中 華 大 學
碩 士 論 文
題目：中間支撐性能測試與改良設計之研究
系 所 別：土木與工程資訊學系碩士班 學號姓名：M09504026 葉 志 浩 指導教授：徐 增 興 博 士
中華民國 九十七 年 七 月
中 華 大 學
碩 士 論 文
題目：中間支撐性能測試與改良設計之研究
系 所 別：土木與工程資訊學系碩士班 學號姓名：M09504026 葉 志 浩 指導教授：徐 增 興 博 士
中華民國 九十七 年 七 月
摘 摘 摘
摘 要 要 要 要
本研究針對鋼結構配組中墜落防護設備（水平母索）之中間支撐探討
其破壞模式，以實驗與 ANSYS 模擬做比對。實驗分別以靜態實驗以及動 態墬落實驗兩大類；靜態實驗是將中間支撐固定於夾具上，利用水平母 索以水平方向施力，由實驗側向水平力達到 6000~7000N 之間時，支撐發 生破壞，其破壞模式為主體局部破壞、固定基座底部側板撕裂、主體局 部挫屈變形。而由有限元素分析，當施加拉力約到達 6500 N 時，最大應 力已超過 CNS-SS400 鋼材容許降伏應力值（2.45×108 N/m２），因此可知 經由數值模擬分析出來的應力值、破壞行為與實際試驗出來的數據相 符。動態實驗將中間支撐架設於鋼構上後進行砂袋墬落測試，讓砂袋自 由墜落模擬施工人員墜落情形，觀察中間支撐的變形與砂袋的墜落高 度，可以從此瞭解中間支撐架設動態與靜態測試時破壞模式的差異,同時 探討間距對中間支撐破壞模式的影響。再分別以兩種不同材質母索進行 實驗，觀察支撐的破壞模式，研究水平母索材質對中間支撐破壞模式的 影響。由此研究結果發現的中間支撐間距、繩索材質以及破壞模式之關 聯，可提供業界在使用中間支撐時之參考依據。
關鍵詞：中間支撐、動態墜落測試、破壞模式
Abstract
This research focuses on the failure modes of the intermediate supports of the fall prevention equipments (Horizontal Lifelines) The results experiments are compared with those of numerical simulations using ANSYS. Two kinds of experiments are performed, the static test and the dynamic drop test. The static test installed the intermediate support and applied a horizontal force. The force increased until the support failed. The results showed that the failure occurred when the force was between 6000 and 7000 N. The failure modes consist of local breaking on the main structure, tearing of the base plates, and local buckling of the main structure. The results of finite element analysis showed that the maximum stress reached yielding stress of the CNS-SS440 steel when the applied force was about 6500N which is comparable to the results obtained from experiments. The dynamic drop test installed two supports and the horizontal lifeline. An 85-kg sandbag was hooked on the lifeline and then dropped to simulate a falling incident. The results showed that the failure mode for static test is different from that in dynamic test sometimes. The effects of the span between supports and the materials of the lifelines on the failure modes were also investigated. The results of this research can provide insights for designing, retrofitting, and installing the intermediate supports.
Key Words: intermediate support, dynamic drop test, failure mode
誌 誌 誌
誌 謝 謝 謝 謝
承蒙恩師 徐增興博士兩年來於課業以及研究上的熱心指導與悉心教 誨，並不辭辛勞的給予正確的知識傳授，使學生能夠獨立思考的訓練以 及廣泛學習的機會，使本人之論文得以順利完成，僅此致上最誠摯的謝 意及敬意。
研究期間，承蒙行政院勞委會勞工安全衛生研究所張副研究員智奇、
台北科技大學文岳學長以及教誨過我之師長在求學過程中惠予協助，並 提供許多本文的指正與建議，使我受益良多。並感謝鎮華學長、傳國學 長、鐘凱學長、昭慶學長及郁傑、柏淵、勝富、瞻淇在課業與研究上所 給予的幫助，在此一併致謝。
最後由衷感謝最親愛的父母，謝謝多年的栽培，同時感謝思怡在我求 學期間的支持與鼓勵，使我能順利完成學業，僅將此成果與您們分享。
目 目
目 目 錄 錄 錄 錄
摘 要 ... i
Abstract... ii
誌 謝 ... iii
目 錄 ... iv
圖目錄 ... vi
表目錄 ... viii
第一章 緒論 ... 1
第一節 前言... 1
第二節 研究動機與目的 ... 1
第三節 研究方法與步驟 ... 5
第二章 文獻回顧... 7
第一節 文獻探討 ... 7
第二節 國內相關規範 ... 9
第三節 國外水平母索中間支撐使用規範... 10
第四節 災害案例分析探討 ... 13
第三章 研究方法... 24
第一節 有限元素法簡述 ... 24
第二節 ANSYS 分析處理作業流程 ... 25
第三節 有限元素法模型建立 ... 27
第四章 新式中間支撐有限元素模擬 ... 29
第一節 新式中間支撐設計構想 ... 29
第二節 有限元素法線性靜力分析 ... 31
第三節 有限元素法材料非線性分析... 36
第五章 新式中間支撐試驗... 40
第一節 靜態實驗與設備 ... 40
第二節 靜態實驗結果 ... 46
第三節 動態儀器設備與測試流程 ... 48
第四節 動態實驗結果 ... 51
第五節 水平母索及安全帶測試 ... 59
第六節 實驗結果與討論 ... 64
第五章 結論與建議... 69
第一節 結論... 69
第二節 建議... 70
參考文獻 ... 71
圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄
圖 1-1 營造業死亡職災之主要災害類型 ... 3
圖 1-2 營造業死亡災害媒介物 ... 3
圖 1-3 研究流程... 6
圖 2-1 影響墜落抑制系統功能之各項因素【6】 ... 7
圖 2-2 中間支撐安裝示意圖... 12
圖 2-3 美國中間支撐架設示意圖 ... 13
圖 3-1 有限元素法分析流程... 26
