行實驗。對於懸吊桿系統實驗發現有垂直向地震力時，懸吊桿耐震性能優於懸吊線系統。. 3. 2001 年鍾育霖【5】採用美國 ASTM 規範中對耐震天花板所規定之作法以及國內最普遍施工方式，進行振動台試驗。結論中建議國內輕鋼架天花板的施工方式，在收邊 20 ㎝內之主架上增加懸吊線，並於相鄰兩牆處加設收邊釘，則能大幅提昇輕鋼架天花板系統之耐震能力。. 4. 2001 年蘇天傑【6】採用有限元素軟體 ABAQUS 針對非結構性元件中的懸吊式天花板進行數值分析，其中包括模態分析、靜力分析及動力歷時分析。所得結論為：四周無鎖固之天花板系統易發生輕鋼架由收邊掉落. 5.

(15) 建築物天花板耐震工法評估的破壞，且因碰撞導致輕鋼架受力變大。單邊鎖固之天花板系統則能有效預防收邊之輕鋼架掉落。斜撐系統不能有效增進天花板系統的耐震性。受地震力時，懸吊線長度不會影響無鎖固之天花板系統及單邊鎖固之天花板系統。. 以上研究可知，在收邊 20cm 內增設懸吊線及單邊鎖固骨架之工法確實能提昇耐震力，此已無庸置疑。然而接頭強度要達到 80kgf 抗壓力的規定卻尚未有人進行過研究，而此要求會對國內現有產品直接產生衝擊，因大都無法滿足。為瞭解 ASTM E580、ASTM C635 以及 ASTM C636 等相關規定之標準構法，本研究團隊於 2008 年 4 月至台北 101 大樓及榮總參觀工地，以了解目前號稱依據 ASTM E580 施工的現況。過程中發現，由於天花板上設備管道系統未做整合設計，且施工單位對國外規範(ASTM E580)之誤解，導致本工地的懸吊式輕鋼架天花板系統大都缺少斜撐組之施作，與 TAGSC 之要求不符。本研究團隊亦邀請 ASTM E580 委員會擔任召集人的 Paul A. Hough 先生於 2008 年 4 月 29 日至國家地震研究中心演講，介紹懸吊式輕鋼架天花板防震系統各構件部分之施作方法與制定法規之精神。演講中除介紹 ASTM 規範中的重點及載重規定分為重型載重、中型載重與輕型載重之外，骨架各接頭部位的強度必須能夠達到 80kgf 之軸向拉壓力，與實驗試體各部位構件施作及注意事項亦多有說明。. 6.

(16) 第三章 TAGSC 耐震施工之主要規定. 第三章 TAGSC 耐震施工之主要規定. TAGSC 中，懸吊式輕鋼架天花板之安裝平面示意圖如圖 3.1 所示，主要承重構件包括有：主架、副架以及懸吊線等，其安裝之主要精神為使每根骨架之邊界條件皆類似簡支承(一端鉸支承，另一端輥支承)，並以適當而足夠數量之懸吊線來承載骨架自重、天花板面板重以及燈具及出風口等設備之重量。關於 TAGSC 詳細之安裝規定與要求，可參閱附錄一，此處列出較重要之安裝注意事項如下:. 3.1 邊界條件. 如圖 3.1 所示，輕鋼架天花板系統之主架與副架，必須以收邊釘固定於相鄰兩邊牆之收邊架上；另外相鄰兩邊之主架與副架則僅浮置於收邊架上，且邊緣與邊牆之間必須留設有 12mm 以上之淨間距。. 3.2 懸吊線. 如圖 3.1 所示，在四周距邊牆 20cm 處，無論主架或副架，均必須有第一條直徑及施工方式符合 TAGSC 規定之懸吊線，且主架上須每間隔 120cm 設置一條懸吊線。. 3.3 燈具、出風口等設備. 如圖 3.1 所示，設置於天花板懸吊系統上，重量在 25kg 以下之燈具、出風口. 7.

(17) 建築物天花板耐震工法評估等設備，在其四周圍的主架上，必須設有四條懸吊線；而在燈具等設備上，則必須設有兩條額外的備用懸吊線，備用懸吊線在安裝時可以是鬆弛的。. 以收邊釘鉸接端主架側視圖以收邊釘固定端主架側視圖. 以收邊釘固定端副架側視圖以收邊釘鉸接端副架側視圖懸吊線備用懸吊線主架自由端副架側視圖輥接端副架側視圖. 自由端主架側視圖輥接端主架側視圖. 副架燈具. 圖 3.1 懸吊式輕鋼架天花板骨架及懸吊線之安裝示意圖. 3.4 斜撐組. 斜撐組之細部如圖 3.2(a)所示，其主要構件包含壓力桿以及斜拉線，其中斜拉線與水平面之夾角必須小於 45o。安裝位置則如圖 3.2(b)之虛線所示，斜撐組必須安裝於主架上，且斜拉線必須固定在與副架交接處 5cm 內的主架上。最靠近邊牆之斜撐組與邊牆之距離必須小於 180cm，而斜撐組與斜撐組之間距離必須小於 360cm。. 8.

(18) 第三章 TAGSC 耐震施工之主要規定. 壓力桿斜拉線. (a). 斜撐組 (b). 圖 3.2 斜撐組(a)組裝細部及(b)安裝位置示意圖. 3.5 固定連桿. 如圖 3.3 所示，在天花板系統骨架與收邊架未以收邊釘固定的兩端，在距邊. 9.

(19) 建築物天花板耐震工法評估牆 60cm 以內，必須有設置固定連桿(V 型夾)，且須有類似的固定裝置或鎖扣與骨架相連，避免在較大振動時跳脫。固定連桿 (V 型夾). (a). (b). 圖 3.3 輥接端設置固定連桿(V 型夾) (a)設置示意圖 (b)照片. 10.

