材料實驗中心實驗設備發展精進策略之研究

材料實驗中心實驗設備發展精

進策略之研究

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告

PG10802-0224

108301070000G0072

材料實驗中心實驗設備發展精

進策略之研究

研究主持人：李台光

內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告

中華民國

108 年 12 月

目次

表 次 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ Ⅲ

圖 次 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ Ⅴ

摘 要 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧

I X

第 一 章

緒 論 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ 1

第一節

研究緣起與背景‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1

第二節 研究方法及進度說明‧‧‧‧‧‧‧‧‧2

第二章

實驗設施設置計畫回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3

第一節

設置目的說明‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3

第二節

實驗設施與功能介紹‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3

第三節

實驗室認證‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧12

第三章

實驗中心歷年營運績效評估‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧15

第一節

實驗研究成果供業界使用‧‧‧‧‧‧‧‧15

第二節

完成戶外曝曬實驗場與記錄站之建置‧‧‧26

第三節

完成實驗研究成果提供規範與標準之修訂‧27

第四節

研發專利之取得‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29

第五節

委託檢測服務執行績效‧‧‧‧‧‧‧‧‧31

第六節

舉辦研討會推廣研究成果‧‧‧‧‧‧‧‧32

第四章

實驗產能創生計畫‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33

第一節

營運現況與問題分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33

第二節

人力、實驗研究與檢測服務精進策略‧‧‧37

第三節

設施設備活化精進策略‧‧‧‧‧‧‧‧‧45

第四節

實驗產能創生計畫之推動‧‧‧‧‧‧‧‧53

第五章

結論與建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧75

第一節

結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧75

第二節

建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧75

附錄

1 研商「建築物耐震設計規範及解說」會議紀錄‧‧77

表次

表次

表

3-1 歷年檢測統計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32

表

4-1 歷年歲入統計(單位：萬元)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33

表

4-2 材料實驗中心人員組成‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧37

表

4-3 替代役協勤工作內容分析與因應對策表‧‧‧‧‧38

表

4-4 依據 CNS15666 試驗品質項目需採購設備表‧‧‧42

表

4-5 材料實驗中心後續(108-110 年)設備儀器更新列表‧42

表

4-6 材料實驗中心研擬執行期程規劃表‧‧‧‧‧‧‧44

表

4-7 材料中心 3 年(105-107 年)設備儀器修繕更新列表 46

表

4-8 材料實驗中心預定升級、汰換或增購設備(零成長)‧46

表

4-9 材料中心預定升級、汰換或增購設備(1.5 倍成長)‧49

表

4-10 材料中心預定升級、汰換或增購設備(2 倍成長)‧51

表

4-11 力學實驗室維護及擴充設備表‧‧‧‧‧‧‧‧‧62

表

4-12 材料中心實驗設備更新活化發展精進策略可行性‧69

圖次

圖次

圖

2-1 挫屈束制斜撐性能試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4

圖

2-2 鋼結構銲道穿透式梁柱接合性能驗證試驗‧‧‧‧4

圖

2-3 拉桿抗拉試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5

圖

2-4 型滑輪拉力強度驗證試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5

圖

2-5 填充混凝土箱型短柱試體抗壓試驗‧‧‧‧‧‧‧6

圖

2-6 鋼筋混凝土短柱試體抗壓試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧6

圖

2-7 速度型阻尼器性能試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7

圖

2-8 地震力分散裝置性能試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7

圖

2-9 桁條系統反覆載重試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7

圖

2-10 耦合剪力牆實驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8

圖

2-11 2 層 3 跨構架試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8

圖

2-12 開孔剪力牆實驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8

圖

2-13 含樓板構架試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8

圖

2-14 試體試驗前‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9

圖

2-15 試片安裝於氙弧燈耐候試驗機內部情形‧‧‧‧‧9

圖

2-16 氙弧燈曝曬瀝青防水層試體‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧10

圖

2-17 鋼材試片‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧10

圖

2-18 水泥砂漿試片‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧10

圖

2-19 試驗後色差計量測‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧11

圖

2-20 試驗後光澤計量測‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧11

圖

2-21 電子顯微鏡室‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧11

圖

2-22 壓力轉換器校正作業‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧12

圖

2-23 荷重計校正作業‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13

圖

2-24 大型鋼製試體外觀‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13

圖

3-1 沿街連棟建築物(街屋)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧15

圖

3-2 一樓正面無壁、屋內梯間牆‧‧‧‧‧‧‧‧‧15

圖

3-3 低矮 RC 沿街式新建建築平面圖例‧‧‧‧‧‧16

圖

3-4 短梁與水平牆段之剪力破壞‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16

圖

3-5 傳統配筋(僅配置溫度與乾縮鋼筋)‧‧‧‧‧‧‧17

圖

3-6 增加配置邊界構材‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17

圖

3-7 對角鋼筋、邊界構材、牆體圍束鋼筋及水平鋼筋‧17

圖

3-8 各試體遲滯包絡線‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17

圖

3-9 填充與非填充 RC 牆結構構架受測力之反應‧‧19

圖

3-10 鋼骨構架具隔開與未隔開 RC 牆損害測試比較‧19

圖

3-11 鋼骨構架隔開與未隔開 RC 牆損害測試曲線‧20

圖

3-12 試驗裝置照片‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21

圖

3-13 組合繫筋示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21

圖

3-14 大型鋼筋混凝土方柱試體承受軸向載重時之情形 21

圖

3-15 使用低降伏鋼連接梁試體測試後照片‧‧‧‧‧22

圖

3-16 使用鋼筋混凝土連接梁試體測試後照片‧‧‧‧22

圖

3-17 所提出補強細節之設計圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23

圖

3-18 破壞情形‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23

圖

3-19 含軸力之撓曲行為試驗裝置‧‧‧‧‧‧‧‧‧24

圖

3-20 水平拱效應示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧25

圖

3-21 垂直拱效應示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧25

圖

3-22 鋼材試片‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26

圖

3-23 水泥砂漿試片‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26

圖

3-24 試驗後色差計量測‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26

圖次

圖

3-26 多參數氣象觀測與記錄站及曝曬架‧‧‧‧‧‧‧27