圖 3-2 SOLID92 元素模型圖... 27
圖 4-1 SK-80D 破壞示意圖... 29
圖 4-2 設計基礎... 30
圖 4-3 加上加勁板... 30
圖 4-4 設計構想圖... 31
圖 4-5 邊界條件示意圖... 32
圖 4-6 施加側向力 2,000 N 之變位圖 ... 32
圖 4-7 施加側向力 2,000 N 之應力圖 ... 33
圖 4-8 施加側向力 2,000 N 之應變圖 ... 33
圖 4-9 施力應力圖... 34
圖 4-10 施力應變圖... 35
圖 4-11 施力位移圖... 35
圖 4-12 鋼材料降伏強度與剪切模量參數 ... 36
圖 4-13 施加側向力 2,000 N 之變位圖 ... 37
圖 4-14 施加側向力 2,000 N 之應力圖 ... 37
圖 4-15 施加側向力 2,000 N 之應變圖 ... 38
圖 4-16 施力大小與應變對應圖 ... 39
圖 5-1 靜態實驗流程... 43
圖 5-2 油壓機吊掛大型反力牆上 ... 44
圖 5-3 中間支撐安裝後示意圖 ... 44
圖 5-4 實驗機具現場安裝示意圖(一) ... 45
圖 5-5 實驗機具現場安裝示意圖(二) ... 45
圖 5-6 架設完畢示意圖... 51
圖 5-7 綿索試驗後示意圖... 56
圖 5-8 水平母索抗拉強度測試設備，後方為量距布幔... 60
圖 5-9 直徑 14MM 棉繩索抗拉強度測試 ... 61
圖 5-10 直徑 12.93MM、拉伸強度至 75% ... 61
圖 6-1 鋼索受力後示意圖... 64
圖 6-2 容許高度墜落圖... 67
圖 6-3 墜落高度與公式比較... 67
圖 6-4 公式與實驗值之差距... 68
表目錄 表目錄 表目錄 表目錄
表 2-1 中間支撐安全母索安全評估層級說明 ... 11
表 2-2 日本假設協會認定標準 ... 11
表 2-3 日本設置間距與容許墜落高度公式 ... 12
表 4-1 模擬結果數據表... 34
表 5-1 靜態測試設備... 41
表 5-2 靜態測試數據... 46
表 5-3 中間支撐測試後比較圖 ... 47
表 5-4 動態實驗設備... 49
表 5-5 中間支撐動態流程表... 50
表 5-6 受力前後對照圖... 52
表 5-7 3M、5M、7M、10M Ø9MM(鋼索、尼龍繩)實驗數據... 54
表 5-8 模擬現地實測數據... 56
表 5-9 現地使用中間支撐(測試前) ... 57
表 5-10 現地使用中間支撐(測試後) ... 57
表 5-11 現地使用之中間支撐 3M Ø9MM(尼龍繩)實驗數據... 58
表 5-12 測試結果... 58
表 5-13 水平母索測試結果... 62
表 5-14 靜態載重顯示沙包重量為 87 公斤 ... 62
表 5-15 動態載重測試... 63
表 5-16 87 公斤沙包動態載重測試結果 ... 63
表 6-1 墜落試驗中間支撐示意圖 ... 64
第一章 第一章 第一章
第一章 緒論 緒論 緒論 緒論
第一節 第一節 第一節
第一節 前言 前言 前言 前言
營造業素有火車頭工業之譽，肩負著國家重大建設、繁榮經濟及造福 人群就業機會之神聖使命，為國家建設之基礎工業，一直扮演國家建設 之重要角色，其帶動其他相關產業之經濟發達，同時與國家經濟景氣興 盛及民生息息相關，所以無論在已開發國家或開發中國家，都佔有極重 要之產業地位。
然而勞工墜落職災案例時常發生，因為在施工場所常有許多不易讓人 注意的危機，作業者常不以為意，造成職災無法有效的控制；其中又以 勞工墜落最為嚴重。在鋼構組裝配置過程，因為廠商無意願設置價格較 高的中間支撐，所以常以其他物品如角鋼、圓鋼管替代，因其強度達不 到要求，無法發揮效用。但因國內沒有明確的規範，導致一再發生墜落 的問題；相較於其他先進國家的規範，國內仍然有很多改善的空間，且 需國家配合訂定出一套明確的規範要求施工單位，才能降低職災的發 生。
近年來勞委會及政府各部門雖大力倡導施工安全，而營造災害也有逐 年下降之趨勢，但營造業之職業災害仍為各業之冠，故營造業職災之預 防及研究工作仍需持續進行。
第二節 第二節 第二節
第二節 研究動機與目的 研究動機與目的 研究動機與目的 研究動機與目的
近年來建築業景氣復甦，為防止趕工而發生職業災害，營造業應加強
「墜落滾落」災害之防止工作，以保護勞工生命安全。去（95）年營造 業死亡人數雖自 199 人降至 187 人，惟建築工程死亡人數卻自 75 人攀升
至 108 人，其最常見之災害類型為「墜落滾落」，共計有 78 人死亡，佔 72.2％，而最常發生「墜落滾落」之處以「開口部分」31 人最多，佔 41.3％，「施工架」上之墜落為 29 人居次，佔 37.2％，第三則為「屋 頂」作業 10 人，佔 12.8％，三者合計 70 人，佔「墜落滾落」之死亡人 數 89.7％，佔相當大的比例乃因未有效的防護措施導致於災害的發生
【1】。意外的發生除了未設置安全設施，另外則是沒有確實依照規定設 置。如安全母索，雖多數工地設有安全母索但未依規定設置中間支撐或 是以其他東西來代替中間支撐，表面上看起來很安全，但是事實上只是 造成施工環境上安全的假象。
根據行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所指出，近三年來營造業 勞工之死亡千人率約為 0.21，較諸全產業之 0.077 及製造業之 0.07 高 出約三倍，遠高於其他先進國家，我國全產業職業災害概略分成營造業 及製造業災害，災害類別以墜落、倒塌、感電、飛落為主。由近十年國 內全產業職業災害調查資料發覺，營造業每年平均死亡人數約三百人，
而死亡千人率營造業約為製造業三倍半，職業災害事件為製造業的兩倍 左右；與歐美先進國家比較，我國營造業死亡千人率約為英國約為三倍
【1】。意外災害如此高的發生率，如何從其中降低災害發生，避免勞工 罹災，以減少社會問題的發生是值得關注的。所以本研究設計一款新式 中間支撐以提供日後製造上的規範及測試標準之參考與依據。
行政院勞工委員會勞工安全研究所九十五年營造業職業災害統計(如 下圖 1-1、1-2 所示)【1】：
營造業死亡職災之主要災害類型
墜落 62%
倒塌崩塌 12%
感電 8%
其他
18% 墜落
倒塌崩塌 感電 其他
圖 1-1 營造業死亡職災之主要災害類型
營造業死亡災害媒介物
施工架 16%
開口部分 15%
屋頂 營建物 12%
11%
車輛機械 8%
其他 38%
施工架 開口部分 屋頂 營建物 車輛機械 其他
圖 1-2 營造業死亡災害媒介物
1.墜落原因分析
重大職災案例中造成墜落之原因，可區分為以下三類：
(一) 人為因素：包括施工人員個人因素，未配戴安全帽、安全母索 未依標準施工程序等，就管理者層面而言，未盡到安全管理方面 即未達到監督的責任，導致人員墜落之根本因素。
(二) 材料因素：由於許多營造廠商施工時，常以替代品代替中間支 撐(如角鋼，角材之類)未經過力學評估或強度測試，或是安全設 備固定不良、老舊或甚至強度不足。
(三) 環境因素：因為在施工環境下，許多看似安全但其實存在墜落 的風險，由於安全防護措施未依標準設置，導致職災發生。
2、個人墜落防護系統
係指用以防止勞工自工作面墜落系統。一旦勞工發生墜落，此裝置 能及時制止下墜，一般包括錨錠裝置、聯結器及腰負式或背負式安全 帶，另為工作之故亦可能增加水平安全母索、中間支撐，此裝置一般處 於鬆弛狀態，發生墜落時才發揮作用；同時限制下墜高度不超過 1.8 公 尺，由於對人體產生的衝擊力較大，在美國此種系統已不准使用腰負式 安全帶。
第三節 第三節 第三節
第三節 研究方法與步驟 研究方法與步驟 研究方法與步驟 研究方法與步驟