(20) 第三章 TAGSC 耐震施工之主要規定. 3.6 接頭強度. 如圖 3.4 所示，TAGSC 規定主副架桿件及其扣接處和延展裝置(expansion devices)的平均極限強度應能抵抗至少 80kgf 的軸向張力及壓力載重。其原因乃在於美國 MCEER 進行大規模輕鋼架試驗中曾發現接頭會有拉開的現象，使輕鋼架天花板在地震力作用下，易因慣性力過大致使骨架接頭無法扣接而拉開，造成骨架脫離導致天花板材掉落，因此在 2006 年版的 ASTM E580 中，乃有此一規定。. 圖 3.4 骨架接頭示意圖. 由於 ASTM E580 中並未繪出此一試驗的測試儀器設計，也未有足夠的文字描述試驗方法，因此 TAGSC 也未將測試儀器納入其中。本研究團隊為了解此一接頭拉、壓力之測試作法，曾乘出國之便，前往美國 ARMSTRONG 公司參觀，了解其相關做法；同時亦拜訪國內號稱曾進行過此類試驗的環球水泥公司，以了解國內的測試做法及測試結果。據訪查知悉，一般國內產製未特別加強接頭強度的骨架，在骨架相接處的接頭抗拉力大概只有 20kgf，抗壓力則大都可滿足 80kgf 的要求。. 11.


(22) 第四章國內輕鋼架天花板現行工法. 第四章國內輕鋼架天花板現行工法. 國內目前所採用輕鋼架天花板工法尚無一強制性的標準施工規範，輕鋼架天花板工程的施作全憑施工人員工程經驗。由於目前國內各家廠商所量產之骨架強度均無法達到 TAGSC 中所規定主副架桿件及其扣接處和延展裝置(expansion devices)的平均極限強度應能抵抗至少 80kgf 的軸向張力之要求，所以在地震發生時，輕鋼架天花板極可能因為其接強度不足發生骨架脫離現象，致使天花板材掉落造成人員傷亡。. 4.1 骨架種類. 本研究以及 TAGSC 中關於輕型、中型以及重型骨架之定義，乃參考 ASTM C635 【9】之規定如下：. 1. 重型骨架. 如圖 4.1 所示，在跨距 120cm，兩端為簡單支承時，承受 241.7N/m 之均佈載重作用下，必須滿足中點撓度小於 120/360=0.33cm 之要求。. P = 241.7 × 1.2 ×. 圖 4.1 重型骨架之載重試驗示意圖 13. 1 = 72.5 (N) 4.

(23) 建築物天花板耐震工法評估. 2. 中型骨架. 如圖 4.2 所示，在跨距 120cm，兩端為簡單支承時，承受 181N/m 之均佈載重作用下，必須滿足中點撓度小於 120/360=0.33cm 之要求。. P = 181× 1.2 ×. 1 = 54.3 (N) 4. 圖 4.2 中型骨架之載重試驗示意圖. 3. 輕型骨架. 如圖 4.3 所示，在跨距 120cm，兩端為簡單支承時，承受 75.7N/m 之均佈載重作用下，必須滿足中點撓度小於 120/360=0.33cm 之要求。. P = 75.7 × 1.2 ×. 1 = 22.7 (N) 4. 圖 4.3 輕型骨架之載重試驗示意圖 14.

(24) 第四章國內輕鋼架天花板現行工法 ASTM E580 中提到，強震區的懸吊式輕鋼架天花板系統須符合中型骨架之載重要求。然國內施工習慣多採輕型骨架，在有些因重量因素需採用中型骨架的案場，會藉由縮短懸吊筋之間距至 90 ㎝，在採用原來輕型骨架的狀態下，確認骨架之載重變形小於跨距(90 ㎝)的 1/360 時便認定為中型骨架。此類型的骨架，在後面文中一律稱為類中型骨架。. 4.2 國內之施工現況. 1. 國內施工現況. 目前國內輕鋼架天花板工程在施工上以快速、施工性佳及安裝方便為導向。本研究在文獻回顧及拜訪過國內輕鋼架骨架主要生產製造廠商後了解，目前市場上所用的大部分骨架的耐震能力並不高，在受地表 250gal 的加速度下則開始出現天花板掉落之情況(鍾育霖,2001)。廠商並指出，推廣耐震型骨架之困難為裝設骨架的施工性不佳，不符合市場上之要求。目前最常用的輕鋼架骨架接頭為平接式，其優點為美觀與施工快速與拆卸容易，缺點為不具耐震能力。耐震型的骨架接頭多為搭接式，其外觀較不受市場青睞，且鋼插接頭在施工對接後若要拆除或重做，鋼插接頭則立即損壞，並須整組系統替換，對業主有成本上之考量，所以在國內現有規範無強制要求下，開發耐震天花板在市場的接受度較低。. 2. 國內廠商產品. 目前國內各家廠商所提供本研究之骨架，均可須滿足中點撓度變形量的要. 15.

(25) 建築物天花板耐震工法評估求。但在規定主副架桿件及其扣接處和延展裝置(expansion devices)的平均極限強度應能抵抗至少 80kgf 的軸向張力及壓力載重的部分則無法提出有關之證明。在本研究中，國內廠商所提供之骨架大部分均可滿足壓力強度的要求，但軸向拉力強度表現最好的一組其測試強度約為 40~60kgf 之間，低於 TAGSC 所要求，且為開發中之產品，尚未量產。. 16.

(26) 第五章振動台試驗. 第五章振動台試驗. 為瞭解不同組構方式懸吊式輕鋼架天花板之抗震強度，本研究在 2008 年 10 月時假國家地震中心(NCREE)之地震模擬振動台進行懸吊式輕鋼架天花板試驗。由於使用震動台的時間受限，因此只能針對較重要的幾組試體進行測試。. 5.1 試驗規劃. 根據以往的研究成果，本研究於 2008 年 10 月進行全尺寸之振動台試驗，試驗場地假 NCREE 進行。試體之平面規劃如圖 5.1 所示，採用 60.5cm×60.5cm 之面板單元，平面尺寸 3.6m×7.2m，設有四座重 10kgf 之燈具設備及加載質量塊。試體採用輕型骨架及中型骨架，試體之載重分別依據 ASTM C635 中對輕型骨架(住宅及一般商業空間)，及對中型骨架(含燈具及出風口等設計)的規定配置。所進行的三組試體懸吊線長度均為 1.1m。. 收邊釘有收邊釘端無收邊釘端主架副架燈具斜撐組. 圖 5.1 振動台試驗平面規劃圖. 17.