圖

3-27 穿透深度 1 cm 至 5 cm 切片磨粉取樣示意圖‧‧29

圖

3-28 創新鋼管混凝土柱雙向梁柱接頭示意圖‧‧‧‧‧30

圖

3-29 使用本專利鋼管混凝土柱接頭試體破壞情形‧‧‧30

圖

3-30 新型耐震專利巧妙利用對角鋼筋配置提升耐震力‧31

圖

3-31 試驗結果顯示創新配筋牆之破壞較輕微‧‧‧‧‧31

圖

3-32 98 年迄今檢測項目分類統計‧‧‧‧‧‧‧‧‧32

圖

4-1 歷年歲入分布圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33

圖

4-2 大型滑輪(直徑 2.3 公尺)拉力強度之測試‧‧‧‧34

圖

4-3 日本東工大屋頂桁條系統開發驗證試驗‧‧‧‧‧35

圖

4-4 臺科大營建系陳正誠教授與材料實驗中心洽談‧‧55

圖

4-5 國家地震工程研究中心來訪‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧56

圖

4-6 與國震中心研究及設備使用協調會議現場‧‧‧‧57

圖

4-7 臺大土木系蔡克銓教授及國科公司來訪‧‧‧‧‧58

圖

4-8 鋼板剪力牆試驗架透視圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧59

圖

4-9 阻尼器試驗架透視圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧60

圖

4-10 阻尼器試驗架平面及立面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧60

圖

4-11 氙弧燈式耐候及鹽霧試驗機排煙管線平面圖‧‧‧64

圖

4-12 改善前氙弧燈式及鹽霧試驗機排煙管線‧‧‧‧‧65

圖

4-13 氙弧燈式及鹽霧試驗機既有排氣管線‧‧‧‧‧‧65

圖

4-14 重新配置排氣管示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧66

圖

4-15 氙弧燈式耐候試驗機紀錄系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧67

圖

4-16 氙弧燈式及鹽霧試驗機純水槽系統位置圖‧‧‧‧67

圖

4-17 材料實驗中心既有色差計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧68

圖

4-18 材料實驗中心新採購色差計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧68

摘 要

摘

要

關鍵詞：材料實驗中心、實驗設備、發展精進 一 、 研 究 緣 起 材料實驗中心之建置係依行政院 85 年核定「內政部建築研究所建築實驗設施 設置計畫」，以因應國內建築產業與技術發展所需，增進建築物耐震能力與開發創 新建築材料。材料實驗中心為內政部建築研究所「建築實驗設施設置計畫」三大實 驗中心之一，座落於臺北市文山區，並設有大型力學、耐久耐候、材料分析及非 破壞檢測等4 個實驗室，主要為強化與支援國內建築構造及材料研究之發展，針對 大尺寸建築構件之力學性能、材料之耐候性能及材料微觀分析等技術，提供研 究、研發與檢測實驗服務，並提供內政部主管建築法規及技術規範修訂所需本土 性實驗研究，支援業界及學界於建築新技術、新工法及新材料認可之驗證。 大型力學實驗室設有 3,000 噸油壓試驗機、250 噸動態油壓試驗機、600 噸油 壓致動器，以及強力地板與反力牆系統，可進行大尺寸建築構材及耐震消能元件 (如挫屈束制斜撐、阻尼器)之實驗研究及檢測。目的為協助建築物地震災害防制科 技計畫之研究發展，提供內政部修訂建築構造法規、規範之實驗研究，並支援國 內學界、業界於設備能量之需求，提升建築物之使用性能與結構安全。 臺灣位處亞熱帶海島型氣候區，使得建築物本體材料易於老化及劣化，進而 產生構材金屬部分的腐蝕，縮短建築物的使用年限，增加維護管理成本。耐久耐 候實驗室設有氙弧燈式耐候試驗機、鹽霧試驗機及恆溫恆濕試驗機等設備，透過 控制溫度、溼度及照度等試驗參數，可模擬建築材料於不同自然環境狀態下，加 速建築材料老劣化之情形，提供業界進行建築材料耐久及耐候特性之評估。 材料分析實驗室主要設有壓汞式孔隙分析儀、場發射掃描式電子顯微鏡、比 表面分析儀，以及電位差自動滴定儀等設備，可藉由化學與物理性質的試驗與分 析，釐清建築材料於加速老劣化試驗前後之材料組成、微觀結構及孔隙分佈等特 性，輔以定性或定量之分析，以量化材料之耐久性能，以供評鑑建築材料耐久性 能之參據，協助內政部與經濟部標檢局建築物技術法規與標準之依據。 非破壞檢測實驗室設有接觸角量測儀、立體顯微鏡、金相顯微鏡，以及電化

學腐蝕量測裝置等設備，可觀察金屬、石材與木材等建築材料之表面性質與微觀 結構，以做為研判金屬材料之腐蝕機率，釐清各類材料之組織與缺陷型態，協助 材料表面塗裝技術與防蝕能力之研發，以提升建築構材與材料之使用性能與壽 命，並支援學術與業界之研究發展，並提供研發材料製程與界面改良使用。 建築材料實驗中心於民國98 年完成建置，並開始營運至今已近 10 年，已完成 多項大型建築構件、材料試件之實驗研究及檢測服務，相關研究成果亦已提供主 管機關修訂法規、技術規範與標準之參據。但目前面對近年科技計畫經費逐年降 低，檢測業務在不與民爭利原則，且坊間實驗機構競爭激烈，以及受國內營建等 產業景氣枯榮變動，致歲入收入亦不穩定。同時設備逐漸老舊，維護成本提高、 部分完成階段性任務之設備使用率降低，以及替代役制度的退場，致人力增補面 臨嚴重問題。在此人力不足、經費短絀且設備逐年老舊之情況下，導致檢測案量 日益減少、實驗設備之更新及修繕經費不足與業務擴展的量能萎縮等問題。為能 提出如何拓展多元類型試驗與新興業務，增加收入來源之有效因應策略，並擬訂 未來材料實驗中心的永續發展方向，以精進之材料實驗中心研究實驗與檢測業務 發展。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本計畫之工作內容包括多方徵集建議，俾使檢測業務及設備性能精進計畫確 實發揮功能，並於第3 季配合安全防災組於協助本所召開「本所實驗產能創生座談 會」。材料實驗中心已於107 年度完成初步策略規劃，並於 107 年 9 月 25 日召開 檢測業務及實驗設備發展精進座談會，彙整相關專家學者所提建議研提可行對 策；本(108)年度將就各項建議之可行性進行檢討，可行者再依經費需求狀況劃 分，需要經費者請依經費額度規劃執行優先順序，不需經費者則擬定行動計畫。 另依據「有計畫才有經費」之原則，實驗設備汰換或升級，宜併入科技計畫內 核編爭取經費，並假設科技計畫經費的成長幅度為零成長、成長1.5 倍及成長 2 倍 三種情境規劃執行優先順序。 三 、 重 要 發 現 (1)為因應未來替代役(含研發替代役)2 年內退場；以及檢測業務收入減少，實驗設

摘 要 提實驗產能創生計畫，提供材料實驗中心未來發展之參採。 (2)有鑑於未來科技計畫爭取購置新設備經費將愈形困難，材料實驗中心應以檢視並 活化既有設備，如申請氙弧燈式試驗機及鹽霧試驗機TAF 認證，提升實驗能力 為優先考量。 (3)持續蒐集國震中心與中南部大學合作案例相關資料，研析後續「協力實驗室」執 行策略可行性，尋求結構試驗部分技術人力之支援，以穩定試驗服務之人力能 量，擴大協助執行科技部研究計畫之設備需求。 (4)加強透過將研究結果轉為法定檢測業務之模式，例如「挫屈束制斜撐性能試驗」 修正草案，加速法制化作業程序，以增加固定檢測業務之項目。 (5)持續與國家地震工程研究中心、國立臺灣科技大學、台灣建築中心等研商合作， 提升材料實驗中心研發績效。 (6)持續爭取科技計畫經費，進行實驗室設備活化與維護，以及提升實驗能力。 四 、 主 要 建 議 事 項 以下分別從立即可行的建議及長期性建議加以列舉。 辦理色差計增項TAF 認證。－立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 材料實驗中心既有色差計之規格及配有之標準色板，已逐漸與國內業界常用標 準脫節(既有色差計使用三刺激值 XYZ 做為測色標準，目前國內則使用色座標 x,y 及反射率Y%作為量測或校正之基準)，材料實驗中心於 108 年 7 月採購可攜帶型之 分光色差計，以符合試驗及送校需求，後續規劃辦理色差計增項TAF 認證。 辦理氙弧燈式耐候試驗機紀錄系統及純水槽系統採購。－長期性之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 為提升氙弧燈式耐候試驗機試驗結果之可信度，以及避免氙弧燈式試驗機及鹽

霧試驗機試驗艙因水質不良，造成艙體嚴重積垢，影響設備使用壽命，材料實驗中 心規劃進行耐久耐候實驗室氙弧燈式耐候試驗機紀錄系統及純水槽系統，提升氙弧 燈式耐候試驗機操作性能，並規劃申請氙弧燈式耐候試驗機TAF 認證。 持續與國家地震工程研究中心、國立臺灣科技大學等研商合作可行性，提升材料實 驗中心研發績效。－長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：國家地震工程研究中心、國立臺灣科技大學 學習國震中心與中南部大學合作，採以「協力實驗室」模式，活化試驗服務能 量，支援科技部計畫之實驗需求，與國立台灣科技大學持續研商簽訂合作備忘錄 (MOU)。

摘 要

ABSTRACT

Keywords: Materials Experiment Center, Experimental facility, Research and development

The Building Materials Experimental Center was established in 2009 and has been in operation for nearly 10 years. It has completed a number of experimental research and testing services for large-scale building components and materials. The relevant research results have also provided the competent authorities to amend regulations and technologies, as well as references to specifications and standards. This study is to examine the current status of the development of experimental facilities and equipment, and to study the experimental capacity creation plan, in response to withdraw within 2 years the future alternative military service (including research and development of alternative military service); and the reduction of test business income, the old equipment of the experimental equipment, and the lack of repair funds. Therefore, the research results can provide an important part of the future development of the Building Materials Experiment Center.

