應用資料探勘技術於學校建築耐震能力評估之研究

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國立臺東大學資訊管理學系

環境經濟資訊管理碩士在職專班碩士論文

指導教授：王文清先生

應用資料探勘技術於學校建築耐震能力評估之研究

Study of Applying Data Mining Techniques in the Assessment of Seismic Capacity of School

Buildings

研究生：廖佳俊撰

中華民國一百零二年六月

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國立臺東大學資訊管理學系環境經濟資訊管理碩士在職專班

碩士論文

應用資料探勘技術於學校建築耐震能力評估之研究

Study of Applying Data Mining Techniques in the Assessment of Seismic Capacity of School

Buildings

研究生：廖佳俊撰指導教授：王文清先生

中華民國一百零二年六月

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謝誌

時光荏苒，兩年孜孜不倦的研究生涯即將在畢業之後畫下句點。雖然已收穫滿行囊，但這兩年學習與研究的點點滴滴，更是這一生中難忘的回憶。

在無盡的感恩中，首先要感謝指導教授王文清博士，在我迷惘於研究的路途時，為我指引明燈，讓我能走出自己的路。也感謝為我開啟資料探勘大門的老師謝明哲博士以及遠道而來的蔡忠宏博士在論文計畫與口試時提供許多寶貴的建議與指導，讓我的論文能進入學術的領域。

更要感謝資管系謝主任、班導師辛老師、系上所有老師與工作團隊這兩年來為我們付出的點點滴滴，我永遠銘記在心。還有研究所的班代鄧大哥與所有一起努力的同學們，沒有你們的鼓勵與扶持，就沒有我今日的成就，感恩之心盡在不言中!雖然已完成學業，兩年聚首，終須一別，祝福同學們能開創人生的另一個里程碑!

最後要感謝我最親愛的老婆鈺婷，在我這段求學的路途中，默默的付出一切，

一肩擔下家中的瑣事，並照顧一對可愛的小天使，讓我能專心完成研究。還有小欣、小崙這對小天使，能夠體諒爸爸減少陪伴他們的時間，讓我無後顧之憂。此外，更感謝我的父母與所有的親友，在生活中給予我許多的支持與鼓勵，沒有這些協助，就沒有這篇論文的誕生。

在此謹以此篇論文感謝所有曾經幫助我的人，期盼我的研究能在學術的海洋中激起一小段漣漪，讓全世界朝向更美好的未來發展!

廖佳俊謹誌於台東 2013 年 6 月

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應用資料探勘技術於學校建築耐震能力評估之研究

摘要

從西元 1999 年臺灣 921 大地震的經驗中，揭露出目前臺灣學校建築在強震襲擊下所面臨的危機。有鑒於此，政府從委託專業研究機構與專家對學校建築進行結構物現地試驗到目前推動之經濟振興方案，投入約 176 億台幣的經費進行學校建築耐震分析與補強工作。然而臺灣各級學校與其所屬之建築數量眾多，前述工作歷經 4 年仍無法普及於所有學校的建築，故仍有許多學校建築面臨未知的風險。

本研究收集目前臺東縣中小學已完成之學校建築耐震能力詳細評估資料，先以各校書面資料建立學校建築耐震能力資料庫，再應用資料探勘(Data Mining)的技術分析前述資料庫後建立一套快速評估學校建築物耐震能力的系統，提供給學校建築管理人員將未進行耐震能力評估的建築物資料輸入系統進行評估工作，讓學校能更快速的初步判斷所有建築物的耐震能力，進而減少震災發生時生命財產的損失。

歷經不斷嘗試與修正資料探勘的分析工作，可得到準確率高且符合實際使用需求的預測模型。其採用決策樹演算法，預測準確率為 93.82%。最後建置之學校建築物耐震能力評估系統所使用的輸入參數皆為學校建築管理人員能快速測量獲得的資料，以符合快速初步判斷學校建築耐震能力的需求。為了再次驗證系統的可信度，本研究採用其他學者之學校建築耐震評估資料輸入系統中測試，亦能得到相似的準確率，由此可知本研究成果具實用性。

關鍵詞：資料探勘、耐震資料庫、快速耐震能力評估

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Study of Applying Data Mining Techniques in the Assessment of Seismic Capacity of School Buildings

Abstract

Experiencing the 921 Chi-Chi earthquake disasters in 1999, expose the facing crisis of Taiwanearthquake struck down school buildings. In view of this, our government has commissioned a professional research institutions and experts on school buildings Field experiment of structures to current Economic Recovery Act, and has invested of about NT $ 17.6 billion funding to do seismic analysis for school buildings and retrofitting work. However, even by doing so for 4 years, still cannot be available to a large number of schools and its buildings at all levels inTaiwan. Therefore, there are still many unknown risks faced by school buildings.