(27) 建築物天花板耐震工法評估. 本試驗規劃四組試體如下：. A 組：依 TAGSC 構法施工，採用中型骨架。此組試體為驗證按照 TAGSC 規定施作，採用中型骨架天花板系統之耐震天花板系統(ARMSTRONG 產品)，建構一組從骨架到構法皆符合 TAGSC 規定之標準試體。其構件包含：中型骨架、斜撐組、懸吊線、收邊釘以及固定於骨架上之固定連桿(V 型夾)。 B 組：依 TAGSC 構法施工，採用輕型骨架。此組試體為驗證按照 TAGSC 規定施作，採用類中型骨架之天花板系統耐震能力，重點為以縮小懸吊點跨距來達到類中型骨架之要求。本組骨架接頭強度不足，無達到接頭拉力 80kgf 之要求。其構件包含：類中型骨架、斜撐組、懸吊線、收邊釘以及固定於骨架上之固定連桿(V 型夾)。. C 組：依台灣常見工法施工，採用輕型骨架。此組試體採用國內未依規範施作之常用構法，為觀察其耐震能力以及破壞模式。此組試體距邊牆 20cm 之首條懸吊線均予以移除，無斜撐組，骨架系統四周均無收邊釘固定，也無設置固定連桿(V 型夾)，為一獨立之懸吊系統。本組骨架接頭強度不足，無達到接頭拉力 80kgf 之要求。其構件包括：輕型骨架、主架上之懸吊線。. 以上三組試體之平面示意圖如圖 5.2(a)~圖 5.2(c)所示，各組試體所含之主要構件均於圖中註明，試驗依據試驗結果，立即對照各構件所能發揮之耐震效能。其中 A 組、B 組以及 C 組耐震措施完整，若能通過 960gal 加速度之考驗，再逐步去除相關耐震構件，如斜撐組、收邊釘以及 V 型夾等，以探討各項補強措施之耐震效能。 18.

(28) 第五章振動台試驗. (a) A 組. (b) B 組. 19.

(29) 建築物天花板耐震工法評估. (c) C 組. 圖 5.2 振動台試驗各試體規劃平面示意圖. 5.2 試驗方法. 試驗之天花板系統試體安裝於一座平面尺寸 5m×8m，高 3m 之鋼構模型屋內，如圖 5.3 所示。本試驗採用之面板單元為 60.5cm×60.5cm，天花板系統平面尺寸為 720cm×360cm，如圖 4.1 所示。圖 5.2(a)為按照 TAGSC 施作之懸吊式輕鋼架天花板系統，採用中型骨架，稱為 A 組；為比對 TAGSC 各項規定於提升耐震能力之效用，採用輕型骨架，但主架上吊筋之間距縮短為 90 ㎝(稱為類中型骨架)，如圖 5.2(b)所示，稱為 B 組。而為比對 TAGSC 各項規定於提升耐震能力之效用，乃移除斜撐組、收邊釘以及副架懸吊線，做為對照組，稱為 C 組，此組試體主架上的懸吊線間距為 120 ㎝，如圖 5.2(c)所示。本次試驗之標準組天花板系統均按照 TAGSC 所規定之耐震構法施工。輸入震波之反應譜如圖 5.4 所示，係採用符合 AC 156【11】之設備物振動 20.

(30) 第五章振動台試驗台耐震測試反應譜的地震，以減少探討不同地震波形影響的試驗時間。輸入方向為水平正交兩向以及垂直向，共三個軸向同時作用。本次測試中，水平長向最大加速度峰值(PA)為 991gal，水平短向最大 PA 為 1128gal，垂直向最大 PA 達 311gal。此一振動量級係依據國內耐震規範，考慮台灣地區最大地表震動之需求而制定，其計算方式如下： S DS = Fa ⋅ SSD = 1.0 ⋅ 0.8 = 0.8. 又依 AC156 中規定 A RIG = 1.2 ⋅ S DS = 1.2 ⋅ 0.8 = 0.96 (G). 其中 SDS 為工址短週期設計水平譜加速度係數；Fa 為反應譜等加速度段之工址放大係數，其值為 1.0；SSD 為震區短週期設計水平譜加速度係數，係取台灣地區最大值為 0.8；ARIG 為剛性設備物的水平加速度反應譜。以上所求出之測試加速度值僅考慮一般地區，並不適用於近斷層區。. 圖 5.3 振動台試驗之模型屋. 21.

(31) 建築物天花板耐震工法評估. 圖 5.4 AC156 設備物振動台耐震測試反應譜. 5.3 試驗結果. 試驗過程中，每一組試體振動級別結束後，本研究團隊人員會進入模型屋內進行破壞紀錄，首先觀察試體中的天花板材是否有掉落及脫落之情形，若有即在記錄表上標記之，並將接頭破壞情形拍攝並紀錄及簡述其破壞形式。紀錄完畢後，將損壞程度進行復原，並特別觀察下一振級是否在同一處出現相同之破壞情形。. 5.3.1 振動台試驗表 5.3 為各組不同加速度等級地震輸入後的紀錄，在損壞位置欄所紀錄的為損壞發生的位置(依圖 5.2 之座標而定)。. 22.