第一章 緒 論

第一章

緒 論

第一節

研究緣起與背景

內政部建築研究所材料實驗中心之建置係依行政院 85 年核定「內政部建築研 究所建築實驗設施設置計畫」，以因應國內建築產業與技術發展所需，增進建築物 耐震能力與開發創新建築材料。材料實驗中心為內政部建築研究所「建築實驗設施 設置計畫」三大實驗中心之一，座落於臺北市文山區，並設有大型力學、耐久耐 候、材料分析及非破壞檢測等4 個實驗室，主要為強化與支援國內建築構造及材料 研究之發展，針對大尺寸建築構件之力學性能、材料之耐候性能及材料微觀分析 等技術，提供研究、研發與檢測實驗服務，並提供內政部主管建築法規及技術規 範修訂所需本土性實驗研究，支援業界及學界於建築新技術、新工法及新材料認 可之驗證。 大型力學實驗室設有 3,000 噸油壓試驗機、250 噸動態油壓試驗機、600 噸油 壓致動器，以及強力地板與反力牆系統，可進行大尺寸建築構材及耐震消能元件 (如挫屈束制斜撐、阻尼器)之實驗研究及檢測。目的為協助建築物地震災害防制科 技計畫之研究發展，提供內政部修訂建築構造法規、規範之實驗研究，並支援國 內學界、業界於設備能量之需求，提升建築物之使用性能與結構安全。 臺灣位處亞熱帶海島型氣候區，使得建築物本體材料易於老化及劣化，進而 產生構材金屬部分的腐蝕，縮短建築物的使用年限，增加維護管理成本。耐久耐 候實驗室設有氙弧燈式耐候試驗機、鹽霧試驗機及恆溫恆濕試驗機等設備，透過 控制溫度、溼度及照度等試驗參數，可模擬建築材料於不同自然環境狀態下，加 速建築材料老劣化之情形，提供業界進行建築材料耐久及耐候特性之評估。 材料分析實驗室主要設有壓汞式孔隙分析儀、場發射掃描式電子顯微鏡、比 表面分析儀，以及電位差自動滴定儀等設備，可藉由化學與物理性質的試驗與分 析，釐清建築材料於加速老劣化試驗前後之材料組成、微觀結構及孔隙分佈等特 性，輔以定性或定量之分析，以量化材料之耐久性能，以供評鑑建築材料耐久性 能之參據，協助內政部與經濟部標檢局建築物技術法規與標準之依據。 非破壞檢測實驗室設有接觸角量測儀、立體顯微鏡、金相顯微鏡，以及電化

學腐蝕量測裝置等設備，可觀察金屬、石材與木材等建築材料之表面性質與微觀 結構，以做為研判金屬材料之腐蝕機率，釐清各類材料之組織與缺陷型態，協助 材料表面塗裝技術與防蝕能力之研發，以提升建築構材與材料之使用性能與壽 命，並支援學術與業界之研究發展，並提供研發材料製程與界面改良使用。 建築材料實驗中心於民國98 年完成建置，並開始營運至今已近 10 年，已完成 多項大型建築構件、材料試件之實驗研究及檢測服務，相關研究成果亦已提供主 管機關修訂法規、技術規範與標準之參據。但目前面對近年科技計畫經費逐年降 低，檢測業務在不與民爭利原則，且坊間實驗機構競爭激烈，以及受國內營建等 產業景氣枯榮變動，致歲入收入亦不穩定。同時設備逐漸老舊，維護成本提高、 部分完成階段性任務之設備使用率降低，以及替代役制度的退場，致人力增補面 臨嚴重問題。在此人力不足、經費短絀且設備逐年老舊之情況下，導致檢測案量 日益減少、實驗設備之更新及修繕經費不足與業務擴展的量能萎縮等問題。為能 提出如何拓展多元類型試驗與新興業務，增加收入來源之有效因應策略，並擬訂 未來材料實驗中心的永續發展方向，以精進之材料實驗中心研究實驗與檢測業務 發展。

第二節

研究方法及進度說明

本計畫之工作內容包括多方徵集建議，俾使檢測業務及設備性能精進計畫確 實發揮功能，並於第3 季配合安全防災組於協助本所召開「本所實驗產能創生座談 會」。材料實驗中心已於107 年度完成初步策略規劃，並於 107 年 9 月 25 日召開 檢測業務及實驗設備發展精進座談會，彙整相關專家學者所提建議研提可行對 策；本(108)年度將就各項建議之可行性進行檢討，可行者再依經費需求狀況劃 分，需要經費者請依經費額度規劃執行優先順序，不需經費者則擬定行動計畫。 另依據「有計畫才有經費」之原則，實驗設備汰換或升級，宜併入科技計畫內 核編爭取經費，並假設科技計畫經費的成長幅度為零成長、成長1.5 倍及成長 2 倍 三種情境規劃執行優先順序。

第二章 實驗設施設置計畫回顧

第二章

實驗設施設置計畫回顧

第一節

設置目的說明

因應國內建築產業與技術發展所需，增進建築物耐震能力與開發創新建築材 料，依據行政院核定「建築實驗設施設置計畫」，於民國 98 年完成建築材料實驗 中心之建置。材料實驗中心座落於臺北市文山區，總樓地板面積約 10,235 平方公 尺。目前材料實驗中心1 樓部分及 2 樓全部空間，自 96 年 8 月 17 日起，已做為「智 慧化居住空間展示中心」使用，4 樓空間主要為大型會議室(演講廳)與所本部及材 料實驗中心替代役役男起居空間，實際可供實驗使用之空間約為3,047 平方公尺。 材料實驗中心主要設置有大型力學、耐久耐候、非破壞檢測等實驗室，藉由 國家級實驗研究中心的設立，帶動國內建築結構耐震性能與建築材料耐久性能之 實驗研究，累積本土性大型結構構件之實驗數據，協助建築法規及技術規範之增 修訂，支援建築業界於新材料、新技術研發之需求。並於材料實驗中心頂樓設置 曝曬場及氣象觀測設備，可結合「耐久耐候實驗室」加速劣化實驗設備，提供材料 劣化後物理性能之量測，及試驗觀察與分析使用。

第二節

實驗設施與功能介紹

材料實驗中心設置有以下實驗室： (一) 大型力學實驗室：主要設有 3,000 噸油壓試驗機、250 噸動態油壓試驗 機、600 噸油壓制動器及強力地板與反力牆系統，可進行大尺寸建築構材及耐震消 能元件（如挫屈束制斜撐、阻尼器）之性能試驗，以及大型軸力構件受拉力、壓力 或拉壓反復作用力下之力學行為試驗。目前為國內第三大之結構實驗室。 1. 大出力 3,000 噸油壓試驗機：最大出力壓力為 3,000 噸，拉力為 1,500 噸， 可量測試體最大高度15 公尺。檢測服務實績介紹如下：

(1) 挫屈束制斜撐性能試驗：係依 2010 年 AISC (American Institute of Steel Construction) Seismic Provisions for Structural Steel Buildings 相關試驗規定進行性能

試驗，以瞭解及確認挫屈束制斜撐試體的製作品質與耐震性能。 (2) 鋼結構銲道穿透式梁柱接合性能驗證試驗：以反覆載重試驗，測試鋼結 構銲道穿透式梁柱接合工法對力量傳遞效果之影響。

圖

2-1 挫屈束制斜撐性能試驗

圖

2-2 鋼結構銲道穿透式梁柱接合

性能驗證試驗

(3) 拉桿抗拉試驗：以單軸拉力載重試驗，測試屋頂拉桿或空橋拉桿之軸向 抗拉強度，及觀察最後破壞位置及破壞模式。 (4) 大型滑輪拉力強度驗證試驗：試體包含滑輪 2 個和鋼纜 1 條，進行拉力強 度試驗驗證大型滑輪之負載性能。

第二章 實驗設施設置計畫回顧

圖

2-3 拉桿抗拉試驗

圖

2-4 大型滑輪拉力強度驗證試

驗

(5) 短柱試體抗壓試驗：以單軸壓力載重試驗，量測鋼結構、鋼筋混凝土結 構、鋼骨鋼筋混凝土結構或填充混凝土箱型鋼柱結構之短柱試體抗壓強度，並觀 察最後破壞位置及破壞模式，用以提出其耐震性能之提升方案。

圖

2-5 填充混凝土箱型短柱

試體抗壓試驗

圖

2-6 鋼筋混凝土短柱試體抗壓試驗

2. 250 噸動態油壓試驗機：最大出力為 250 噸(拉伸/壓縮)，可量測試體最大 高度3.2 公尺，其動態性能為 10 Hz 及 1.5 mm 之正弦波，致動器行程為 125 mm。 檢測服務實績介紹如下： (1) 速度型阻尼器性能試驗：以單軸拉力及壓力反覆動態載重試驗，量測速 度型阻尼器之最大出力及最大速率，以檢核其耐震性能與設計結果之差異。 (2) 地震力分散裝置性能試驗：以單軸拉力及壓力反覆動態載重試驗，量測 地震力分散裝置之最大出力及最大速率，以檢核其耐震性能與設計結果之差異。

第二章 實驗設施設置計畫回顧

圖

2-7 速度型阻尼器性能試驗 圖 2-8 地震力分散裝置性能試驗

3. L 型反力牆及強力地板：L 型反力牆，長牆尺寸為長 20 m 及高 9 m，短牆 尺寸為長10 m 及高 12m，並備有 600 噸、200 噸及 100 噸等油壓致動器可提供構架 系統進行水平雙向之側推試驗。利用L 型反力牆及強力地板進行試驗，因幾乎每個 試驗都有其特殊考量而需要靈活變化，相當具有挑戰性，常見有多層多跨構架試 驗，試驗構架也可能含牆體在內。