This study is currently gathering Taitung completed primary and secondary school buildings detailed evaluation report of seismic capacity information. First create a Seismic Performance Evaluation Database of School Buildings with written information on schools. Then apply Data Mining techniques to analyze the above database, and then establish an Information System for Rapid Seismic Assessment of School Buildings to provide construction management personnel to the school, one step closer to conduct whatever not been evaluate data entry for seismic assessment, enable schools to more quickly determine preliminary seismic capacity of all buildings, thereby reducing the occurrence of earthquake losses of life and property.

Experiencing a series of data mining analysis, finally obtained with high accuracy and in accordance with the actual needs of the prediction model. Model uses Decision Tree algorithms. Accuracy in prediction was 93.82%. Using predictive models built the system input parameters, and adopting quickly measured information of school buildings, to meet the rapidly preliminary judging purpose of seismic capacity of school buildings. In order to verify the practicality of the system again, testing with school data entry system of previous studies, satisfactory results can be obtained as well. It can be known of the practicability of this research results.

Keywords: Data Mining, Seismic Performance Evaluation Database of School Buildings , Rapid Seismic Assessment of School Buildings

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表次

表 1-1 我國政府經濟振興方案之校舍耐震補強計畫執行統計表 ...3

表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000 年以後) ...8

表 2-2 典型學校建築定義之相關研究 ...15

表 2-3 常見可適用於鋼筋混凝土建築耐震能力評估法之相關研究 ...17

表 2-4 國震中心所發展之耐震能力評估法特性比較表 ...24

表 2-5 國震中心所發展之耐震能力評估法優缺點比較表 ...25

表 2-6 非傳統工程分析模式的耐震能力評估法之相關研究(2000 年以後) ....26

表 2-7 資料探勘定義之相關研究 ...33

表 2-8 資料探勘功能之相關研究 ...40

表 4-1 本研究所篩選學校建築物耐震能力詳細評估報告之資料內容 ...55

表 4-2 資料探勘使用之資料庫欄位與資料型別內容 ...57

表 4-3 校舍建築結構系統描述欄位的修改對應方式 ...58

表 4-4 校舍建築資料篩選與刪除的標準(典型校舍選取標準) ...58

表 4-5 資料庫中建造年度欄位分組的方式 ...59