(32) 第五章振動台試驗表 5.3. 各組損害狀況. 損壞位置與結構編號體固定 PA(gal) Peak(gal) 板材框架固定連桿(V型夾) 簡述扭曲位移方式位移掉落 X 422 400 Y 427 無破壞情況發生 Z 113 中型骨 X 655 架 +斜 600 Y 658 無破壞情況發生撐組 + Z 167 A 收邊套 X 924 件 +固 960 Y 1045 A_23微翹無破壞情況發生定連桿 Z 270 X 1300 LM_3,4,5,6，收邊接頭掉落： 1200 Y 1180 AB_7,CD_7,J JK_1,LM7 E1,F1,G1,H1,I1,J1,K1,L1,M3,M4,M5,M6,B7,D7,E7,H7,I7 K_7 Z 291 ,J7,K7,L7 。接頭擠壓破壞：H3,L3,L56,L4,L6 X 420 無破壞情況發生 400 Y 434 Z 121 類中型 X 658 無破壞情況發生骨架 + 600 Y 651 斜撐組 Z 159 B X 931 板材掉落位置出現於Fix與Roller交界端 + 收邊 CD_5(0.2 LM_4,LM_5, LM_4,LM 釘 +固 960 Y 1058 LM_6 _6 ㎝) 定連桿 Z 284 X 1323 Fix端收邊釘掉落：D_1,M_5。LM_5受擠壓變形。 1200 Y 1209 LM_5 Z 296 X 136 140 Y 148 無破壞情況發生 Z 48 X 249 250 Y 253 無破壞情況發生 Z 69 X 424 輕型骨 400 Y 432 無破壞情況發生 C 架 Z 105 X 661 接頭脫離：C_1,J_1,I_7,K_7 600 Y 655 Z 170 LM_3,LM_4,LM 接頭變形：C_1,G_1,K_1。接頭脫落：I_7,K_7,J_34。 X 1017 _5,AB_2,AB_3,A 4'副架破壞：KL_6。B3吊筋原繞三圈，實驗後剩一 960 Y 1024 B_4,AB_5,AB_6, 圈。 AB_7 Z 291. 試驗結果發現，按照 TAGSC 施作之懸吊式輕鋼架天花板系統 A 組，輸入超過 960gal 振動之測試後，面板並無明顯掉落情形發生，如圖 5.5(a)、(b)所示。採用輕型骨架，但主架上吊筋之間距縮短為 90 ㎝的 B 組，在輸入超過 960gal 振動測試後，在固定端與自由端交界處出現面板掉落情形，如圖 5.5(c)、(d)所示。沒有斜撐、收邊釘以及副架懸吊線之 C 組，則在輸入 960gal 以上時，在模型屋長向的輥接端與鉸街端發生大量面板掉落情形，如圖 5.5(e)、(f)所示。 23.

(33) 建築物天花板耐震工法評估. (a). (b). 24.

(34) 第五章振動台試驗. (c). (d). 25.

(35) 建築物天花板耐震工法評估. (e). (f) 圖 5.5 (a)、(b) 按照 TAGSC 施作之標準組， (c)、(d)、(e)、(f) 對照組之天花板系統試驗後情形 26.

(36) 第五章振動台試驗除了面板掉落之外，實驗中亦觀察到構件破壞情形如下：. 1. 接頭擠壓後脫落在輸入超過 600gal 時，C 組出現收邊接頭受擠壓後脫落的問題，如圖 5.6(a) 所示。出現位置皆在邊界處，此結果顯示骨架因浮置於收邊架上，所以會產生脫落之現象，建議加大收邊架之翼板寬度應可改善此一問題。. (a). (b) 圖 5.6 試驗後天花板構件破壞狀況 (a)、(b) 接頭擠壓後脫落 27.

(37) 建築物天花板耐震工法評估試驗時，量測儀器裝置如圖 5.7(a)所示，包括加速規、位移計以及應變計等。其中加速規可量得天花板系統所反應之絕對加速度大小；而應變計則可量得骨架之應變量，在本實驗裡應變計所標註之號碼為各應變計之編號，單數代表設置於 T 型骨架之梁腹，雙數代表 T 型骨架之梁翼。在取得實驗之應變數據後，再配合於成大進行之骨架拉力試驗可求得應變與軸力關係，如圖 5.7(b)所示，便可據以計算骨架在振動台試驗中所承受的軸力。. (a). (b) 圖 5.7. 28. 振動台試驗(a)量測儀器配置示意圖 (b)拉力試驗測試圖.

(38) 第五章振動台試驗. 5.3.2 骨架軸向拉力分析. 在本次實驗中 A 組試體輸入 PA960gal，各有效之應變計軸力量測結果如表 5.4 所示。量測結果顯示許多骨架在震動中測得之軸力均在 80kgf 以上，此結果顯示 TAGSC 中對於骨架接頭需能提供 80kgf 以上之規定有其必要性。. 表 5.4 A 組有效應變計所測得之最大軸力表主架部分應變計編號. 軸力. 應變計編號. 軸力. (T 型骨架梁腹). (kgf). (T 型骨架梁翼). (kgf). S9 S23 S25. 80.18 98.6 116.23. S24 S26. 142.6 130.3. 副架部分應變計編號. 軸力. 應變計編號. 軸力. (T 型骨架梁腹). (kgf). (T 型骨架梁翼). (kgf). S33. 75.40. S16. 129.8. 註：號碼及對應骨架位置參照圖 5.5 (a)應變計配置. 在 B 組試體輸入 PA960gal 時，各有效之應變計軸力量測結果如表 5.5 所示。與表 5.3 對照後發現與受力較大而破壞之處(S31)相吻合，如圖 5.8(a)、(b). 表 5.5 B 組有效應變計所測得之最大軸力表主架部分應變計編號. 軸力. 應變計編號. 軸力. (T 型骨架梁腹). (kgf). (T 型骨架梁翼). (kgf). S9. 65.32. S6. 69.02. 29.

(39) 建築物天花板耐震工法評估副架部分應變計編號. 軸力. 應變計編號. 軸力. (T 型骨架梁腹). (kgf). (T 型骨架梁翼). (kgf). S19 S31. 75.71 98.72. 註：號碼及對應骨架位置參照圖 5.5 (a)應變計配置. (a). (b) 圖 5.8 B 組骨架脫落情形 (a)、(b) 30.

(40) 第六章 SAP2000 電腦模擬. 第六章 SAP2000 電腦模擬. 本研究擬在 SAP2000 中建立數值模型，來模擬分析懸吊式輕鋼架天花板系統之動態行為。本章所述主要針對滿足 TAGSC 系統的 A 組進行研究比較，因其周邊採用鉸接固定，故慣性力多循骨架傳入鉸接端。. 6.1 電腦模擬簡介. 本研究建立天花板系統所用到之模擬元素如下：. 1. 輕鋼架天花板試體: 模擬試體依據實際尺寸建立。試體總重共為 4343.7 N，電腦模型中共有 89 個加載點，每一點所受之質量 4.9 N。主架與 4 呎副架、4 呎副架與 2 呎副架之接點均釋放其強軸彎矩(M3)。而固定連桿與主、副架之節點連接設定則釋放其強弱軸彎矩(M2、M3)。 2. Frame element: 設定 T 型斷面桿件元素來模擬骨架。 3. Cable:利用 Cable 元素來模擬懸吊線，其力學性質者要為可承受張力，但無法承受壓力，與懸吊線性質接近。 4. 輥接端: 利用 Roller 元素來模擬無收邊釘之自由端。 5. 鉸接端：利用 Hinge 元素模擬收邊釘端。 6. 阻尼比：設定為 0.03。. 建立完成之電腦模型如圖 6.1 所示。. 31.