圖

2-9 桁條系統反覆載重試驗

圖

2-10 耦合剪力牆實驗

圖

2-11 2 層 3 跨構架試驗

圖

2-12 開孔剪力牆實驗

圖

2-13 含樓板構架試驗

(二) 耐久耐候實驗室：主要設有氙弧燈式耐候試驗機、鹽霧試驗機及恆溫恆 濕試驗機等設備，透過控制溫度、溼度及照度等試驗參數，可模擬建築材料於自 然環境下，建築材料加速老劣化之情形。 1. 氙弧燈式耐候試驗機：以具全光譜性質的氙弧燈，擬模光源照射之環境 條件，可進行塗料、塗膜與高分子材料，在光源照射下之加速劣化，再搭配包括 色差(褪色、變色)、光澤度(亮度下降)、強度下降、破裂與粉化等劣化之評估。檢 測服務實績介紹如下： (1) FRP 強化玻璃纖維耐候試驗

第二章 實驗設施設置計畫回顧 範，用於FRP 船體外殼、甲板及客艙等 FRP 製成物件需進行 FRP 基層板人工風化 試驗，國福造船廠於101 年至 103 年委託材料實驗中心進行 FRP 強化玻璃纖維之人 工劣化試驗，試驗方法係依ASTM D2565 規範，以確保產品品質符合實際需求。

圖

2-14 試體試驗前

(2) 改質瀝青防水氈 材料實驗中心支援105 年委託研究案「建築物防水設計技術建立之研究」之短 期導向加速劣化試驗標準作業程序，以單一劣化因子進行預定時段之劣化加速試 驗方式，進行加速劣化試驗示範試驗後，再與長期曝放試驗結果進行比較。

圖

2-15 試片安裝於氙弧燈耐候試驗機內部情形

圖

2-16 氙弧燈曝曬瀝青防水層試體

(3) 混凝土與鋼材表面被覆材及塗裝系統 材料實驗中心支援105 年及 106 年辦理協同研究案「混凝土與鋼材表面被覆材 之加速耐候實驗與現地曝曬實驗場規劃研究」及「混凝土與鋼材表面塗裝系統之耐 候性能量化分析與使用年限研究」之加速劣化試驗，以鋼材與混凝土表面被覆材為 標的，規劃材料試驗中心進行加速耐候實驗與現地曝曬實驗之試驗標的與量測項 目，藉由水泥砂漿及鋼材為基材之具表面被覆材試體，進行加速耐候實驗，以探 討常用表面被覆材之耐候或防蝕性能曲線，並做為未來現地曝曬實驗之參考。

圖

2-17 鋼材試片

圖

2-18 水泥砂漿試片

第二章 實驗設施設置計畫回顧

圖

2-19 試驗後色差計量測

圖

2-20 試驗後光澤計量測

2. 鹽霧試驗機：主要用以模擬海域氣候環境條件，透過設備系統程序設 定，進行鹽水噴霧、乾燥與濕潤等功能，以加速建材之劣化，如金屬材料腐蝕及 混凝土中性化。 (三) 非破壞檢測實驗室：主要設有接觸角量測儀、立體顯微鏡、金相顯微鏡 及電化學腐蝕裝置等設備，可進行金屬、石材與木材等材料微觀結構與表面性質 之觀測，研判金料腐蝕機率，釐清材料組織與缺陷型態。 (四) 耐化學實驗室：主要設有壓汞儀及電位差自動滴定儀等設備，可藉由化 學與物理性質的試驗分析，觀察材料於劣化試驗前後之材料組成、微觀結構。 (五) 電子顯微鏡室：場發射掃描式電子顯微鏡。

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2-21 電子顯微鏡室

第三節

實驗室認證

材料實驗中心已於106 年 10 月 13 日，經全國認證基金會(簡稱 TAF)認可為認 證實驗室(認證編號：3344)，認證有效期間至 109 年 10 月 12 日止。由於 3,000 噸 油壓試驗機申請認可之最大測試出力，為壓力 2,500 噸，拉力 1,500 噸，屬大出力 之試驗機，故認證過程曾遭遇2 大問題之挑戰： (一) 大出力力量校正 目前國內 TAF 認可之力量校正實驗室，僅能提供 200 噸以下材料試驗機之校 正，無法滿足3,000 噸試驗機之校正需求，材料實驗中心改採取租用經國外校正實 驗室校正合格之荷重計，復委請 TAF 認可校正實驗室，進行壓力比對之校正作 業，再輔以試驗機系統壓力轉換器之校正作業，相互驗證校正結果之正確性，以 克服力量校正之有效性，終獲評審員之認可。

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2-22 壓力轉換器校正作業

第二章 實驗設施設置計畫回顧

圖

2-23 荷重計校正作業

(二) 試驗品質之保證 考量國內無同等出力能量之實驗室，致無法參加實驗室間之能力比對，故經 協調採以大型鋼製試體，並結合品質管制程序，定期進行彈性試驗，以監控試驗 作業之有效性，達成試驗品質之確保。

圖

2-24 大型鋼製試體外觀

材料實驗中心初次通過 TAF 認證認可之試驗項目，如下所示，後續將視實際 檢側商機之需求，並綜評財源與人力結構等因素，朝塗料耐久性能檢測及速度型 阻尼器性能測試等方向，規劃增項。 (一) 挫屈束制斜撐性能試驗：(ANAI/AISC 341-10)。 (二) 塗料光澤度試驗：(CNS 15200-4-6,CNS 15666,CNS 15665,CNS 7773) (三) 色差試驗：(CNS 15200-4-4,CNS 15200-4-5,CNS 11351,CNS 10136)。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

第三章

實驗中心歷年營運績效評估

第一節

實驗研究成果供業界使用

(一) 低矮 RC 沿街式新建建築耐震性能提升之研究 臺灣地小人稠，土地分配習慣在地籍上，面對道路均為長方型，並基於國人 住宅配置需求使用習性與通風採光需求，建築師設計低矮鋼筋混凝土沿街式住宅 時，一樓正面與背面留有門窗開口，沿街道方向較少配置完整的鋼筋混凝土牆抵抗 地震力。歷年來以累積許多沿街店鋪住宅的耐震能力提升方案，並整理成沿街店鋪 住宅耐震設計技術手冊供業界參考使用，茲介紹重點如下：

圖

3-1 沿街連棟建築物(街屋)

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3-2 一樓正面無壁、屋內梯間

牆

1. 沿街方向梯間牆之耐震設計 若能利用屋內構架將樓梯間設置在構架旁，利用梯間旁設置較完整、至少是三 邊受梁柱構架束制的梯間結構牆，並且利用梯間使結構牆垂直連續至屋頂，並妥善 配置牆底之條狀基礎，屋內填充梯間牆之構架可吸收較多地震力，但是須注意屋內 構架因為結構牆導致梁淨跨度縮短，可能導致水平構材如梁及水平牆段之剪力需求 提高，衍生剪力破壞，如無法以連接梁設計，最好的是避免梁淨跨度太短，在梯間 平面配置時稍作調整。

圖

3-3 低矮 RC 沿街式新建建築平面圖例

本研究以含牆構架實驗，探討在屋內構架增加結構牆之效益，結果顯示增加的 牆壁可以吸收更多地震力提高建築物耐震能力，惟此類型結構牆因為軸力低不必配 置特殊邊界構材設計，但在反復載重作用下，邊界區的縱向鋼筋確實仍有挫屈之疑 慮，仍需要箍筋圍束邊界構材之縱向鋼筋及混凝土提高韌性。

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3-4 短梁與水平牆段之剪力破壞

2. 沿街方向屋後外牆之耐震設計 本研究針對低矮鋼筋混凝土沿街建築屋後外牆，在兼顧施工性之要求下，研擬 耐震性能提升方法，包括開口旁邊界構材、牆體圍束鋼筋、密集配置牆體水平向鋼 筋，以及對角向鋼筋。實驗結果顯示性能提升後之開口牆體具有相當優良之韌性與 消能行為；配置對角向鋼筋、邊界構材、牆體圍束鋼筋及密集配置水平向鋼筋之試

第三章 實驗中心歷年營運績效評估 體，相較於採傳統配筋(僅配置溫度與乾縮鋼筋)之試體，其正向強度提升 25%，負 向強度提升17%，平均極限位移比提升 20%，消能能力提升約 50%。

圖

3-5 傳統配筋(僅配置溫度與

乾縮鋼筋

)