表 4-6 本研究與林琨偉(2011)研究之校舍建造年代分布比較表 ...67

表 4-7 依建造年度分類分析之校舍數量分佈 ...68

表 4-8 校舍耐震資料庫之建築材料數量分析 ...69

表 4-9 校舍結構系統分類方式說明 ...71

表 4-10 校舍結構系統與需要補強的機率比較 ...72

表 4-11 依樓層數分類之校舍數量分佈 ...73

表 4-12 MICROSOFT SQL2008R2 提供的資料探勘演算法 ...76

表 4-13 MICROSOFT SQL2008R2 定義的資料類型 ...78

表 4-14 研究中使用之五種資料探勘模型說明 ...79

表 4-15 研究中使用決策樹演算法之參數設定說明 ...84

表 4-16 研究中使用貝式機率分類之參數設定說明 ...84

表 4-17 研究中使用類神經網路之參數設定說明 ...85

表 4-18 決策樹連續值與類神經網路連續值預測模型之輸入變數資料型態 ..87

表 4-19 決策樹連續值預測模型之輸入變數預測能力的強弱比較 ...90

表 4-20 決策樹離散值與類神經網路離散值預測模型之輸入變數資料型態 ..91

表 4-21 決策樹離散值預測模型之輸入變數預測能力的強弱比較 ...95

表 4-22 貝式機率分類預測模型之輸入變數預測能力的強弱比較 ...97

表 4-23 五種資料探勘模型之分類矩陣整體預測準確率比較 ...109

表 4-24 決策樹離散值參數縮減預測模型之輸入變數資料型態 ...110

表 4-25 決策樹離散值參數縮減預測模型之輸入變數預測能力的強弱比較 .113 表 4-26 兩種最佳資料探勘模型之分類矩陣整體預測準確率比較 ...115

表 4-27 以前人研究資料驗證學校建築耐震能力評估系統之結果 ...120

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圖次

圖 2-1 學校建築耐震能力提升流程圖 ...23

圖 2-2 CRISP-DM階段圖 ...37

圖 3-1 研究架構圖 ...44

圖 3-2 研究流程圖 ...48

圖 3-3 學校建築耐震力評估系統架構圖 ...51

圖 4-1 學校建築物耐震能力詳細評估報告 ...54

圖 4-2 新增學校建築物耐震能力評估資料庫 ...60

圖 4-3 匯入學校建築耐震能力評估之EXCEL資料到資料庫之一 ...61

圖 4-4 匯入學校建築耐震能力評估之EXCEL資料到資料庫之二 ...61

圖 4-5 開啟資料探勘ANALYSIS SERVICES專案 ...62

圖 4-6 建立資料探勘工作使用之資料來源 ...62

圖 4-7 使用MICROSOFT SQL2008R2 進行資料探勘模型建置的流程 ...62

圖 4-8 建立資料探勘工作使用之資料來源檢視 ...62

圖 4-9 資料庫之耐震能力評估結果分布圖 ...65

圖 4-10 以 5 年為間距之資料庫校舍興建年代分布圖 ...66

圖 4-11 以他人研究分類之資料庫校舍興建年代分布圖 ...66

圖 4-12 建造年度分類對學校建築耐震評估結果影響之數量比較圖 ...68

圖 4-13 依建造年度分類觀察校舍建築的材料使用趨勢圖 ...69

圖 4-14 建築材料對學校建築耐震評估結果影響之數量比較圖 ...70

圖 4-15 校舍建築結構與是否補強之間的關係圖 ...72

圖 4-16 耐震能力資料庫之校舍總面積分佈圖(單位：平方公尺) ...74

圖 4-17 新增資料探勘模型之採礦結構 ...75

圖 4-18 資料探勘模型之採礦結構參數設定一 ...77

圖 4-19 資料探勘軟體建議之預測模型輸入變數 ...77

圖 4-20 資料探勘模型之採礦結構參數設定二 ...78

圖 4-21 資料探勘模型之採礦結構參數設定二 ...80

圖 4-22 資料探勘演算法之參數設定方式 ...81

圖 4-23 資料探勘演算法之執行方式 ...82

圖 4-24 資料探勘使用之五種採礦模型 ...83

圖 4-25 決策樹連續值預測模型之樹狀預測圖 ...89

圖 4-26 決策樹連續值預測模型之採礦圖例視窗 ...89

圖 4-27 決策樹連續值預測模型之相依性網路圖 ...89

圖 4-28 決策樹離散值預測模型之樹狀預測圖 ...92

圖 4-29 決策樹離散值預測模型之採礦圖例視窗 ...93

圖 4-30 決策樹葉節點鑽研查詢的操作示意圖 ...94

圖 4-31 決策樹葉節點鑽研查詢結果視窗 ...94

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圖 4-32 決策樹離散值預測模型之相依性網路圖 ...95