(41) 建築物天花板耐震工法評估. 固定連桿. 圖 6.1 SAP2000 數值分析模型示意圖. 6.2 電腦模擬分析. 當設定此模型四周皆為自由端時，則天花板行為應類似獨立懸吊系統，亦即自振頻率僅與懸吊長度有關，且其數值應符合單擺運動系統之自振頻率分析公式為. f=. 1 g 2π L. 其中，g 為重力加速度，L 為懸吊長度 1.1m，故其自由擺盪之自振頻率估計約為 0.47Hz 。. 本研究在四周皆為自由端中之獨立懸吊天花板電腦模型中，輸入一筆 Random 資料模擬輸入震波，並製作輸入以及輸出反應之 FFT 頻譜，以及計算此天花板系統之頻率轉換函數 FRF，如圖 6.2 所示。結果發現自振頻率約為 0.4Hz，此數值與之前依單擺運動公式所估算之值大致吻合，如圖 6.3 所示。因此本研究以此數. 32.

(42) 第六章 SAP2000 電腦模擬值模型為基礎，分析不同邊界條件之天花板系統之行為，如自振頻率以及桿件軸力等，以利探討各不同構法之懸吊式輕鋼架天花板之動態性質。. input(Roof) FFT. output(Ceiling) FFT. 約 0.4Hz 左右. FRF. 圖 6.2 四周無固定獨立懸吊天花板系統之自振頻率分析圖. 圖 6.3 四周無固定獨立懸吊天花板系統之 SAP2000 數值分析模型示意圖 33.

(43) 建築物天花板耐震工法評估將 A 組電腦模型，如圖 6.1 建構後，比較模型的各模態參與係數後發現，其主要頻率約為 4.5Hz 左右。另外，從實驗量測數據中處理(FRF)可得知，A 組其自振頻率約 4.2 Hz 左右，如圖 6.4 所示。可知電腦模型與實驗之 A 組試體相近。. input(Roof) FFT. output(Ceiling) FFT. FRF. 如圖 6.4 A 組之自振頻率分析圖. 確認電腦模型的可靠性質後乃給予 AC156 的激振，再分析各桿件的最大軸力值，如圖所 6.5 示。從軸力分析中可得知結構模型受力之分布情形大致為輥接端受力較小，鉸接端受力較大，可知此一趨勢分佈與基本結構理論相符合。. 34.

(44) 第六章 SAP2000 電腦模擬. 如圖 6.5 受力分布圖. 詳細分析 SAP2000 的數據逐一找出各桿件所受軸力之大小，其中長向鉸接端副架所受最大力為 1384 N，位置在鉸接端與輥接端交接處，如圖 6.6(a)。最小為 609.6 N，位置在長向鉸接端中央之副架，如圖 6.6(b)所示而短向鉸接端主架所受力最大為 594.2 N，位置在鉸接端與輥接端交接處的主架上，如圖 6.7(a)。最小為 228 N，位置在鉸接端與輥接端交接處的主架上，如圖 6.7(b)。. 35.

(45) 建築物天花板耐震工法評估. (a). (b) 圖 6.6(a)、(b) 長向鉸接端骨架所受軸力之大小. 36.

(46) 第六章 SAP2000 電腦模擬. (a). (b). 圖 6.7(a)、(b) 短向鉸接端骨架所受軸力之大小 37.

(47) 建築物天花板耐震工法評估經以上分析後，可發現： 1. 最大受力出現於鉸接端：由電腦模擬中可看出，力的分佈狀態由輥接端逐漸增大至鉸接端，其軸力之大小與試體之長度成一正比例。由此一觀點探討 TAGSC 中對於骨架接頭需能提供 80kgf 以上之規定，確實有其必要性。 2. 固定連桿之功用：從電腦模擬中可發現，輥接端加設固定連桿後，其骨架的變形得以控制，並能防止相鄰骨架於運動時產生大量的側向相對位移。 3. 與振動台實驗之破壞對照：在電腦模擬中，長向鉸接端之骨架產生較大軸力，若骨架接頭不能滿足 80kgf 之要求，即產生骨架破壞天花板掉落之情況。此一情形與 B 組之破壞情形與破壞位置接近，更可證明 TAGSC 中對於骨架接頭需能提供 80kgf 以上之規定有其必要性。. 38.

(48) 第七章結論. 第七章. 結論. 本研究在進行法規探討與回顧、現況調查、振動台試驗以及 SAP2000 之電腦模型分析之後，歸納建立懸吊式輕鋼架天花板系統之受震行為模式，修正 TAGSC 相關規定。. 7.1 結論. 1. A 組: 由實驗中可看出 A 組在輸入 PA 960gal 之加速度後仍未出現天花板掉落之情形。其試體的骨架經過測試後，可滿足 80kgf 之接頭拉力要求。由此可得知骨架接頭之強度在 80kgf 以上者在地震時有較佳之耐震能力，可滿足台灣地區規範中最大地表震動上限要求。由於其他兩組之抗震力均未能抵抗 AC156 震動至 960gal 加速度級，故知此 TAGSC 中對接頭要有 80kgf 之要求合理，不需修正。. 2. B 組: 在本次實驗中，B 組試體在輸入 PA 960gal 之加速度後，在 Fix 端與 Roller 端交界處出現板材掉落情形。由此可知，B 組之耐震能力雖無法達到耐震規範之要求，仍能抵抗至 PA 600gal 之加速度。而 B 組試體之骨架則為開發中未量產之產品，其接頭拉力強度約為 40~60kgf。與 A 組之差異性可看出為接頭強度，藉此更突顯 TAGSC 中對接頭要有 80kgf 之要求。. 3. C 組: 依國內目前施工法所做懸吊式天花板系統的 C 組，於輸入 PA 600gal 後開始出現接頭脫離的現象，由此可知現行施工法可抵抗 PA 400gal 的加速度。 39.