圖

3-6 增加配置邊界構材

-240 -200 -160 -120 -80 -40 0 40 80 120 160 200 240 La te ral F o rce ( tf ) -163 -98 -33 33 98 163 Displacement (mm) -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Drift (%) specimen 1 specimen 2 specimen 3 specimen 4 specimen 5 specimen 6

圖

3-7 配置對角向鋼筋、邊界構

材、牆體圍束鋼筋及密集配置水

平向鋼筋

圖

3-8 各試體遲滯包絡線

3. 非矩形斷面柱之耐震設計 低矮鋼筋混凝土建築一樓使用常須限制柱在沿街方向尺寸，一樓沿街方向容易 形成弱層。此研究提出使用L 形與 T 形斷面柱提升一樓沿街方向耐震性能。相較於 矩形柱，L 形與 T 形柱可將其大部分斷面積埋入牆面內，大幅降低對室內空間之影 響，兼具耐震性與使用性。試驗結果顯示，撓曲破壞控制的柱試體呈現具優良消能

之韌性行為，現行規範可保守計算一體澆置與補強之L 形與 T 形柱標稱抗彎強度及 剪力強度。此研究所提出側推分析方法，可以準確地預估撓曲控制與補強柱的初始 勁度、最大側力強度以及極限位移，對於剪力控制之柱而言，亦可良好捕捉柱之初 始勁度與最大側力強度。 4. 開高窗造成極短柱之補強設計 常見的廁所、樓梯間或地下室因開高窗而造成之極短柱行為研究仍相當欠缺， 此極短柱極可能因所受剪力超過其剪力強度而發生剪力破壞。此研究進行一系列反 覆載重試驗，試驗結果顯示，在構架邊柱增加磚翼牆或RC 翼牆，都能有效提高整 體構架的側向抗剪強度，提高的強度差異不大。值得注意的是增設磚翼牆的極限位 移是增設RC 翼牆的兩倍，因為增設 RC 翼牆使構架邊柱的勁度大幅提高，而非線 性變形能力下降。此研究建議以增加磚翼牆應為較佳的方案，因提高整體構架的側 向抗剪強度大致相同，卻有較佳的非線性變形能力，且增加磚翼牆的施工簡單快 速，費用較便宜。 (二) 建築結構創新技術之研究 1. 韌性抗彎構架隔開 RC 填充牆之耐震設計 國內建築常有隔間或隔戶的鋼筋混凝土填充牆，未連續至基底樓層，形成不利 耐震之軟弱底層結構，為了避免含牆構架形成軟弱底層，此研究提出一種新的隔離 縫工法，可將鋼筋混凝土填充牆與梁柱鋼骨或鋼筋混凝土結構隔開，藉由耐震韌性 抗彎矩鋼構架反復載重試驗來驗證隔離縫工法之可行性。此研究實驗及分析結果皆 顯示，堅硬的鋼筋混凝土填充牆，會侷限建築構架抵抗側力之韌性，於鋼筋混凝土 填充牆底部(或頂部)及兩邊設置隔離縫吸收部分層間變形角，即可大幅提升整體構 架之側向變形能力，避免含牆構架形成軟弱底層。本項研究成果，已透過研討會之 舉辦與國際論文期刊(SCI)發表，提供業界參考使用。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖

3-9 填充與非填充 RC 牆結構構架受測力之反應

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3-11 鋼骨構架具隔開與未隔開 RC 牆之損害測試曲線

2. 施工簡易鋼管混凝土柱接頭 近年來都市建築有高層化趨勢，高層建築基底樓層之柱須承受較高的軸壓力， 適合使用鋼管混凝土柱，惟圓形鋼管混凝土柱因與H 型鋼梁在梁柱接頭交會區施工 不易，應用上受到限制。此研究以梁翼板貫入梁柱接頭方式研擬簡單可行之接合型 式。實驗結果顯示研擬之接合方式安全、經濟且便利可行，以現行規範計算此種接 頭之剪力強度，結果保守安全，此研究對梁寬提出上下限之建議，以確保接頭灌漿 施工性與剪力傳遞有效性、對外柱提出梁翼板貫入接頭端加銲加勁版之設計建議， 更提出規範改善建議，並以軟化壓桿模型提出一套可準確計算接頭混凝土剪力強度 之模型，供後續研究或規範修改之參考。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖

3-12 試驗裝置照片

(三) 工程設計與施工實務問題之研究 1. 施工容易及高耐震性能 RC 柱之組合繫筋 國內以鋼筋混凝土(RC)做為建築結構材料的情形相當普遍，RC 柱的箍、繫筋 在圍束核心混凝土及柱撓曲韌性發展上扮演重要的角色。在工程實務上，尤其是高 樓結構，由於柱主筋較多，傳統繫筋的施工時常遇到困難，降低了施工的品質。本 所積極構思研發組合繫筋，來降低繫筋施工的困難度。組合繫筋是由二支一端為180 度彎鉤另一端為直線的J 形鋼筋搭接組合而成。材料實驗中心利用大型力學設備， 完成一系列完整的實驗研究，研究成果證實使用組合繫筋可增進RC 柱的韌性，施 工簡便且施工品質容易控制，可以大幅提升鋼筋施工品質。

圖

3-13 組合繫筋示意圖

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3-14 大型鋼筋混凝土方柱試體

承受軸向載重時之情形

2. 耦合剪力牆系統之耐震設計 鋼筋混凝土耦合剪力牆是一種有效的耐震系統，但常常因為使用空間尺寸的限 制，剪力牆間的連接梁行為，會受到剪力控制，要維持良好的耐震機制，規範要求 當深短連接梁承受剪應力過大時，要設計對角線鋼筋，這樣的配筋在實務設計上非 常困難，進而降低施工品質。 本研究主要探討使用低降伏鋼連接梁之可行性，總共測試兩組試體，一組試體 使用對角線鋼筋之鋼筋混凝土連接梁，一組試體使用低降伏鋼連接梁，測試結果證 實使用低降伏鋼連接梁，在達到耐震要求上，具有很大的潛力，而耦合剪力牆設計 須考量整體系統的傳力機制，若使用傳統設計方式，去滿足個別桿件的強度需求， 可能會造成不預期的破壞模式。

圖

3-15 使用低降伏鋼連接梁試

體測試後照片

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3-16 使用鋼筋混凝土連接梁

試體測試後照片

(四) 中高樓層耐震性能提升之研究 1. 既有非韌性配筋柱補強設計 國內有許多屋齡超過20 年、樓高 7 樓以上、未滿 50 公尺之老舊鋼筋混凝土結 構大樓，一般僅採非韌性配筋，可能有橫向鋼筋配置不足，造成混凝土圍束效果不 佳、剪力強度較低之問題，但是這類大樓在低樓層之柱所受軸力通常較高，抵抗地

第三章 實驗中心歷年營運績效評估 (1) 擴柱補強設計：此研究研擬適用中高樓層 RC 建築柱之 RC 擴柱補強 方法，並設計補強試體，設計經驗顯示，大樓擴柱補強之設計，若擴 柱後柱之設計軸力不超過0.3 f cAg，則可按現行規範設計，否則建議 採用新版規範草案設計其橫向鋼筋。此研究提出於斷面角隅間進行繫 筋植筋，繫筋所勾繞的主筋採與角隅補強主筋同號數，惟不連續進上 下樓層，僅停留於該樓層之補強部分內，施工過程顯示所提補強細節 無執行上之困難。反覆載重試驗結果顯示，所提出補強細節可有效提 升柱耐震韌性。

圖

3-17 所提出補強細節之設計圖

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3-18 破壞情形

(2) 包覆鋼板補強設計：此研究進行高軸力作用下之鋼筋混凝土柱試體撓 曲行為試驗，包含1 座非韌性配筋設計試體，及 2 座鋼板補強試體(不 配置化學錨栓)。實驗結果發現包覆鋼板補強確實可有效提升 RC 柱之 撓曲韌性。 2. CFB 柱系統耐震性能提升之研究

近年來使用填充混凝土箱型鋼柱(concrete-filled box column，簡稱 CFB 柱)之建 案比例日益增加，常使用在中高樓層及高樓建築中，樓層數越高，所採用之混凝土 強度也越高。國內規範對CFB 柱僅規定寬厚比限制。

許多文獻顯示軸力大小會影響構件耐震性能，然而國內規範對CFB 柱之規定 並未反映此影響因素。此研究完成10 支填充型箱型鋼柱之反覆載重撓曲試驗，皆 承受介於0~50%軸向標稱強度之軸力。根據試驗結果，建議在軸力比介於 25~31% 時，寬厚比上限修正為32，而在軸力比大於 31%時，需要更多研究來確認寬厚比上 限。