本研究除進行職災案例探討及中間支撐之力學分析外，同時也進行 設計新式中間支撐，以有限元素分析模擬(ANSYS)及實驗的方式，針對新 式水平母索中間支撐的實用性、方便性及強度這方面進行性能測試。研 究步驟流程圖如圖 1-1 所示，研究步驟簡述如下：
1.蒐集整理國內相關鋼構組配墜落防護之相關規定
深入了解現行規範對於水平母索及中間支撐的要求，並加以評估其安 全性。
2.參考國外相關文獻與法規
參考國外(日本)訂定之中間支撐測試標準規範，對設計之中間支撐進 行實驗及力學分析，以驗證其安全性及可行性。
3.探討新式中間支撐之性能
針對新型中間支撐進行電腦分析，確認新式中間支撐之強度及可靠 度，結果並與相關基準及規範要求加以比較。
4.新式中間支撐測試設備需求規劃
針對新式中間支撐規劃實驗設備與研究架設方式。
5.性能測試與改良設計
對中間支撐做性能實驗並進行設計與改善其實用性。
6.中間支撐標準規範及測試規範之研擬及建議
利用以上分析及比較結果為依據，對我國中間支撐標準規範提出建 議、並利用研究結果對測試規範提出研擬。
蒐集水平母索中間支撐研究 蒐集水平母索中間支撐研究 蒐集水平母索中間支撐研究 蒐集水平母索中間支撐研究 資料及案例探討
資料及案例探討 資料及案例探討 資料及案例探討
中間支撐現地調查 中間支撐現地調查 中間支撐現地調查 中間支撐現地調查
設計新式中間支撐 設計新式中間支撐設計新式中間支撐 設計新式中間支撐 整合國內外中間支撐
整合國內外中間支撐 整合國內外中間支撐 整合國內外中間支撐 法規資料與文獻 法規資料與文獻 法規資料與文獻 法規資料與文獻
新式中間支撐有限 新式中間支撐有限 新式中間支撐有限 新式中間支撐有限 元素法模擬
元素法模擬 元素法模擬 元素法模擬
新式中間支撐靜態 新式中間支撐靜態 新式中間支撐靜態 新式中間支撐靜態 載重測試載重測試
載重測試載重測試
新式中間支撐設計 新式中間支撐設計 新式中間支撐設計 新式中間支撐設計 改良改良
改良改良
新式中間支撐動態 新式中間支撐動態 新式中間支撐動態 新式中間支撐動態 載重測試
載重測試 載重測試 載重測試
結論與建議 結論與建議 結論與建議 結論與建議
研究流程圖：
圖 1-3 研究流程
第二章 第二章 第二章
第二章 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧
第一節 第一節 第一節
第一節 文獻 文獻 文獻 文獻探討 探討 探討 探討
英國安全衛生署的研究報告（Riches 【5】）中提出，如果僅從表 面上看，由架設在中間支撐上的水平母索構成的墜落抑制設施結構非常 簡單，但實際上影響其功能的因素眾多，Sulowski 與 Miura 【6】 以圖 2-1 表示各因素間錯縱複雜的關係。除張智奇【7】針對中間支撐進行研 究，對中間支撐的力學性質與行為有了更深入的了解之外，其他的研究 多以整個墜落抑制設施為研究對象，且重點放在母索所受的力量。但因 母索所受力量會影響中間支撐的性能，因此也不能忽視這些文獻的重要 性。
圖 2-1 影響墜落抑制系統功能之各項因素【6】
在 1977 年，Steinburg【8】以靜力分析方式，發現當衝擊（墜落時安 全帶吊掛處）在母索中點時，母索所受的力量最大。此外，Steinburg 也指出，如果有兩個或兩個以上人員吊掛在同一條母索上，母索所受的 力為只有一人吊掛時所受力量乘以人數。Riches【5】的報告提到法國的 靜態分析研究中【9】 發現，就一間距 10 公尺受 2 kN 預力的母索，如 果在母索中點施 6 kN 的衝擊力，會在錨定處產生 30 kN 的力量，因此 對於錨定處的強度須特別注意。小林勝教與森宜制【10】的墜落實驗研 究發現母索的預力、材質等會影響墜落發生時母索受到的張力以及墜落 高度，在報告中同時也提出使用鋼索或尼龍索為母索時，母索所受張力 的經驗公式。Sulowski 與 Miura 【6】的研究則有以下結論：
• 間距越大，墜落者所受的力量越小，但墜落距離越大。
• 水平母索的預力越大，錨錠處所受的力越大，墜落距離也越大。
• 與人造纖維母索比較，使用鋼索母索會在錨錠處產生較大的力量，
墜落者所受的力量也較大，但是墜落距離較小。
• 墜落發生在間距中點時，錨錠處受力最大，墜落者所受的力也最 大。
在 1989 年，Dayawansa 等人【11】以靜態測試方式對母索進行強度與 勁度的研究，發現在重覆受力情況下，母索的勁度會漸漸增加，進而影 響墜落抑制系統的性能。Monk【12】於 1990 年的研究則指出水平母索受 縱向力時（例如墜落發生時），母索的張力強度與母索直接受張力時之 張力強度有相當大的差異。而 Dayawansa 與 Ralph 沿續 Dayawansa 等人
【12】的研究，於 1996 年進行了 68 次墜落實驗（Dayawansa 與 Ralph
【13】），並於 1997 年（Dayawansa 與 Ralph 【14】）驗證每次發生 墜落後必須更換水平母索的必要性。墜落現象是一個動態事件，母索張
力、墜落高度、以及錨定處所受力量都隨時間改變，其複雜程度無法只 用靜態分析處理。Yu【15】於 2003 利用一個非線性彈簧模擬墜落期間 水平母索的行為，使用數值積分方式求出墜落時墜落高度以及母索張力 的歷時曲線，同時也使用能量平衡方式求出最大墜落高度，所得結果與 歷時曲線的最大值相當接近。Lan 等人【16】探討水平母索系統的各種 測試方法，並建議合理的動態墜落測試方式。
第二節 第二節 第二節
第二節 國內相關規範 國內相關規範 國內相關規範 國內相關規範
在我國國家標準規範（CNS）裡面，並沒有中間支撐之規範與試驗方 式，而規範中只有針對安全帶做相關規範與試驗方法，且在我國的『營 造安全衛生設施標準』中第二十三條指出【2】：
一、安全帶之材料、強度及檢驗應符合國家標準 CNS 7534 Z2037 高處作 業用安全帶、CNS 6701 M2077 安全帶(繫身型)、CNS 14253 Z2116 背負式安全帶及 CNS 7535 Z3020 高處作業用安全帶檢驗法之規定。
二、安全母索得由鋼索、尼龍繩索或合成纖維之材質構成，其最小斷裂 強度應在二千三百公斤以上。
三、安全帶或安全母索繫固之錨錠，至少應能承受每人二千三百公斤之 拉力。
四、安全帶之繫索或安全母索應予保護，避免受切斷或磨損。
五、安全帶或安全母索不得鉤掛或繫結於護欄之杆件。但該等杆件之強 度符合第三款規定者不在此限。
六、安全帶、安全母索及其配件、錨錠在使用前或承受衝擊後，應進行 檢查，如有磨損、劣化、缺陷或其強度不符第一款至第三款之規定
時，不得再使用。
七、勞工作業中，需使用補助繩移動之安全帶，應具備補助掛鉤，以供 勞工作業移動中可交換鉤掛使用。但作業中水平移動無障礙，中途 不需拆鉤者，不在此限。
八、水平安全母索之設置，應依下列規定辦理：
(一) 超過三公尺長者應設立中間杆柱，其間距應在三公尺以下。
(二) 相鄰兩支柱或中間支柱間之安全母索只能供繫掛一條安全帶。
(三) 每條安全母索能繫掛安全帶之條數，應標示於母索錨錠端。
九、垂直安全母索之設置，應依下列規定辦理：
(一) 安全母索之下端應有防止安全帶鎖扣自尾端脫落之設施。
(二) 每條安全母索應僅提供一名勞工使用。但勞工作業或爬昇位置 之水平間距在一公尺以下者，得二人共用一條安全母索。
在由上述規範中可發現，其安全母索最小斷裂強度、固定錨錠端需 達到 2,300 kgf，可見繩索的選用相當重要，但規範無明確說明該如何 正確的選用安全母索或使用鋼索、尼龍繩索有不同的配套措施，因繩索 需搭配間距來找出適當的安全狀態，方可達成水平母索中間支撐最大效 用。
第三節 第三節 第三節
第三節 國外水平母索中間支撐使用規範 國外水平母索中間支撐使用規範 國外水平母索中間支撐使用規範 國外水平母索中間支撐使用規範