(49) 建築物天花板耐震工法評估 4. 接頭強度 80kgf 之要求：經三組試體實驗後可發現，試體破壞的原因多是由於接頭強度的不足所造成。骨架在受力後，出現的破壞模式多為接頭處的挫曲或拉脫破壞，以致骨架在失去其接頭強度後而脫落，造成天花板材的掉落。本研究中所採用之 A 組試體與 B 組試體的骨架接頭為特殊搭接式剛接頭，而 C 組試體的骨架接頭方式為平接式。由上可知，接頭的構造與接續方式為一重要的因素。. 40.

(50) 附錄一. 附錄一懸吊式輕鋼架天花板耐震施工指南 (Taiwan Aseismic Guidelines for Suspended Ceilings) 1. 適用範圍本施工指南適用於一般規則性建築物中懸吊式輕鋼架天花板之耐震工法。解說本施工指南適用於設計地震時樓版加速度峰值在 1600 gal 以內的抗震懸吊式輕鋼架天花板（以下簡稱天花板）【1】；對於天花板面積小於 13m2 且四周均有牆壁與上方結構體相連者，得不需依此指南施做。建築物屬於不規則形狀（依建築物耐震設計規範之定義）者，建議使用本指南時要特別注意可能因震動過大或變形過大造成的破壞問題。本施工指南係參考國內外相關研究及規定彙編而成，無意延緩或阻擋此一議題之深入研究，與本指南有不同之作法時，使用者仍須依照專業知識加以判斷。. 2. 相關標準 ASTM C 635 “Specification for the Manufacture, Performance, and Testing of Metal Suspension Systems for Acoustical Tile and Lay-in Panel Ceilings＂ ASTM C 636 “Recommended Practice for Installation of Metal Ceiling Suspension Systems for Acoustical and Lay-in Panels＂ ASTM E 580-06 Application of Ceiling Suspension Systems for Acoustical Tile and Lay-in Panels in Areas Requiring Seismic Restraint 中華民國建築物耐震設計規範解說 ASTM C 635 及 C636 是針對輕鋼架天花板在垂直載重下的需求而訂定的各項規格，因此若不考慮地震影響時，就只需參用此二標準即可。若要防止地震損壞的影響，則除了 ASTM C 635 及 C636 外，尚須使用本施工指南。本施工指南主要參考 ASTM E580-06 的內容，配合國內狀況並參酌專家意見編修而成。在 ASTM E580-06 原文中，依美國不同震區的狀況而有兩種規定：分別為. 41.

(51) 建築物天花板耐震工法評估強震區及弱震區，有鑑於國內地震的高危險度，主要參考 ASTM E580-06 的強震區規定。. 3. 耐震工法 3.1. 懸吊式輕鋼架天花板系統 3.1.1.. 天花板系統(以下簡稱本系統)之組件包括有主架、副架、收邊材、懸吊. 線、固定螺絲等。 3.1.2.. 本系統應符合 ASTM C635 載重等級規定之中型與重型等級，惟只承受天. 花板材外無其他負載，或承載重量少於 1.25 磅/ft2(60 N/m2)者除外。 3.1.3.. 主副架桿件及其扣接處和延展裝置(expansion devices)的平均極限強. 度應能抵抗兩倍實際載重或至少 80kgf 的軸向張力及壓力載重。實施軸向張力載重試驗時，應考慮任意向會有 5°的安裝偏差；或可採用偏心載重方式，於扣接處兩向，以各邊不長於 600 mm 的二根桿件上，取 25mm 的偏心距進行。扣接處的各種接續器應採機械式互鎖裝置(mechanical interlocking type)。 3.1.4.. 上項試驗數據應採用至少三組以上（含）的測試平均值，且任一測試值. 與平均值之偏差應在±10％以內。. 解說在 ASTM C635 中，對於不同 T 型骨架有明確的垂直載重等級規定，共分為輕型、中型、重型三種。輕型指在跨距為 122 公分載重為 7.4 kgf/m 時,跨中變形量在跨矩 1/360 之下者，中型為載重增加至 17.9 kgf/m ，重型為載重增加至 23.8 kgf/m 者。惟國內並無相類似規定，因此本施工指南仍依照 ASTM C635 對於不同載重等級的定義，規劃耐震部份的建議條文。. 3.2. 懸吊系統之施工 3.2.1.. 天花板在牆壁處之收邊材除非經檢核具結構支撐能力，否則一般牆壁上. 之角材(L 形或槽形)均視為裝飾用材，不具支撐垂直載重之能力。. 42.

(52) 附錄一 3.2.2.. 主架和副架須有兩鄰邊固定於牆壁側之收邊材(圖 1，A-A, B-B)；未固. 定於另兩鄰接牆壁收邊材之主架與副架，其末端與牆壁須留有 12 公厘的空隙。(圖 1，C-C, D-D) 3.2.3.. 若為明架與半明架式懸吊天花板系統，主架之間須有固定連桿. (positively connected stabilizer strut)或以副架來連接，連桿或副架最大間距不可超過 150 公分。距離牆壁 60 公分內，須設有固定連桿或副架。 3.2.4.. 懸吊線部分. 3.2.4.1.. 主架的懸吊線間距，須每隔 120 公分設有直徑不小於 2.7 公厘(#12). 的鍍鋅鋼線，或是每隔 150 公分設有直徑不小於 3.4 公厘(#10)的鍍鋅鋼線。若有其他方式可以證明具有相同耐震效用者，得加大間距。 3.2.4.2.. 連接天花板骨架和上方支撐物(一般為結構體)之垂直懸吊線，在骨. 架連接處須至少繞 3 圈，而與上方支撐物間之連接器則須能承重至少 45 公斤。(圖 2) 3.2.4.3.. 從垂直方向起算，懸吊線之傾斜度不可超過 1：6 (10 度)，否則需. 有另一相對稱的傾斜懸吊線。(圖 2) 3.2.4.4.. 懸吊線上方不可連接或纏繞於設備物或其他物體。如有他物遮擋，. 而無法直接懸吊至建築結構體時，則須設置吊架。用來懸吊天花板之吊架，當跨距超過 120 公分時，須使用斷面高度至少為 32 公厘之冷軋工字形組合斷面 (圖 3) 。 3.2.4.5.. 如無結構計算時，為確保天花板系統能束制水平向地震震動，須使. 用 4 條直徑 2.7 公厘(#12)的斜拉鋼線，固定在與副架交接處 5 公分範圍內的主架上；斜拉鋼線的水平夾角不可大於 45 度。此外尚須於主架設置一根垂直桿用以抵抗斜拉鋼線產生的垂直分力，此桿與斜拉鋼線成為斜拉線組。斜拉線在水平面上之投影應互為 90 度垂直。斜拉線組之施作間距為 360 公分，且第一個設置處須在距離牆壁 180 公分內。(圖 1，E-E) 3.2.4.6.. 設置於無水平向束制的水管或風管附近的斜拉線組，兩者須相距. 15 公分以上。 3.2.4.7.. 距離牆壁或天花板不連續面 20 公分內，主架和副架的末端均須有. 直徑 2.7 公厘的懸吊線或其他經核可之支撐物。 43.