圖

3-19 含軸力之撓曲行為試驗裝置

(2) CFB 柱中混凝土圍束之機制 CFB 柱內混凝土之圍束效果會影響構件耐震性能，此研究利用 CFB 短柱軸壓 試驗結果，搭配有線元素分析軟體進行試驗過程中試體受壓行為之模擬。經由與試 驗結果相比對確認分析模型具有良好之準確性，並探討填充型箱型柱中混凝土圍束 的機制。成果已發表SCI 論文，除介紹 CFB 柱內混凝土圍束機制外，也提醒研究 人員避免對於混凝土行為模擬的常見錯誤方法。此外，目前鋼結構設計規範修正草 案也納入此研究對於混凝土圍束機制的介紹。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖

3-20 水平拱效應示意圖

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3-21 垂直拱效應示意圖

(3) 低軸力作用下 CFB 柱撓曲韌性行為 根據試驗結果，符合規範規定的情況下，方形斷面CFB 柱構件具有足夠之耐 震韌性。而矩形斷面CFB 柱構件，則需要長邊寬度與短邊寬度之比值(簡稱長寬比) 小於1.39，始具有足夠之耐震韌性。 (五) 混凝土與鋼材表面被覆材及塗裝系統耐久性能研究 台灣四面環海，許多沿海鋼筋混凝土或鋼構建築物飽受鹽害影響，隨使用時間 增長而其結構安全性與使用性逐年下降。然而，表面被覆材之設計並無法與建築物 所處環境之腐蝕潛勢進行連結，因此客觀之合理性評估或設計方法非常缺乏。其主 要原因為國內並無混凝土或鋼材之表面被覆材耐久性能評估準則，且多數研究採加 速耐候實驗以了解表面被覆材之性能，然而若無法將其性能以實際現地環境表示 時，則無法應用於建築之維護管理或設計。因此，如何建構混凝土或鋼材之表面被 覆材耐久性能量化方法，並考慮環境劣化因子以進行符合使用性能需求之最適設計 等，已成為台灣永續建築之一大課題。 材料實驗中心以鋼材與混凝土表面被覆材為標的，規劃材料試驗中心進行加速 耐候實驗與現地曝曬實驗之試驗標的與量測項目，藉由水泥砂漿及鋼材為基材之具 表面被覆材試體，進行加速耐候實驗，以探討常用表面被覆材之耐候或防蝕性能曲

線，並做為未來與現地曝曬實驗之比對。

圖

3-22 鋼材試片

圖

3-23 水泥砂漿試片

圖

3-24 試驗後色差計量測

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3-25 試驗後光澤計量測

第二節

完成戶外曝曬實驗場與記錄站之建置

本所已於材料實驗中心場地完成曝曬實驗場之建置。本所場地不同於其他曝 曬場，位於北部都會區，為人口集中之區域，所得之實驗資料，可反應實際環境 情況。未來擬充分規劃利用本所曝曬實驗場，建立建築常用材料（如碳鋼、鋁、混 凝土等）之北部都會區大氣腐蝕資料，以長期維持建築物服務品質與水準，減少修 繕頻率，並建置多參數氣象觀測與記錄站與建立現地曝曬場歷史逐時氣象資料 庫，提供民眾參考應用。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖

3-26 多參數氣象觀測與記錄站及曝曬架

第三節

完成實驗研究成果提供規範與標準之修訂

(一) 規範修訂 1. 混凝土結構設計規範(本所 103 年 10 月 1 日建研工字第 1030007784 號函送營建署修訂第15 章) 2. 鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說(本所 103 年 10 月 1 日建研工字 第1030007746 號函送營建署修訂第 9 章) 3. 鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說(本所 104 年 3 月 30 日建研工字 第1040002714 號函送營建署修訂第 4 章) 4. 鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說(本所 105 年 3 月 30 日建研工字 第1050002947 號函送營建署修訂第 9 章) 5. 鋼結構極限設計法規範與解說(本所 105 年 3 月 30 日建研工字第 1050002947 號函送營建署修訂第 9 章) 6. 混凝土結構設計規範(本所 105 年 3 月 30 日建研工字第 1050002939 號函送營建署修訂第15 章) 7. 木構造建築物設計及施工技術規範(本所 105 年 11 月 25 日建研工字第 1050009954 號函送營建署修訂第 1、2、3、4、7 及 8 章) 8. 建築物耐震設計規範及解說(本所 105 年 12 月 2 日建研工字第

1050010136 號函送營建署修訂第 1 章) 9. 鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說(本所 106 年 1 月 26 日建研工字 第1060001167 號函送營建署修訂第 9 章) 10. 鋼結構極限設計法規範與解說(本所 106 年 1 月 26 日建研工字第 1060001167 號函送營建署修訂第 9 章) 11. 混凝土結構設計規範及解說(本所 107 年 1 月 30 日建研工字第 1070001378 號函送營建署修訂第 5 章) (二) 標準制修訂 1. 增訂「混凝土中未塗布鋼筋之脈衝腐蝕電流密度試驗法」：近年建築 物耐震能力與耐久性問題近受重視，其中鋼筋腐蝕诶重要因子。然目 前國內並無建立混凝土中鋼筋腐蝕速率量測標準，造成試驗方法各異 且量測結果無法相互比較，難以做為耐震及耐久性評估依據。本標準 規定混凝土中內埋鋼筋之腐蝕電流密度試驗法，係利用施加脈衝電流 於鋼筋，再根據電位反應來計算腐蝕電流密度，可進而推算腐蝕速 率，判斷鋼筋局部區域的腐蝕狀態。本標準適用於混凝土中未塗布之 鋼筋，塗封鋼筋與熱浸鍍鋅鋼筋不在本標準考慮範圍之內。「混凝土 中未塗布鋼筋之脈衝腐蝕電流密度試驗法」增訂建議書已於103 年 5 月19 日函送經濟部標準檢驗局納入審查。 2. 修正 CNS 14795 混凝土抗氯離子穿透能力試驗法：目前綠建材標章已 將添加再生材料（回收高爐爐碴粉、飛灰及再生粒料等）佔總重量50% 以上的綠混凝土，列入再生綠建材評定基準表，並將混凝土抗氯離子 穿透能力試驗法的氯離子滲透電量結果應小於2000 庫倫之要求列入 認證。而CNS 14795 自民國 93 年 1 月 9 日公布後，已逾 10 年未修正， 因此對CNS 14795 混凝土抗氯離子穿透能力試驗法，是否適用於高用 量飛灰與高爐石粉添加於混凝土，實有其必要配合國內外相關研究資 料或國外標準組織發布最新方法進行修正。本研究成果提出「CNS 14795 混凝土抗氯離子穿透能力試驗法」修訂建議書，於 104 年 3 月

第三章 實驗中心歷年營運績效評估 11 日函知本所，其修訂案已經國家標準審查委員會第 7 次會議決議通 過受理，本所將持續配合於國家標準修訂程序後續作業。 3. 增訂「瓷磚用無機接著劑」、「瓷磚用無機接著劑試驗方法」、「瓷磚用 填縫劑」及「瓷磚用填縫劑試驗方法」：於105 年 9 月 12 日函送經濟 部標準檢驗局納入審查。

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3-27 穿透深度 1 cm 至 5 cm 切片磨粉取樣示意圖

第四節

研發專利之取得

材料實驗中心相關研究成果取得「填充型鋼管混凝土梁柱的接頭結構(102 年發 明第I493092 號)」及「應用於直立柱與開口間牆段的鋼筋配置(104 年發明第 I563149 號)」2 項發明專利，專利數量僅次於防火實驗中心。 (一) 「填充型鋼管混凝土梁柱的接頭結構」發明專利 臺灣地狹人稠，建物愈蓋愈高，且位於環太平洋地震帶，旺盛的地震活動考驗 著人們的居住安全，為確保建物基礎穩固，本所積極研發創新的耐震技術與工法， 成功研發以梁翼板貫入梁柱接頭的簡單且方便接合型式，並已取得「填充型鋼管混 凝土梁柱的接頭結構」發明專利，有效提高高層建物施工可行性。

圖

3-28 創新鋼管混凝土柱雙向梁

柱接頭示意圖

圖

3-29 使用本專利鋼管混凝土柱

接頭試體最終破壞之情形

(二)