日本針對中間支撐有較明確的規範與規格，日本中間支撐的規格大致 可以分成三種類型：(1)平行型、(2)直交型、與(3)輕量型。日本規範指 出中間支撐間距 3.2m 至 10 m 之間，並且在每一區間只能讓一位施工人 員在內施工，另外在日本規範中，中間支撐與安全母索安裝方式仍有一
定的規則，方可稱安裝完成【3、4】。
在中間支撐使用過後，所有構件必須經過檢查、整理，確認無損傷後 才能再度使用。日本厚生勞動省勞動基準局，社團法人假設工業會所發 行的「経年仮設機材の管理に関する技術基準と解說」，其中對於安全 母索中間支撐的使用方式、管理、檢查辦法、試驗標準都有很詳細的說 明。依使用後觀察情形分為三級，如表 2-1 所示。而針對支撐之動態墜 落測試，日本也有明確之合格基準，如表 2-2。
表 2-1 中間支撐安全母索安全評估層級說明
第一級 無任何外觀上明顯的損壞，需整理清潔後可以再度使用。
第二級 表面上有些許的損傷，但是只需經過修補、整理就可以再度使用。
第三級 有明顯的損傷，且損傷情形已達無法修補，或不可矯正，則將廢棄不可
再使用。
表 2-2 日本假設協會認定標準
是否有無折損 支撐各部位不可有龜裂、損壞
支撐與鋼構交接處不可有脫離 是否有脫離
親綱(母索)保持金具不可有鬆脫 中間支撐合格基準
中間支撐的高度 落下後/落下前≧70﹪
日本在架設水平母索時，對中間支撐的架設間距與容許墜落高度有一 套計算方式，其中間支撐設置間距須在 3.2 m 以上、10 m 以下。容許墜 落高度為樓板間無障礙物之最小間距，如容許墜落高度為 H，支撐間距 為 X，日本規範也提供了支撐間距與容許墜落高度之關係式，如表 2-3 所示、架設示意圖(如圖 2-2、圖 2-3)。
表 2-3 日本設置間距與容許墜落高度公式
中間支撐設置基準
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 中間支撐設置間隔 X (m)
容許墜落高度 H (m)
4 + 3 H = X
H：容許墜落高度（m）
X：中間支撐設置間距
（m）
圖 2-2 中間支撐安裝示意圖
圖 2-3 美國中間支撐架設示意圖
第四節 第四節 第四節
第四節 災害案例分析探討 災害案例分析探討 災害案例分析探討 災害案例分析探討
因國內營造業的職災案例居高不下，尤以其中之墜落為最，造成現 場工作人員傷亡與損失甚為嚴重，倘若能事先預防，定能將傷害降至最 低。以下即為相關之災害案例分析與探討【17、18、19】：
案例一：鋼構水平調整作業 一、行業種類：土木工程 二、災害類型：墜落 三、媒介物：開口部分 四、罹災情形：墜落致死 五、災害發生經過：
據罹災者弟弟○○○稱：於 94 年 3 月 7 日上午約 9 時許，目擊 者偕同目擊者外甥及目擊者哥哥罹災者等 3 人一起上工，經目擊者
哥哥分派各人工作後，即分別作業至約上午 11 時 45 分許，當時目 擊者哥哥在東側棚架上方調整水平拉桿，而目擊者在鋼構棚脊上方 背對目擊者哥哥面朝西向進行棚脊水平調整作業時，突然聽到後方 傳來聲響及外甥喊叫聲，回頭已看到目擊者哥哥墜落倒在地上，目 擊者及外甥馬上過去探視，當時他尚有氣息但已無意識，經目擊者 外甥趕緊電話呼叫救護車，送到桃園聖保祿醫院急救約 3 小時後再 轉送林口長庚醫院救治至下午約 5 時許不治。
六、災害原因分析：
(一) 直接原因：高處墜落。
(二) 間接原因：
不安全狀況：1.對於距地高度 2 公尺以上之開口邊緣進行作 業，有墜落之虞者，未設有任何防墜設施。
2.未能確實使用安全帽及安全帶。
(三) 基本原因：罹災者危害認知不足。
七、災害防止對策：
對於在高度 2 公尺以上之鋼樑上作業，應使勞工確實使用安全帶、
安全帽及其他必要之防護具。
案例二：從事鋼構組立作業墜落致死災害 一、行業種類：一般土木工程業
二、災害類型：墜落 三、媒介物：營建物 四、罹災情形：死亡一人 五、災害發生經過：
95 年 6 月 28 日，蕭○○及業主在場罹災者○○○和蕭○○在五 公 尺 高 處 從 事 鎖 螺 絲 工 作 ， 至 下 午 4 時 三 假 固 定 最 後 一 根 型 鋼 H250×125×6×9 長度 3 公尺完成，他〈郭○○〉把型鋼崁入後，一時 重心不穩，墜落地面，當時在一樓頂處鋼架上準備材料工具，看到 他時已墜落地面側躺於地面，頭部正上方有流血，他有戴安全帽未 扣帽扣，立即下至地面由業主發財車送恩主公醫院急救不治死亡。
六. 災害原因分析：災害原因可能為罹災者○○○坐於距地面高度約 5 公 尺 之 鋼 樑 上 從 事 鋼 樑 鎖 螺 栓 假 固 定 工 作 在 最 後 一 根 型 鋼 H250×125×6×9 長度 3 公尺崁入後，重心不穩瞬間墜落混凝土地面，
經送三峽恩主公醫院急救不治死亡。
(一) 直接原因：墜落死亡（墜落高度 5 公尺）
(二) 間接原因：
不安全狀況：1.在1.5公尺以上作業場所未設有安全上下之設 備。
2.高度2公尺以上之鋼樑等場所作業，勞工有遭 受墜落危險之虞者，應於該處設置護欄護蓋或 安全網等防護設備。
(三) 基本原因：1.未實施勞工安全衛生教育及預防災變訓練。
2.未訂定安全衛生工作守則。
3.未訂定自動檢查計畫實施自動檢查。
七、災害防止對策：
(一) 對於高度 2 公尺以上之屋頂、鋼樑開口部分、階梯、樓梯、坡 道、工作台、擋土牆、擋土支撐、施工構台、橋樑墩柱及橋樑上部結
構、橋台等場所作業，勞工有遭受墜落危險之虞者，應於該處設置護欄 護蓋或安全網等防護設備。雇主對前項設施有困難，或作業之需要臨時 將護欄拆除，應採取使勞工使用安全帶等防止因墜落而致勞工遭受危險 之措施。
案例三：從事大樑上安全網安裝及調整作業墜落死亡災害 一、行業種類：金屬建築組件製造業
二、災害類型：墜落 三、媒介物：開口部分 四、罹災情形：死亡 1 人 五、災害發生經過：
據目擊者○○有限公司勞工洪○○稱述：災害發生於 95 年 7 月 19 日下午 5 時許，那天於下午 1 時 30 分許開始，目擊者和徐○○
為一組從事大樑上安全網安裝及調整，大樑距地面高度約 5.8 公 尺，災害發生時目擊者在調整安全網，有看到徐瑞原由小樑走到 B- C 大樑上，後來目擊者再看到徐○○時，他已墜落地面，目擊者立 即大聲喊救人，才由李○○幫忙扶上吳○○貨車上，直接送往台大 醫院雲林分院急救，延至 95 年 7 月 21 日 4 時不治死亡。
六、災害原因分析：
(一) 直接原因：自距地面高度約5.8公尺之鋼樑上墜落致神經性及 出血性休克死亡。
(二) 間接原因：
不安全狀況：1.對於在高度2公尺以上之高處作業，未使勞工 確實使用安全帶、安全帽及其他必要防護具。
2.雇主對於高度 2 公尺以上之開口部分場所作業，
勞工有遭受墜落危險之虞者，未於該處設置護 欄、護蓋或安全網等防護設備。
(三) 基本原因：
1. 勞工未受安全衛生教育、訓練，危害意識不足。
2. 未實施自動檢查。
3. 事業單位以其事業之全部或一部分交付承攬時，未於事前告 知該承 攬 人有關其事業工作環境、危害因素暨勞工安全 衛生法及有關安全衛生規定應採取之措施。
4. 事業單位與承攬人分別僱用勞工共同作業時，為防止職業災 害，原事業單位未採取右列必要措施：(1)設置協議組織，
並指定工作場所負責人，擔任指揮及協調之工作。(2)工作 之連繫與調整。(3)工作場所之巡視。(4)相關承攬事業間之 安全衛生教育之指導及協助。(5)其他為防止職業災害之必 要事項。
七、災害防止對策：
(一) 雇主對於在高度 2 公尺以上之高處作業，勞工有墜落之虞者，
未使勞工確實使用安全帶、安全帽及其他必要之防護具。
(二) 雇主對於高度 2 公尺以上之工作場所，勞工作業有墜落之虞 者，應依下列規定訂定墜落災害防止計畫，採取適當墜落災害 防止設施：1、配戴安全帽。2、設置護欄、護蓋。3、張掛安 全網。4、使勞工佩掛安全帶。
(三) 雇主對於高度 2 公尺以上之鋼樑、開口部分、…等場所作業，
勞工有遭受墜落危險之虞者，應於該處設置護欄、護蓋或安全
網等防護設備。