(53) 建築物天花板耐震工法評估 3.2.4.8.. 斜拉線須固定於結構體與骨架之間。計算斜拉線組之強度時，須以. 實際設計載重估算，取安全係數 2.0，且至少需為 90 公斤。. 解說主副架與收邊材的固定可利用一般自攻螺絲施工，螺絲尺寸宜在＃7 以上。根據以往的研究顯示【2】，可採用的鍍鋅鋼線之容許設計強度值為：每支#8 取 165 kgf、 #10 取 109 kgf、#12 取 72 kgf。計算地震力斜拉線組的安全係數為 2.0，與垂直載重的安全係數不必然一樣。. 3.3. 燈具安裝 3.3.1.. 除非有獨立的懸吊措施，否則燈具均須確實固定連接(positively. connected)於天花板上。每個燈具至少要有兩個連接裝置，且每個連接裝置在任一方向上均能承受燈具的全部重量。 3.3.2.. 安裝在天花板的燈具，要用夾具裝置確實固定於天花板之骨架。備用懸. 吊線(safety wire)的一端要連接在夾具裝置上，另一端要固定於鄰旁的懸吊線掛鉤或上方結構體，懸吊線可為鬆弛狀態。燈具的重量不可以超過支撐骨架的設計承載值。 3.3.3.. 使用中型等級天花板系統時，燈具每個角落 75 公厘內，各需有一條直. 徑 2.7 公厘(#12)的懸吊線連接在骨架上。前後兩個燈具可共用同一條懸吊線。若使用重型等級系統，且為 120 公分以下模矩者，不須懸吊措施。 3.3.4.. 自懸式(pendant-hung)燈具吊件應使用直徑 3.8 公厘(#9)的懸吊線或. 經核可之支撐裝置，直接固定至上方結構體作支撐，不可懸吊於天花板系統。 3.3.5.. 重量大於 9 公斤但少於 25 公斤的燈具，除須遵守 3.3.3 之規定，另須. 使用兩條直徑 2.7 公厘的備用懸吊線連接燈具至上方結構體。 3.3.6.. 重量超過 25 公斤的燈具要用經核可的懸吊鉤具直接連接上方的結構體. 作支撐。 3.3.7.. 解說 44. 硬式電線管(rigid conduit)不可用來固定燈具。.

(54) 附錄一請參考 ASTM C635 對中型及重型等級骨架的定義。獨立懸吊措施係指燈具直接與結構體相連者。備用懸吊線之安裝並非用於傳遞垂直載重，而係用以防止燈具於震後掉落。3.3.5 及 3.3.6 節中對於不同等級骨架之吊線規定，請參見圖 4。 3.4. 空調設備之施工 3.4.1.. 安裝在天花板上的空調風口或其他設備物，其重量少於 9 公斤者，需固. 定(positively attached)於主架或與主架具同等載重能力之副架。 3.4.2.. 空調風口或其他設備物若重量超過 9 公斤但少於 25 公斤時，除須遵守. 3.4.1 規定外，另外需要有 2 條直徑 2.7 公厘(#12)的備用懸吊線，連接設備物至天花板系統的懸吊掛鉤(ceiling system hanger)或上方結構體。 3.4.3.. 空調風口或其他設備物若重量超過 25 公斤，要直接以審核通過的懸吊. 鉤具連接至上方結構體。 3.5. 與輕隔間牆連接 3.5.1.. 若輕鋼架天花板需提供永久性或活動式隔間牆水平向的支撐，則隔間牆. 與天花板連接處、天花板系統本身之構件以及斜撐，均應設計使能支撐隔間牆於法規水平載重作用時產生的水平向作用力；該作用力應另外加計在建築物耐震設計規範所規定之天花板地震載重之上。. 3.6 3.6.1. 試驗報告每個天花板系統製造商都應提供主架搭接器(main runner splices)、副. 架連接器(cross runner intersection)和延展裝置(expansion devices)等的張力和壓力測試報告。. 3.6.2 所有測試都要由合格的第三者機構執行。. 3.7 施工圖和施工說明. 3.7.1 施工圖應清楚標示所有系統組件，並定義或顯示所有支撐細節、燈具連接、側邊側力支撐、隔間支撐…等等。定義可以參考本標準、或其他核可的系統。容許施工誤差亦要標示出來。 45.

(55) 建築物天花板耐震工法評估. 主架和副架須固定於兩鄰接牆壁側. 之收邊材. 未固定於另兩鄰接牆壁收邊材之主架. 主架. 未固定於另兩鄰接牆壁收邊材之副架. 固定在與副架交接處 5 公分範圍內的主架上，作成 45 度斜拉線組. 圖 1 牆邊第一條懸吊線與 45 度斜拉線組之施作. 46.