「應用於直立柱與開口間牆段的鋼筋配置」發明專利

一樓的耐震力不夠，就有可能成為建築「軟腳蝦」！特別是臺灣許多地區常見 的沿街店鋪住宅，在一樓沿街方向的牆面有大量開口，當地震來臨時，就有可能產 生「軟腳蝦」式的軟弱層破壞，造成建築倒塌與人員之傷亡。本所為解決此問題， 研發出對角配筋牆的配置方法，抗震力是傳統配筋牆1.7 倍，並獲耐震專利，可保 障國人居住安全。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估 2-60 mm dia. PVC pipe 10-D22 4-D22 10-D22 5-D19 2-70mm dia. PVC pipe 2-D19 2-D13 Hoops and 2-D13 Ties at 150 mm 5-D19 1-D13 Hoops and 2-D13 Ties at 150 mm Vertical Reinforcement: D10 at 200 mm at both face 1600 Horizontal Reinforcement: D10 at 200 mm at both face 900 3250 3100 5000 75 0 2500 11 00 1400 75 0

Two D16 reinforcing bars placed on top and bottom of the opening and extended at least 600 mm

5800 500 400 400 500 300 1200 10-D22 5-D19 600 2-60 mm dia. PVC pipe 310 Horizontal Reinforcement: D10 at 100 mm at both face 2-D13 Hoops and 2-D13 Ties at 150 mm 580 5-D19 Vertical Reinforcement: D10 at 150 mm at both face 2-70mm dia. PVC pipe 2-D19 10-D22 300 4-D22 1-D13 Hoops and 2-D13 Ties at 150 mm 560 3-D29 diagonal bar per direction at 26.6 with the vertical

3250

Two D16 reinforcing bars placed on top and bottom of the opening and extended at least 600 mm

Reinforcing bar couplers 230 Reinforcing bar couplers 200 5000 750 350 2500 360 11 00 14 00 750 5800 500 400 400 500 300 1200 1600 900 3100 190

 傳統配筋牆

 創新配筋牆

圖

3-30 新型耐震專利巧妙利用對角鋼筋配置提升耐震力

 傳統配筋牆

 創新配筋牆

圖

3-31 試驗結果顯示創新配筋牆之破壞較輕微

第五節

委託檢測服務執行績效

材料實驗中心依規費法制訂之收費辦法提供檢測服務。在不與民爭利原則 下，受理其他實驗室無能量測試，支援業界檢測需求，材料實驗中心成立迄今完成 221 件檢測服務。

表

3-1 歷年檢測統計

年度 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108(至 6月底) 收入(千 元) 1222 3294 4866 6379 6170 4687 3424 2955 3430 5562 3044 挫屈束制斜撐(BRB)性能測試 (81%) 鋼結構銲道穿 透式梁柱接合 工法驗證試驗 (1%) 拉桿抗拉試驗(1%) 短柱試體抗壓 試驗(1%) 其他(1%) 阻尼器性能 試驗(4%) 反力牆強力地板 設備使用(1%) 氙弧燈式耐候 試驗(10%)

圖

3-32 98年迄今檢測項目分類統計

第六節

舉辦研討會推廣研究成果

自2012 年起，材料實驗中心每 2 年在材料實驗中心 4 樓演講廳舉辦 1 次建築 結構創新技術研討會，除介紹耐震及材料相關研究成果供業界使用外，同時以海報 展覽方式加強推廣效果，並展示實驗室設備能量，增加業務接洽之可能性，至今總 計舉辦過3 場，每次皆座無虛席，並獲得許多業界人士之贊同與鼓勵。

第四章 實驗產能創生計畫

第四章

實驗產能創生計畫

第一節

營運現況與問題分析

(一) 歷年歲入統計：

表

4-1 歷年歲入統計(單位：萬元)

年 度 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 (截至6月 底) 收 入 122.2 329.4 486.6 637.9 617.0 468.7 342.4 295.5 343.0 556.2 304.4 0 100 200 300 400 500 600 700 單位 ： 萬 元 年度

材料實驗中心歷年歲入統計

圖

4-1 歷年歲入分布圖

(二) 歲入減少原因分析： 主力試驗項目「挫屈束制斜撐性能試驗」，自100 年 7 月 1 日「建築物耐

震設計規範」修正後，「挫屈束制斜撐」多被認定為鋼構「斜撐」，而非「消 能元件」，致該試驗項目不具強制性之法源。船舶防火構造規則於 104 年 9 月 1 日修訂，刪除 FRP 船舶船殼風化試驗規定，致氙弧燈加速劣化試驗需求大 減。檢測服務案件量多寡易受營建等產業景氣榮枯變動，以及建案結構設計理 念等影響，致歲入呈現周期性波動變化。目前所有檢測服務項目，均非屬法定 強制實施之試驗項目，且多為經雙方議定之客製化試驗項目，重複性不高。 (三) 因應歲入減少對策： 配合研究案之執行，已於105 年 12 月 2 日以本所建研工字第 1050010136 號函，將研提建築物耐震設計規範與解說之 BRB 試驗相關條文修正草案函送 營建署。本所於108 年 3 月 20 日召開研商「建築物耐震設計規範及解說」第 1 章部分條文修正草案會議(附錄 1)，邀集營建署及耐震規範審查委員協調耐震 規範增訂 BRB 試驗規定之內容妥適性，已依會議討論內容修改耐震規範修正 草案並交予營建署。營建署於108 年 9 月 11 日召開研商「建築物耐震設計規範 及解說」修正草案第 6 次會議，其中案由四：第 1 章部分條文修正及新增附錄 C 草案內容，係本所建議將「挫屈束制斜撐構件性能試驗」納入規範規定之提 案。本次會議決議：第1 章部分條文修正及新增附錄 C 草案內容依與會委員意 見修正後通過，併同第8 章進行後續法制化作業。 同業結盟：橫向聯繫同類型實驗室，以尋求需較大試驗機能量之實驗轉 介。其他實驗室因考量其試驗機能量不足，轉介本中心協助，業於 107 年 1 月 首次辦理大型滑輪(直徑 2.3 公尺)拉力強度之測試。

圖

4-2 大型滑輪(直徑2.3公尺)拉力強度之測試

第四章 實驗產能創生計畫 異業結盟：縱向聯繫非同質或同質性之工程顧問公司及研究機構等，以 提高承接更多元類型試驗之可行性。經結合國家地震工程研究中心，於 107 年 5 月 28 日起至 6 月 22 日止，成功協助日本東京工業大學建築系竹内 徹教授教 授及九州工業株式會社，執行屋頂桁條系統開發驗證客製化試驗。

圖

4-3 日本東工大屋頂桁條系統開發驗證試驗

研訂阻尼器及 BRB 之試驗標準，將國際試驗規範轉化為本土性之國家標 準(CNS)，俾供國內技術法規修訂之引用，同時將相關試驗方法納入法規規 定，以穩定試驗收入。107 年度業辦理「建築物消能元件等構件性能試驗標準 之研究」委託研究案，將研提阻尼器及BRB 試驗之國家標準(CNS)增訂草案， 屆時除可供本中心申辦TAF 增項認證使用外，亦可納為建築物耐震設計或相關 規範修訂之引用。 近2 年同仁採以「同業結盟」及「異業結盟」等方式，並積極拓展建築及 非建築等領域之檢測項目，歲入雖自 103 年度起逐年減少，105 年到達谷底， 惟自106 年起已逐步明顯好轉，107 年度歲入已達 556.2 萬元。 材料實驗中心於 98 年啟用，建置包含大型力學實驗室、耐久耐候實驗 室、非破壞檢測實驗室、耐化學實驗室、電子顯微鏡室及耐蝕防蝕實驗室等， 設立目的為強化與支援國內建築構造及材料研究之發展，針對大尺寸建築構件 之力學性能、材料之耐候性能及材料微觀分析等技術，提供研究、研發與檢測 實驗服務，協助內政部主管建築法規及技術規範修訂所需本土性之實驗研究， 支援業界及學界於建築新技術、新工法及新材料認可之驗證。 材料實驗中心為財團法人全國認證基金會(TAF)認證通過及國際實驗認證 聯盟(ILAC-MRA)實驗室組合標記轉授權實驗，並已取得 3 項實驗方法之認