(四) 雇主於僱用勞工時，未施行體格檢查。
(五) 雇主對於勞工安全衛生法第 5 條第 1 項之設備及其作業，未訂 定自動檢查計畫實施自動檢查。
(六) 雇主對勞工應施以從事工作及預防災變所必要之安全衛生教 育。
案例四：房屋設備安裝工程墜落案例 一、行業種類：房屋設備安裝工程業 二、災害類型：墜落
三、媒 介 物：開口部份 四、罹災情形：死亡 1 人 五、災害發生經過：
95 年 1 月 19 日下午 1 時許目擊者在該工程 D 棟（鋼構工程）工地 一樓閱讀技術書刊時，聽到類似重物掉下來的聲音，目擊者轉頭一 看發現勞工倒在地上，我隨即通知同事叫救護車，將勞工送○○醫 院○○分院急救延至 95 年 1 月 28 日不治死亡。
六、災害原因分析：
據臺灣○○地方法院檢察署相驗屍體証明書所載死亡原因：甲、
顱內出血；
乙、頭部外傷丙、高處墜落。
(一) 直接原因：自高度約 12 公尺處墜落地面致顱內出血、頭部外 傷死亡。
(二) 間接原因：不安全狀況：未設置安全網、安全母索且未派鋼構
組配作業主管於作業現場使勞工確實使用安全帶、
安全帽等防護具。
(三) 基本原因：
1.未依規定實施自動檢查。
2.未依規定實施必要之安全衛生教育、訓練。
3.未訂定安全衛生工作守則。
4.交付承攬時未依規定告知危害因素等。
5.共同作業時未設置協議組織、且未採取指揮及協調、工作之連 繫與調整、工作場所之巡視等措施。
七、災害防止對策：
(一) 從事鋼構組配作業，應選任鋼構組配作業主管，在場督導勞工 作業。
(二) 確實使勞工使用安全帶。
案例五：從事檢視鋼構拉桿預定施作位置作業發生墜落死亡災害 一、行業種類：其他營造業
二、災害類型：墜落 三、媒介物：屋架
四、罹災情形：死亡 1 人 五、災害發生經過：
罹災者於案發時為檢視墜落處上方鋼構拉桿預定施作位置，自靠 在牆面的鋁梯爬到管架上，再由管架走到鋼樑上，閃身經過鋼柱 時，重心不穩而向開口側傾倒，自鋼樑掉落至一樓時，胸腹部撞到 機械材料堆，經送醫急救死亡。
六、災害原因分析：
(一) 直接原因：自高度約 9 公尺處墜落至地面。
(二) 間接原因：
不安全狀況：1.未設置工作台供高處作業勞工使用。
2.開口未設置護欄、護蓋或安全網。
不安全行為：高處作業勞工未確實使用安全帶。
(三) 基本原因：
1.未訂定安全衛生工作守則供勞工遵守。
2.未實施安全衛生自動檢查。
3.未將危害因素具體告知承攬人。
4.未協議作業人員作業管制事項，未確實巡視工作場所，連繫與 調整工作上之安全措施。
七、災害防止對策：
(一) 使用高空工作車從事高處作業。
(二) 確實使勞工使用安全帶。
案例六：從事鋼樑安裝作業發生墜落災害 一、行業種類：其他營造業
二、災害類型：墜落 三、媒介物：屋架
四、罹災情形：死亡 1 人
五、災害發生經過：
災害發生於 93 年 2 月 21 日下午 4 時 10 分許，災害發生當天副領班潘
○○率領勞工陳○○及潘○○至工地現場準備進行鋼樑（大、小樑）安 裝作業，其中，潘○○及陳○○負責鋼樑安裝作業，而潘○○則於地面 負責材料整理及傳遞作業，當天作業係由南往北安裝，當作業至下午 4 時 10 分許時，大樑均已安裝並假固定完成（由北側算起第二、三支大樑 因其西端下方無柱可供鎖螺栓，故其假固定方式為樑之東端以六顆螺栓 鎖住，而西端則以角鋼焊接並直接置於支撐之桁架樑上，另七支大樑則 東西二端均以六顆螺栓鎖住），小樑亦已僅剩下最北側二跨中之三支，
當時陳○○已爬上由北側算起第二支大樑上，而潘○○則剛爬上最北側 之大樑上，正準備往小樑之位置移動，此時，潘○○突然聽到鋼架撕裂 聲，轉頭一看，發現由北側算起第二、三支大樑之西端已往下傾倒，而 陳○○亦伴隨著墜落於地面，隨即通知救護車將陳○○送往林園鄉健佑 醫院急救，並於當天下午轉往高雄榮民總醫院醫治，延至 2 月 29 日下午 3 時 21 分，仍宣告不治。
六、災害原因分析：
（一）直接原因：由距地面高度 8.4 公尺之鋼樑上墜落，導致傷重 亡。
（二）間接原因：於距地面高度約 8.4 公尺之鋼樑上從事小樑安裝作 業，因鋼樑未妥為固定，且鋼樑下方未張設安全 網，亦未提供可使勞工佩掛安全帶掛置之安全母 索，又未使勞工確實使用安全帶，導致不安全環 境。
（三）基本原因：
1.未設置勞工安全衛生管理人員及實施自動檢查。
2.未辦理勞工安全衛生教育訓練。
3.未訂定安全衛生工作守則，以供遵循。
4.未設置鋼構組配作業主管。
七、災害防止對策：
(一) 使勞工於高度 2 公尺以上之鋼樑上作業，應於該處設置安全網 等防護設備。
(二) 對於鋼構組配作業，於設置鋼構時，應用臨時支撐或螺栓等使 其充分固定後，再行熔接或鉚接。
(三) 不適用於舖設臨時性構台之鋼構建築，且未使用施工架而落距 差超過二層樓或 7.5 公尺以上時，應張設安全網。
(四) 對於在高度 2 公尺以上之鋼樑上作業，應使勞工確實使用安全 帶、安全帽及其他必要之防護具。
以上案例都是在鋼配組中發生的墜落案例，其事後探討都無法指出重 點，讓人誤以為墜落就僅僅是因為未設置安全網、安全母索且未派鋼構 組配作業主管於作業現場使勞工確實使用安全帶、安全帽等防護具等。
而評估這些案例者，常忽略安全母索中間支撐的安全裝置，如果有完 善的架設中間支撐與安全母索的配合，就能達到簡單又有效安全的防 護，但國內無明確的規範也無對此項裝置有明確的型式規定，導致災害 無法準確降低；因此，更需慎重的思考防災的辦法和訂定一套明確的法 規。日本及歐美等較先進國家，除了對水平安全母索的設定有嚴格的要 求之外，對於水平母索中間支撐的配置、數量以及構造標準都有詳細的 規範，而且在使用上有標準型式的中間支撐可用；因為有標準型式的中
間支撐，就能夠掌握其力學行為，且其強度及尺寸等也不會有太大的變 異，對增進整體安全防護系統的可靠度也有幫助。然而國外進口中間支 撐價格偏高，導致工地在成本考量下，無法負擔而使用意願不高，故本 研究設計符合國內現地使用的中間支撐，並加以推廣，量產以使價格能 為業者接受。
第三章 第三章
第三章 第三章 研究方法 研究方法 研究方法 研究方法
第一節 第一節 第一節
第一節 有限元素法 有限元素法 有限元素法 有限元素法簡述 簡述 簡述 簡述
電腦輔助分析乃運用電腦快速運算的能力，經由核對電腦快速運算結 果，以求得結構設計上不斷的改進，電腦因為具有快速的運算能力，因 此常被用來做設計上計算與分析，而達到輔助設計分析的目的。設計工 程師可以在電腦上模擬結構物在受外力作用後所產生的應力及應變情 形，並且可以計算結構物在動態方面如共振頻率或其他特性，工程師可 以利用分析出來的結果判斷這個產品設計的可行性。所以運用電腦輔助 分析技巧，可以提高結構物產生的優良率與結構物的品質。而且目前此 一分析法，也已獲各界認同與使用。
有限元素在工業界的應用已經超過一百年以上的歷史，發展上是從矩 陣結構分析的方法開始發展，首先是以樑及桁架為主的鋼構上應用。但 是推廣至今有限元素法已經可以應用到很多的物理領域。
本研究是針對中間支撐來做分析，而中間支撐材料為鋼材，而且要分 析的部份為中間支撐的非線性、線性特性、塑性分析、破壞力學等。本 研究所使用的軟體以ANSYS 這套商用軟體為主，而且它是一套被廣為使 用的套裝軟體，因此要找尋相關資料庫也較為方便。
第二節 第二節 第二節
第二節 ANSYS ANSYS ANSYS 分析 ANSYS 分析 分析 分析處理作 處理作 處理作業 處理作 業 業 業流程 流程 流程 流程
一般完整的有限元素方程式（finite element program）包含前置處 理 （ pre-processing ） 、 解 題 程 式 （ solution ） 和 後 置 處 理
（ postprocessing）。將此三部份內容分述如下：
一、前置處理
1. 建立有限元素模型所需輸入的資料，如節點、座標資料、元素內節點 排列次序。
2. 材料特性。
3. 元素切割產生。
4. 邊界條件。