(56) 附錄一. 從垂直方向起算，懸吊線之傾斜度不可超過 1：6 (10 度)，除非設有另一相對稱的傾斜懸吊線. 連接天花板骨架和上方支撐物(一般為結構體) 之垂直懸吊線，在骨架連接處須至少繞 3 圈. 圖 2 懸吊線與骨架連接處細部. 吊架 (固定至結構樓板). 空調風管. 懸吊線輕鋼架天花板骨架. 圖 3 懸吊線無法直接固定至結構樓板時需另設置固定用吊架. 47.

(57) 建築物天花板耐震工法評估. 圖 4. 不同等級骨架上燈具的懸吊方式. 48.

(58) 附錄二. 附錄二專家座談會議記錄. 出席：姚昭智、顏建中、呂世明、楊崇甫(青鋼金屬建材股份有限公司)、張錦澤(環球水泥股份有限公司) 張：骨架軸力如何量測？姚：解釋簡報中之圖文楊：軸力為拉或壓？呂：骨架分緊密型(平接)、滑動型(搭接、耐震型(獨立與另一副架接合)) 未知三月用哪一型？0.5 ㎜(現在已不用)鍍鋅鋼板。姚：美國地區重型似乎有較高，ARMSTRONG 說明書重型並未較高。加州已全部用重型。呂：重度承載國廠商有困擾，以 35mm 厚骨架，大致以縮小吊筋間距。姚：縮小跨距稱類中型骨架處理，實驗結果希望能讓國內廠商依循，比較類中型與中型之耐震性能。呂：為什麼翼板之軸力偏大？姚：十月實驗結果會補接頭細部。張：拉力試驗是否破壞？廖：挑選狀況好的 T-BAR 進行實驗楊：骨架受力是否受載重影響？面板之質量可否依規定板材重量，不只是從骨架著手。楊：三月輸入為何？姚：三軸向 AC156 呂：三月試驗骨架為平接骨架，不符合耐震標準，不適用耐震試驗。姚：將吸收經驗，十月進行標準呂：國內常用構法懸吊距離 120 ㎝。載重規格應增加(採用石膏板) 姚：增加載重目標至 181N/m 呂：90cm 牽涉成本，100/120cm 最普通。姚：可配合業界調整至 100cm 楊：應變計調整些許至副架上。姚：長向已有配置。呂：主 T 接頭拉力應該張：主 T 接頭應該無法承受，副 T 接頭皆無法達到 ASTM 要求。十月實驗如何取樣？ 49.

(59) 建築物天花板耐震工法評估. 姚： 1 組取自 ARMSTRONG，2~4 組來自國內廠商。. 張：斜撐組之施作能否減少，在耐震要求滿足下，增加施工便利性。姚：無斜撐組周圍骨架易受損呂：用防震型骨架張：能否請 ARMSTRONG 提供十月之樣本至環球做接頭試驗姚：台灣尚無完成符合法規規定施作之天花板系統，應建立標準樣本。十月試驗主架採用 3.6m 與搭接各半，看有無差別。楊：T-BAR 承載位置應變計應貼於中性軸。姚：謝謝各位今天蒞臨指導，十月份我們將在 NCREE 進行的實驗，今天各位的意見提供了我們一些方向，並讓我們受益良多，謝謝大家。. 50.

(60) 附錄三. 附錄三期中審查評審委員重點意見回覆情形委員意見邱顧問昌平： 1. 計畫名稱宜加「系統」二字，即除 1. 了主架、副架、收邊架、懸吊線、吊筋、夾具等外，尚含天花板材等。本計劃在完成前期之＂懸吊式輕鋼 2. 架天花板耐震施工指南＂後，就四種不同構法施工之天花板做量化分析，並進行震動台試驗，量測主架之應變（應力）以與規範與計算結果做比對，已有初步成果，十分值得肯定。 2. 第二章之圖與文請稍修正，如一端鉸，另一端宜採錕支承。d 處宜以「c」字表中點。「P」表等值集中載重，d≦L/360。 3. 牆壁收邊材之尺寸（含厚度）、收邊釘之直徑、主架開 slot 之大小是否應與主架總長有關？. 研究單位回應謝謝審查委員的意見，本計畫名稱可考慮依委員意見修正為「建築物天花板系統耐震工法評估」。所提圖文之修正建議，會後將參考委員意見檢討修正。. 陳技師正平： 1. 建議將斜撐吊索及壓力桿儘可能交於一點，即可大幅提升耐震能力，且分析模式與施工細部應一致。. 51.


(62) 附錄四. 附錄四期末審查評審委員重點意見回覆情形委員意見邱顧問昌平： 1. 計畫名稱宜加「系統」二字，即除 1. 了主架、副架、收邊架、懸吊線、吊筋、夾具等外，尚含天花板材等。本計劃在完成前期之＂懸吊式輕鋼 2. 架天花板耐震施工指南＂後，就四種不同構法施工之天花板做量化分析，並進行震動台試驗，量測主架之應變（應力）以與規範與計算結果做比對，已有初步成果，十分值得肯定。 2. 第二章之圖與文請稍修正，如一端鉸，另一端宜採錕支承。d 處宜以「c」字表中點。「P」表等值集中載重，d≦L/360。 3. 牆壁收邊材之尺寸（含厚度）、收邊釘之直徑、主架開 slot 之大小是否應與主架總長有關？. 研究單位回應謝謝審查委員的意見，本計畫名稱可考慮依委員意見修正為「建築物天花板系統耐震工法評估」。所提圖文之修正建議，會後將參考委員意見檢討修正。. 陳技師正平： 1. 建議將斜撐吊索及壓力桿儘可能交於一點，即可大幅提升耐震能力，且分析模式與施工細部應一致。. 53.


(64) 附錄五. 附錄五試驗時破壞照片. 一、I 組輸入 PA 值 1200gal 加速度時之照片. 55.

(65) 建築物天花板耐震工法評估二、II 組輸入 PA 值 960gal 加速度時之照片. 三、III 組輸入 PA 值 960gal 加速度時之照片. 56.

(66) 附錄五. 57.

(67) 建築物天花板耐震工法評估出版機關：內政部建築研究所電話：(02)89127890 地址：台北縣新店市北新路三段 200 號 13 樓網址：http：//www.arbi.gov.tw 編者：李玉生姚昭智出版年月：97 年 12 月版(刷)次：初版 ISBN：978-986-01-7205-8.

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