證，相關研究成果提供國家標準之制(修)訂參採者計有 6 項，協助提供相關技 術規範制(修)訂共計有 11 項，包括修訂混凝土結構設計規範、鋼骨鋼筋混凝土 構造設計規範與解說、鋼結構極限設計法規範與解說、木構造建築物設計及施 工技術規範及建築物耐震設計規範及解說，申請通過我國發明專利共計 2 件， 包含「填充型鋼管混凝土梁柱的接頭結構」及「應用於直立柱與開口間牆段的 鋼筋配置」。自98 年啟用至 107 年年底，累計執行 229 件檢測服務，包括挫屈 束制斜撐性能試驗、鋼結構銲道穿透式梁柱接合工法驗證試驗、拉桿抗拉試 驗、短柱試體抗壓試驗、大尺寸滑輪抗拉試驗、阻尼器性能試驗、地震力分散 裝置性能試驗、大尺寸桁條系統力學試驗、軸力作用下側向反覆載重試驗、多 層多跨構架試驗、氙弧燈式耐候試驗及鹽霧試驗機耐候加速試驗等，對國內大 型力學及建築材料研發驗證、促進產業升級有極大助力，累計總收入為 4,203 萬6,100 元。 (四) 人力現況： 材料實驗中心人力含編制、約聘及派遣人員共計9 員，以學歷區分具有博 士 3 員、碩士 5 員、高中學歷 1 員；以職務區分研究員級 1 人，副研究員級 1 人，助理研究員級1 人，研究助理級 2 人，助理級 4 人，材料實驗中心實驗研 究及檢測業務涉及結構構件、建築材料、毒化物檢測分析及危險性機械操作等 專業領域，每年進行本所建築材料與建築結構實驗研究及受理民間委託檢測業 務，並負責建築環境、建築設備、大型力學實驗館、材料實驗室及儀器設備之 日常維護、承辦相關計畫案，尤其在挫屈束制斜撐性能試驗及阻尼器風力引致 疲勞試驗部分，常需同仁中午及夜間加班，方能順利達成檢測任務，以現有人 力，確有所不足以負荷，本實驗中心人員組成如表4-2 所示。 材料實驗中心自成立以來開始皆有進用一般替代役及研發替代役，歷年 一般替代役在協助實驗研究、檢測業務、環境維護、行政作業及臨時性櫃台門 禁管制等工作，有莫大助益。為配合政府兵役制度變革，材料實驗中心之替代 役將於今(108)年退場，替代役協助之勤務目前概分為實驗類、環境類、行政 類工作等3 大項，考量維持日後營運，已研擬因應方式如第 4.2.1 節人力精進策 略可行性評估說明，以滿足未來無替代役服役之各類工作需求。 另一方面因材料實驗中心研發替代役佔全部成員將近一半，研發替代役 (目前任期 3 年)退伍與新進都需要辦理業務交接，短則 3 個月，長則半年，而 83 年以後出生的役男已無法選擇一般替代役及研發替代役，故未來成員將因找

第四章 實驗產能創生計畫

表

4-2 材料實驗中心人員組成

職稱 實驗室人員 實驗中心主任 陶其駿 品質主管 黃國倫 大型力學實驗室技術主管 黃國倫 材料實驗室技術主管 李台光 大型力學實驗室現場管理 蘇清波 實驗中心修繕管理 周楷峻 檢測技術(行政)人員 蘇清波、李育帆(108 年退伍)、黃 柏嘉(108 年退伍)、陳宜翔(109 年 退伍)、范仲棋(110 年退伍)

第二節

人力、實驗研究與檢測服務精進策略

4.2.1 人力精進策略可行性評估

(一) 評估國震中心「協力實驗室」模式可行性 評估國家地震工程研究中心與成功大學之合作模式，以「協力實驗室」， 尋求結構試驗部分技術人力之支援，以穩定試驗服務之人力能量，擴大協助執 行科技部研究計畫之設備需求。 (二) 駐點實驗中心之人力 配合委託辦理、補助或其他形式之計畫案，將駐點實驗中心之人力，納 入計畫執行範疇，以彈性增加實驗人力配置。 (三) 實驗室替代役退役，人力缺口改善 材料實驗中心因應國家兵役政策改變，致核定之替代役役男「員額數不 足」，造成實驗中心人力不足與工作銜接不易，大型試體拆裝作業，委外由專 業廠商進行勞務承攬，減少內部人力需求及提升營運效率，並依照表4-3「替代 役協勤工作內容分析與因應對策表」規劃，屬實驗類、行政類、輔助性工作由 同仁執行，另環境類擬委外勞務承攬方式辦理，以及房舍油漆協勤工作，改為 勞務承攬。 (四) 檢測流程標準化與資料分析程式化

材料實驗中心已依替代役男協勤部分實驗之項目，完成簡化版實驗標準 操作手冊，及多媒體訓練教材，讓後續實際工作人員可以儘速進入狀況，避免 失誤之情況發生。在實驗資料分析部分，亦利用文書處理軟體製作分析範本， 讓人員可以明瞭分析輸入參數、數據或輸出資料之意義，只要依照內容指示修 正部分資料，程式即可自動運算結果，避免分析過程或分析結果有誤。

表

4-3 替代役協勤工作內容分析與因應對策表

名稱 工作內容 工作 時間 工作人數 執行頻率 因應方式 實驗類 BRB 性能 試驗 1. 架設固定式照相機記錄 BRB 試體安裝過程、試驗過程、 試體拆卸過程。 2. 擺 設 安 全 錐 、 座 椅 及 安 全 帽。 3. 架設經緯儀測量試體變形並 回報控制室操作人員。 4. 測試完將經緯儀、相機、座 椅、安全帽歸位。 5. BRB 試體運離後，清掃實驗 場地、工具復歸原位。 4 小時 以上 2~3 人 1~4 次/月 研發替代役 與正職同仁 執行 BRB 彈性 性能試驗 1. 架設固定式照相機記錄 BRB 試體安裝過程、試驗過程、 試體拆卸過程。 2. 擺 設 安 全 錐 、 座 椅 及 安 全 帽。 3. 架設經緯儀測量試體變形並 回報控制室操作人員。 4. 測試完將經緯儀、相機、座 椅、安全帽歸位。 5. BRB 試體運離後，清掃實驗 場地、工具復歸原位。 4 小時 以上 2~3 人 1~4 次/月 研發替代役 與正職同仁 執行

第四章 實驗產能創生計畫 氙弧燈加速 劣化試驗 1. 將試體安裝於試驗架上。 2. 試驗中持續補充去離子水， 週期為一周兩次。 3. 每月更換冰水主機冰水管線 之濾心。 4. 每周一次清潔周邊環境。 5. 試驗依據廠商指定之累積時 數，並停機取出試驗架。 6. 試驗後清洗儀器內部汙垢。 2 至 4 小時 1~2 人 研發替代役 與正職同仁 執行 鹽霧加速試 驗機 1. 廠商試體交付後，將試體架 設於試驗架上。 2. 每月需更換冰水主機冰水管 線之濾心。 3. 於每周一次清潔周邊環境。 4. 試驗依據廠商決定之累積時 數，並停機取出試驗架。 5. 試 驗 結 束 清 洗 儀 器 內 部 汙 垢。 2 至 4 小時 1~2 人 研發替代役 與正職同仁 執行 環境類 早上外掃 1. 車道清潔 2. 大門前開放空間清潔 30 分 全部替代 役 清潔勞務承 攬 早上 1. 樓梯間清掃 2. 地下室清掃 3. 戶外草地陰井及戶外陽台清掃 4. 貓道 2 樓至 4 樓清潔 5. 1F、3F、4F 廁所清潔 6. 公共藝術品表面清洗 1 至 3 小時 2 人以上 清潔勞務承 攬 下午 1. 屋頂淤泥清掃(含排水溝) 2. 3F、4F 茶水間清潔 3. 1F、3F、4F 飲水機擦拭 4. M301、M303 實驗桌清潔 5. 隔震層清掃 6. 停車場上下截水溝清理 7. 南側空地清掃 1 至 3 小時 2 人以上 清潔勞務承 攬

8. 西側停車場清掃 9. 沿水源快速道路側人行道清掃 力學大樓 關門 1. 協助巡視並關閉力學大樓各鐵 捲門 10 分 1 人 研發替代役 與正職同仁 執行 登革熱 1. 巡視及清理地下室環境 2. 拍攝巡檢項目 3. 上網登錄巡檢表單 30 分 2 人 清潔勞務承 攬 行政類 力學大樓 1F 1. 接聽、轉接電話 2. 協助來賓需求及其他輔助 性勤務 7 小時 1 人 研發替代 役與正職 同仁執行 材料大樓 3F 1. 接聽、轉接電話、 2. 處理公文、寄送公文 3. 協助職員 7.5 小時 1 人 研發替代 役與正職 同仁執行 輔助性工作 漆油漆 1. 走廊及梯廳油漆 40 小時 3 人以上 勞務承攬 協助演講 廳營運庶 務 1. 搬桌子、椅子 2. 控制室操作 3. 拍照紀錄 4. 發送相關資料 5. 引導來賓 6. 協助場佈 8 小時 3 人以上 研發替代役 與正職同仁 執行 天然災害 預防及復 原 1. 防颱準備 2. 災後積水清理 3. 樹木傾倒清理 4~8 小時 3 人以上 第1 項研發 替代役與正 職同仁執行 2、3 項清 潔勞務承攬 拍照 1. 廠商施工 2. 廠商環境清潔 依廠商工 作時間而 定 1 人 研發替代役 與正職同仁 執行