5. 負荷條件。
二、解題程式
1. 元素勁度矩陣計算[
K
] 2. 全域負荷向量之組合{F
}3. 線性代數方程式[
K
] {U
}＝{F
}求解 4. 資料反算法求應力、應變、反作用力等 三、後置處理將解題部份所得之解答如：變位、應力、反力等資料，經由圖 形介面以各種不同表示方式把等變位圖、等應力圖...等呈現出來。
有限元素分析之流程圖（如圖 3-1）。
建立 建立 建立 建立模型模型模型 模型
§§§
§材料性質材料性質材料性質 材料性質
§
§§
§幾何形狀之定義幾何形狀之定義幾何形狀之定義幾何形狀之定義
§
§§
§元素切割產生元素切割產生元素切割產生 元素切割產生
§
§§
§蒐集相關資料蒐集相關資料蒐集相關資料 蒐集相關資料
§§§
§決定分析項目決定分析項目決定分析項目 決定分析項目
§
§§
§獲取材料機械性質及幾何獲取材料機械性質及幾何獲取材料機械性質及幾何獲取材料機械性質及幾何 條件條件條件
條件、、、、負荷負荷負荷負荷
§
§§
§加邊界條件加邊界條件加邊界條件 加邊界條件
§§§
§加負荷條件加負荷條件加負荷條件 加負荷條件
§
§§
§加時間變化情形加時間變化情形加時間變化情形 加時間變化情形
分析 分析 分析 分析
分析結果研判 分析結果研判分析結果研判 分析結果研判
提出改進方法解決問題得 提出改進方法解決問題得 提出改進方法解決問題得 提出改進方法解決問題得
到最佳設計 到最佳設計 到最佳設計 到最佳設計
前處理 前處理前處理 前處理
（（
（（PreprocessingPreprocessingPreprocessingPreprocessing））））
解題解題 解題解題
（
（
（
（SolutionSolutionSolutionSolution））））
後處理 後處理 後處理 後處理
（（
（（PostprocessingPostprocessingPostprocessing）Postprocessing）））
第三節 第三節 第三節
第三節 有限元素法 有限元素法 有限元素法 有限元素法模型建立 模型建立 模型建立 模型建立
模型的建立方法在程式中有兩種，分別為直接建立法或間接建立法
（自動網格建立法）。直接建立法是採用連接節點方式建立元素，但此 種方法對於複雜結構，建立過程不僅繁複且容易造成錯誤，或根本無法 完成。所以此程式軟體就提供不同於直接建立法的間接建立法（自動網 格建立法）。本研究之模型建立方式即採用自動網格建立法，自動網格 建立法是利用點、線、面積、體積組合而成。自動網格建立法，對於複 雜的系統較有效，尤其對於三度空間複雜的系統最為有用。不管使用何 種方式，建立一完整且正確的有限元素模型是非常花時間的，所以在建 立模型時要有相當大的耐心，更要累積一定的經驗。本實驗模型件所選 用的元素為SOLID92（如圖3-2）。
圖 3-2 SOLID92 元素模型圖
SOLID92 元素適用於不規則模型的網格化。此元素由十個節點所組成，
每個節點具有X、Y、Z 三個位移方向之自由度。元素亦具有塑性、潛 變、膨脹、應力強化、大變形與大應變之特性。且SOLID92 元素較適用 於鋼構系統複雜的模型，所以在分析中間支稱撐時，所選用的元素模型 就以SOLID92為主，模擬新式中間支撐之實體模型（如圖3-3）。
圖 3-3：新式中間支撐之實體模型圖
第四章 第四章 第四章
第四章 新式中間支撐有限元素模擬 新式中間支撐有限元素模擬 新式中間支撐有限元素模擬 新式中間支撐有限元素模擬
第一節 第一節 第一節
第一節 新式中間支撐設計構想 新式中間支撐設計構想 新式中間支撐設計構想 新式中間支撐設計構想
在之前水平母索中間支撐性能測試與設計選用指引之製作的計畫中 [8]，測試日本 SK-80D 平行型中間支撐，測試後發現中間支撐主體與翼 板交接的位置有明顯之承受彎矩所產生的挫屈變形(圖 4-1)，為了修正 這方面破壞的行為，所以在設計新式中間支撐的初期想法是希望設計出 抗彎性能較好的中間支撐。依據材料力學的基本原則，斷面慣性矩越 大，抗彎能力越好。而斷面的材料如果離斷面中性軸越遠，斷面的慣性 矩越大。因此採取以兩根方管為設計基礎(圖 4-2)。
圖 4-1 SK-80D 破壞示意圖
圖 4-2 設計基礎
經由模擬發現，以兩根方管設計之中間支撐其靜態抗彎性能優於獨 立中間支撐，但受力後無法有效控制中間支撐破壞位置，故在方管兩側 加上加勁板(如圖 4-3)。
圖 4-3 加上加勁板
此次分析出來的結果較接近欲達到的強度，接著再做細部修改，稍 減輕其重量設計為下(如圖 4-4)：
圖 4-4 設計構想圖
第二節 第二節 第二節
第二節 有限元素法 有限元素法 有限元素法 有限元素法線性 線性 線性 線性靜力 靜力 靜力 靜力分析 分析 分析 分析
首先建立中間支撐模型，以有限元素法分析進行分析力學行為[21、
22、23]。模型設計完成後，建立有限元素模型所需輸入的參數，所選用 之元素為 SOLID92，而分析時所採之單位尺寸為公尺(m)，施力單位為牛 頓(N)，材料的性質以 CNS-SS400 鋼材、楊氏係數為2.04×1011N/m2、波松 比為 0.3，參數設定完成後，分別以 2,000 N、3,000 N、4,000 N、
6,000 N、8,000 N、10,000 N 對中間撐進行模擬分析，瞭解中間支撐的 變位、應力、應變情形。進行模擬時將中間支撐與鋼構接觸位置設定為 固定端，因本研究的中間支撐為架設於型鋼上的中間支撐，所以型鋼變 形相對於中間支撐的變形來說相當的小，因此假設當中間支撐與鋼構體 接觸的地方沒有位移量的改變，並將中間支撐與安全母索搭扣的位置設 定一施加外力，藉此來模擬中間支撐受一拉力時的力學行為(如圖 4- 5)。
圖 4-5 邊界條件示意圖
下列為水平母索中間支撐利用有限元素分析，進行分析之結果(如圖 4-6~圖 4-8)。
圖 4-6 施加側向力 2,000 N 之變位圖
圖 4-7 施加側向力 2,000 N 之應力圖
圖 4-8 施加側向力 2,000 N 之應變圖
由分析結果可發現，當中間支柱受到 X 方向的力其最大的應力與應變 點集中在中間支撐左側翼板下方，最大位移量是在中間支撐的頂端受力 處，再將模擬數據整理如下表 4-1 及圖 4-9~4-11。
表 4-1 模擬結果數據表
施力(N) 應力(N/m2) 應變 位移(m)
2,000 7.69E+07 3.77E-04 0.003585 3,000 1.15E+08 5.64E-04 0.005377 4,000 1.53E+08 7.50E-04 0.00717 6,000 2.30E+08 1.13E-03 0.010754 8,000 3.07E+08 1.50E-03 0.014339 10,000 3.84E+08 1.88E-03 0.017924
圖 4-9 施力應力圖
圖 4-10 施力應變圖
Force
Displacement
0 2000 4000 6000 8000 10000
0 0.005 0.01 0.015
Displacement Frame 001 04 Aug 2008
圖 4-11 施力位移圖
在模擬分析時材料降伏強度參數為 2.45×108 N/m2，所以施加拉力大 約在 6,500 N 時應力值已經到達 2.45×108 N/m2，所以當施加拉力約到 達 6500N 時中間支撐已經超過分析所設定的強度，最大應力也已經超過 鋼材的降伏強度，發現以電腦線性模擬分析出來的數據與實際試驗出來 的數據是相符的。
第三節 第三節 第三節
第三節 有限元素法 有限元素法 有限元素法 有限元素法材料 材料 材料 材料非線性分析 非線性分析 非線性分析 非線性分析
非線性分析時，需設定鋼的材料降伏強度 2.45×108 N/m2及剪切模量 7.9×1010 N/m2，其參數設定如下(圖 3-27)，設定完畢分別以 2,000 N、
4,000 N、8,000 N、10,000 N 進行分析(如下圖 4-13~圖 4-15)：
圖 4-12 鋼材料降伏強度與剪切模量參數
圖 4-13 施加側向力 2,000 N 之變位圖
圖 4-14 施加側向力 2,000 N 之應力圖
圖 4-15 施加側向力 2,000 N 之應變圖
整理材料非線性分析數據後，統計分別以 2,000 N、4,000 N、8,000 N、10,000 N 所分析出的變位，由下圖 3-40 所示 2,000~4,000 N 的斜率 跟 8,000~10,000 N 斜率不同，當施力到達 8,000~10,000 N 時材料已達 到降伏，因此斜率較小。兩條直線交點之力大約為 6,600 N（約 670 kgf），估計支撐發生初次降伏時受力大小為 670 kgf 左右。
y = 274273x + 3272.9
y = 540036x + 41.435
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 變位 (m)
施力 (N)
圖 4-16 施力大小與應變對應圖
第五章 第五章 第五章
第五章 新式中間支撐試驗 新式中間支撐試驗 新式中間支撐試驗 新式中間支撐試驗
第一節 第一節 第一節
第一節 靜態實驗與設備 靜態實驗與設備 靜態實驗與設備 靜態實驗與設備
一、測試目的
水平母索中間支撐看似簡單，但實際上相當複雜，影響因子很多，為 了要瞭解其破壞模式可先進行靜態測試，因靜態試驗可找出支撐的破壞 點是否是預期的位置或強度，往後也可以作為動態測試的依據，能作為 初期的設計的指標。靜態測試設備如表 5-1。
二、器材 1、施力裝置
50 噸油壓機一部。
2、夾具
固定新式中間支撐夾具 0.3 m × 0.3 m × 0.4 m+厚度 0.033 m 鋼板。
3、實驗控制
接收數具電腦、油壓機開關。
4、待測試構件
新式中間支撐 100 cm × 9.6 cm 與 100 cm × 9.6 cm。
5、連結裝置
表 5-1 靜態測試設備
新式中間支撐 100cm×9.6cm×1.5mm 新式中間支撐 100cm×9.6cm×1.5mm
油壓機 實驗數據接收用電腦
固定新式中間支撐夾具 0.3m×0.3m×0.4m+
鋼板示意圖(一)
固定新式中間支撐夾具 0.3m×0.3m×0.4m+
鋼板示意圖(二)
三、靜態測試流程
靜態實驗設計是使用油壓機來測試中間支撐。先將固定中間支撐的夾 具固定，固定完成後將中間支撐夾具固定於底座上，架設測試距離大約 100 cm，並使用鋼索與油壓機相互搭扣，即完成實驗安裝。靜態載重測 試時，先將油壓機伸長到適當的位置後就可進行歸零的動作，然後藉由 等速率增加位移的方式，逐步使油壓機產生拉回效果，直到中間支撐部 份位置發生挫曲破壞為止。而藉由這樣的拉力型式，即可完整的了解中 間支撐受水平力與變形之間的關係。測試流程圖如圖 5-1 所示；實際測 試的流程如下：
1、夾具安裝
設置用來固定構件之基座。
2、設置中間支撐
將構件安裝於夾具上。
3、安裝檢核
檢核安裝過程是否瑕疵，因本構件之設計施力方式屬於水平方向，因 此構件的施力方式要如圖 4-2~圖 4-5。
4、油壓機
提供構件受力來源。
5、測試儀器歸零
因實驗在鎖固時，需把繩索拉緊而造成預拉現象。
6、實驗開始
在拉力測試，構件降服後即可馬上停止。
7、取得測試數據
圖 5-1 靜態實驗流程 四、測試結果判定標準
靜態測試之結果雖不能作為支撐是否合格的標準，但可用來在設計初 期對不同的設計進行篩選，建議的比較標準如下：
1、強度需滿足 550 kgf 以上，才可達到強度需求。
2、固定夾具不可有鬆脫、滑動現象。
3、中間支撐破壞模式應為翼板頂端與主體交接處挫屈破壞。
4、中間支撐主體受力後不可以撕裂、破損。
5、構件破壞應在支撐結構上部，不可在基座有過大的變形。
油壓機 油壓機 油壓機 油壓機
測試組件安裝 測試組件安裝測試組件安裝 測試組件安裝
夾具 夾具 夾具
夾具 中間支撐中間支撐中間支撐中間支撐 繩索繩索繩索繩索
測試儀器歸零 測試儀器歸零測試儀器歸零 測試儀器歸零
開始測試組件 開始測試組件開始測試組件 開始測試組件 之側向最大承 之側向最大承之側向最大承 之側向最大承 載力載力載力
載力 安裝檢核 安裝檢核 安裝檢核 安裝檢核
是 是 是 是
否否 否否
圖 5-2 油壓機吊掛大型反力牆上
圖 5-3 中間支撐安裝後示意圖
圖 5-4 實驗機具現場安裝示意圖(一)
圖 5-5 實驗機具現場安裝示意圖(二)
此實驗測試主要是為瞭解中間支撐在型鋼上遭受側向拉力時，最大受 力位置及破壞點發生位置，所以需要用強度高的型鋼來固定中間支撐，
其夾具能夠承受拉力不產生變位，也不會影響中間支撐的實驗結果，實 驗後結果再以模擬結果比較分析，做為日後修改依據。
第二節 第二節 第二節
第二節 靜態實驗結果 靜態實驗結果 靜態實驗結果 靜態實驗結果
經過多次測試後，發現靜態實驗時中間支撐的破壞位置應在翼板頂端 與主體交接處破壞，不可在固定基座有過大的變形，強度必須達到 550 kgf 以上，才能滿足動態實驗需求(如表 5-2、表 5-3)。
表 5-2 靜態測試數據
編號 規格 自重 靜力測試強度 目視外觀
1 SK-80D 9.3 kg 平均：508 kgf 主體局部挫屈 變形 2 有橡皮, 2 mm 方管 8.7 kg 螺栓滑動:270 kgf
Max:530 kgf 固定螺栓滑動 3 無橡皮, 2 mm 方管 8.7 kg 平均：670 kgf 僅固定螺栓彎
曲 4 無橡皮, 3 mm 方管 10.4 kg 705 kgf 僅固定螺栓彎
曲 5 無橡皮,日本螺桿,2
mm 方管 8.7 kg 平均：628 kgf 固定基座彎 曲、螺桿隆起 6 無橡皮、底盤與圓盤
加強 2 mm 8.7 kg 平均：658 kgf 固定基作底部 側板撕裂
7 固定螺桿一體成型
1.5 mm(1) 7.6 kg 654.5kgf 主體局部挫屈 變形
8 固定螺桿一體成型
1.5 mm(2) 7.6 kg 414.5kgf
因測試前已預拉 220kgf
主體局部挫屈 變形
表 5-3 中間支撐測試後比較圖
中間支撐 1(方管厚 2mm) 中間支撐 2(方管厚 1.5mm)
受力前
受力後
荷重、位 移曲線圖
最大荷重：655 kgf 最大荷重：654.5 kgf
由測試結果中可發現中間支撐 1 破壞位置位於中間支撐與鋼板交接上 的基座，可能在動態測試時會有落下的危險，所以必須修改破壞模式，
讓基座不損壞而且破壞位置需在翼板頂端與主體交接處如中間支撐 2)，
修正完破壞模式才可進行動態的測試。
第 第
第 第三節 三節 三節 三節 動態儀器設備與測試流程 動態儀器設備與測試流程 動態儀器設備與測試流程 動態儀器設備與測試流程
一、測試目的
為了使中間支撐更符合真實使用狀況而進行測試，從動態測試中以沙 包墜落模擬施工人員在施工現場不慎墜落之情形，從中測試中間支撐強 度以及水平母索應有之強度。動態實驗設備如表 5-1。
二、器材 1、沙包
以 85 kg 沙包袋模擬作業人員墜落。
2、測距設備
以量測墜落後沙包袋最終落下高度及瞬間最大高度。
3、沙包固定設備
在實驗前固定沙包袋於高空中的設備。
4、水平母索
3 m、5 m、7 m、10 m (ø9 mm)的鋼索或 3 m、5 m、7 m、10 m (ø16 mm)的尼龍索。
5、待測試構件
接受墜落測試之中間支撐。
三、動態測試流程
本實驗擬探討中間支撐架設間距對於墜落高度、中間支撐受力大小、
夾具是否會造成影響，所以設計進行墜落試驗，並由日本容許墜落高度 與中間支撐間距計算公式來對照是否可以達到標準（中間支撐設置間距 須在 3.2 m 以上、10 m 以下）。使用扭力板手將中間支撐夾於鋼構上拴 緊，強度為 6 KN·cm 以上，並用安全母索將兩中間支撐搭扣起來，安全 母索初期強度約為 0.3KN，安全母索使用 ø9 mm 鋼索或 ø16 mm 的尼龍繩 索，並將砂袋掛鉤架設於兩中間支撐距離的中點，再將電磁鐵掛於掛鉤 上以吸附砂袋，這些設備完全架設完後可以將電磁鐵通電產生磁力，將 砂袋吸附於電磁鐵上；當上述步驟完成後將電磁鐵斷電，讓砂袋自由墜 落模擬施工人員墜落情形，觀察中間支撐的變形與砂袋的墜落高度，由 從此瞭解中間支撐架設間距改變的結果(實驗流程如表 5-5)。
表 5-4 動態實驗設備
待測重物 85kgf 沙包帶 測距布幔
表 5-5 中間支撐動態流程表
A：將電磁鐵與測試布幔吊掛於安全 母索中央。
B：1.中間支撐使用扭力板手將中間 支撐夾於鋼構上拴緊強度為 6KN·
㎝以上。
2.將安全母索相互組搭。
C：將沙包袋置於電磁鐵下方以電磁 鐵吸附。
D：檢核發生問題時，及重新確認安 裝直到無誤才可進行實驗。
四、測試結果判定標準
動態試驗完畢後，需檢核中間支撐落下後是否還有達到因有的防護功 能，如有一項不合格即可能造成重大的傷害，所以測試完需慎重的評估 才能保證中間支撐穩定性，判別合格標準如下
1、固定夾具不可有鬆脫、滑動現象。
2、母索固定處不可有鬆脫、滑動現象。
3、中間支撐主體受力後不可有撕裂、破損情形。
4、構件破壞應在支撐上部結構，不可在基座有過大的變形。
5、中間支撐頂端與樓板面之距離於墜落測試後不得小於測試前的 70 ﹪。
A：配置
B：中間支撐與 安全母索
C：沙包袋置於 中央
D：安裝檢核、
實驗開始
實驗結果數據
第四節 第四節 第四節
第四節 動態實驗結果 動態實驗結果 動態實驗結果 動態實驗結果
本實驗為模擬實際高空作業，以沙包模擬施工人員將沙包落下，測試 兩中間支撐之強度以及落下高度，而在組搭中間支撐時使用鋼索、尼龍 繩索以 3 m、5 m、7 m 與 10 m 之間距，來了解實際間距與繩索對於墜落 高度之影響(如圖 5-6)。
圖 5-6 架設完畢示意圖
再墜落試驗完成後，可由結果發現其間距以及落下高度、支撐損壞程 度來找出其最佳設置間距，以及該如何搭配繩索(如表 5-6~表 5-8)。
表 5-6 受力前後對照圖
間距 受力後與未受力比較圖 破壞位置
3 m
鋼索
5 m
鋼索
7 m
鋼索
10 m
鋼索
3 m
尼龍繩
5 m
尼龍繩
7 m
尼龍繩
10 m
尼龍繩
表 5-7 3m、5m、7m、10m Ø9mm(鋼索、尼龍繩)實驗數據
編號 間距 繩索 規格、
型號
最大墜 落高度
靜止墜 落高度
是否 鬆動
符合規 範 70%
1 3 m Ø9mm(鋼索) SK-80D 260 cm 245 cm 否 86%
2 3 m Ø9 mm(鋼索) SK-80D 260 cm 240 cm 否 83%
3 5 m Ø9 mm(鋼索) SK-80D 285 cm 270 cm 否 83%
4 5 m Ø9 mm(鋼索) SK-80D 295 cm 275 cm 否 80%
5 7 m Ø9 mm(鋼索) SK-80D 335 cm 310 cm 否 74%
6 7 m Ø9 mm(鋼索) SK-80D 330 cm 310 cm 否 72%
7 10 m Ø9 mm(鋼索) SK-80D 370 cm 350 cm 是 61%
8 10 m Ø9mm(鋼索) SK-80D 365 cm 360 cm 否 58%
9 3 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 250 cm 210 cm 否 99%
10 3 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 265 cm 250 cm 否 92%
11 5 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 330 cm 290 cm 否 90%
12 5 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 270 cm 250 cm 否 95%
13 7 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 330 cm 305 cm 否 92%
14 7 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 335 cm 310 cm 否 88%
15 10 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D 365 cm 310 cm 是 99%
16 10 m Ø16 mm (尼龍繩)
SK-80D [註 1] 360 cm 否 80%
17 3 m Ø9 mm(鋼索) 新型
(無) 280 cm 265 cm 否 76%
18 3 m Ø9 mm(鋼索) 新型 255 cm 225 cm 否 97%
【註 1】：第 16 組試驗因沙包上有連結鋼索防止沙包墜落地面，導致墜 落實驗落下後，鋼索拉扯沙包，以致於本組實驗無法得到最大落下距 離。
針對現地使用現況，中間支撐連結常採用綿索打死結的方式，以及 使用 Ø6 mm 鋼索連結中間支撐來測試，因此本研究亦模擬這些狀況進行 墜落實驗，結果如表 5-8 及圖 5-7。
表 5-8 模擬現地實測數據
編號 間距 繩索 規格、
型號
最大墜 落高度
靜止墜 落高度
是否鬆 動
符合規 範 70%
1 3 m
Ø16 mm
(麻繩)
SK-80D 270 cm 260 cm 否 99%
2 3 m Ø6 mm
(鋼索) SK-80D 260 cm 245 cm 否 84%
圖 5-7 綿索試驗後示意圖
麻繩在使用過後，綿索垂懸度從原先架設完畢時水平狀態，然後測試 過後垂懸角度大約達到 45%，且綁定端會產生滑動，造成不穩定狀態。
在現地訪視中，發現現地普遍使用之中間支撐價格大約為ㄧ支 300 元，其自重 3.3kg。將現地普遍使用中間支撐做實際動態測試來瞭解其 破壞模式及安全性，測試結果如表 5-9。
表 5-9 現地使用中間支撐(測試前)
表 5-10 現地使用中間支撐(測試後)
表 5-11 現地使用之中間支撐 3m Ø9mm(尼龍繩)實驗數據
編號 間距 繩索 規格、
型號
最大墜 落高度
靜止墜 落高度
是否 鬆動
符合規 範 70%
1 3 m
Ø16 mm
(尼龍繩)
現地支 撐
無法取 得[註 2]
無法取 得[註 2]
是 0%
【註 2】：現地普遍使用之中間支撐無法達到安全放護效果，其嚴重彎 折，以致於本組實驗無法得到落下距離。
另外由於業者在使用中間支撐常以穿透式之方法，所以針對穿透式進 行動態試驗。測試方法及結果如表 4-12 所示。
表 5-12 測試結果 試驗落下前
最大落下距離
最後靜止距離
測試結果發現其最大落下高度 360cm，靜止墜落高度 300cm，其墜落 高度與表 5-7 中測試 15(支撐間距 10m，尼龍繩)幾乎完全相同，可見穿 透式設置母索，安全上仍有顧慮，其淨空高度之計算需以錨錠點距離計 算。
第五節 第五節
第五節 第五節 水平母索及安全帶測試 水平母索及安全帶測試 水平母索及安全帶測試 水平母索及安全帶測試
建立一個完整的墜落防護措施，水平母索及安全帶也是其重要構件。
本研究同時也針對水平母索及安全帶依據國家標準檢驗法進行檢測。
ㄧ、水平母索抗拉強度測試
目前國內坊間使用的母索材質眾多如尼龍繩索、鋼索、棉繩索、麻繩 索等，雖於我國「營造安全衛生設施標準」第二十三條中指出，安全母
索得由鋼索、尼龍繩索或合成纖維之材質構成，但因成本考量，業界往 往使用最有安全疑慮之棉繩索和麻繩索，為瞭解二者是否具有安全防護 功能而針對棉繩及麻繩之母索進行抗拉強度試驗（如圖82-圖84）：
圖 5-8 水平母索抗拉強度測試設備，後方為量距布幔
圖 5-9 直徑 14mm 棉繩索抗拉強度測試
圖 5-10 直徑 12.93mm、拉伸強度至 75%