圖 4-33 貝式機率分類預測模型之相依性網路圖 ...96

圖 4-34 貝式機率分類預測模型之屬性設定檔 ...98

圖 4-35 貝式機率分類預測模型之屬性特性 ...99

圖 4-36 貝式機率分類預測模型之屬性辨識 ...100

圖 4-37 類神經網路連續值預測模型之屬性預測機率檢視 ...101

圖 4-38 類神經網路離散值預測模型之屬性預測機率檢視 ...102

圖 4-39 五種資料探勘預測模型之增益圖與理想模型之比較 ...104

圖 4-40 五種資料探勘預測模型增益圖之採礦圖例視窗 ...104

圖 4-41 預測「結果_不用補強」值為否之五種資料探勘預測模型增益圖 ..106

圖 4-42 預測「結果_不用補強」值為否之五種資料探勘模型採礦圖例視窗 106 圖 4-43 五種資料探勘模型之預測結果分類矩陣比較 ...108

圖 4-44 決策樹離散值參數縮減預測模型之採礦圖例視窗 ...112

圖 4-45 決策樹離散值參數縮減預測模型之樹狀預測圖 ...112

圖 4-46 決策樹離散值參數縮減預測模型之相依性網路圖 ...113

圖 4-47 兩種最佳資料探勘預測模型之增益圖與理想模型之比較 ...114

圖 4-48 兩種最佳資料探勘預測模型之增益圖與理想模型之比較 ...114

圖 4-49 兩種最佳資料探勘模型之預測結果分類矩陣比較 ...115

圖 4-50 簡易的校舍耐震能力評估系統之視窗軟體介面 ...116

圖 4-51 學校建築耐震能力評估系統之資料輸入情形 ...117

圖 4-52 學校建築耐震能力評估系統之預測結果輸出情形 ...117

圖 4-53 學校建築耐震能力評估系統之遺漏值輸入測試情形 ...118

圖 4-54 學校建築耐震能力評估系統之預測方法(METHOD)原始程式碼 ...119

圖 4-55 MICROSOFT SQL2008R2 驗證系統模型預測能力的方式 ...121

圖 4-56 MICROSOFT SQL2008R2 驗證系統模型預測能力的結果 ...121

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第一章緒論

第一節研究背景與動機

全世界近年來震災頻傳，過去 10 年間發生了 3 次傷亡慘重的震災，分別是 2010 年於海地的強震，造成約 30 萬人死亡；其次是 2004 年造成印度洋海嘯的印尼蘇門答臘海底地震，造成約 20 多萬人死亡；最後是 2008 年中國大陸的汶川強震，造成約 7 萬人不幸遇難。雖然上述的震災皆發生於開發中國家，應可歸咎於防災系統的不完備，但是 2011 年於日本東北發生的強震與海嘯，也造成了至少約 2 萬人死亡或失蹤，更引發了災難性的核洩漏事件。由此可知，就算是防災工作落實的先進國家，面對強震時仍然會造成難以彌補的傷害。因此，平時落實各項防災工作更顯得重要。

臺灣的地理位置正處於地球上最大且最活躍的環太平洋地震帶上，近年來不論是 2004 年印尼規模 9.0 地震、2008 年汶川規模 8.0 地震、2010 年智利規模 8.8 地震或是 2011 年日本規模 9.0 地震的發生都是屬於環太平洋地震帶的影響範圍。臺灣自從 1999 年 921 大地震之後，是否會出現更具毀滅性的震災，是居住在這塊土地上的人們必須去面對的問題。因此，我們必須以更嚴謹和務實的態度去落實防災的各項工作。

從歷次重大震災與 921 大地震的經驗中得知，許多人員死傷的原因是被倒塌之建築物壓、埋所造成的 (張憲卿，1999)，因此建築物的耐震能力就顯得格外重要。在校園中的建築物是屬於高密度使用之公共建築，如在使用中突遇強震傾倒，則傷亡必然不堪設想 (黃世建等，2012) 。例如 2005 年巴基斯坦 7.6 級強震之死亡統計中，約有 1 萬 9 千名學童因建築物倒塌而死亡，死亡率佔全校學生的 22%，另於 2008 年大陸汶川強震中亦造成約 5 千 3 百多名學生死亡。前述 2 次強震皆發生於上課期間，因此也造成了一個年輕的世代的喪失，這是令人難以承

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受的傷痛。所幸臺灣的 921 地震發生於非上課時間，否則依專家學者事後研究學校建築物的損害情形，很難想像會有多大的悲劇發生(陳錫慶，2005)。因此為避免類似的悲劇一再重演，我們應引以為鑒，不要讓臺灣再次發生這樣的不幸。所以，檢測和加強學校建築的耐震能力，已經是臺灣所面臨的重要議題。

有鑑於此，政府自 2009 年起，以振興經濟擴大公共建設投資方案的經費用於學校建築的耐震能力評估與補強的工作。但臺灣各級學校與其所屬建築物數量眾多，以公立高中職以下學校為例就有 3,621 所，其管轄之校舍建築高達兩萬多棟(黃世建等，2012)，在此一現實情形之下，要在短時間內進行全面性耐震能力評估與重建或補強的工作是十分的困難。因此政府決定採用國家地震工程研究中心(以下簡稱國震中心)的建議，先以初步評估與篩選的方式，評定耐震能力堪慮的建築，並採用經濟有效之補強工法進行補強，以解決全國學校建築耐震能力不足的問題(黃世建、蕭輔沛、邱聰智，2010)。

然而這一連串由國震中心所提出之耐震能力補強程序雖然十分完備，但卻需要花費大量政府預算，且對於耐震能力有疑慮之建物，必須經由政府採購程序招標後，由得標廠商所屬之專業工程人員，進行詳細評估作業，並經專業審查委員會通過後方能對評估建物之耐震能力作成定論。此一程序雖十分嚴謹精確，能避免誤判建物之耐震能力，但卻有花費大量時間和金錢的缺點。目前校舍耐震補強計畫於 2009 年至 2011 年 3 年間完成了 6,000 棟校舍的初步評估工作，花費 0.36 億新台幣。在詳細評估作業方面則完成 2,398 棟校舍的耐震能力評估，花費 12.15 億新台幣，平均每棟校舍評估花費 50 萬 7 千元，詳細說明資料如下表 1-1 所示。

但政府花費了 3 年的時間與 176 億的經費，仍然無法全面性評估全國超過兩萬棟的校舍之耐震能力。在臺灣這樣位於地震發生頻率極高的地區，假設仍有耐震能力不足的校舍存在於校園中但卻等不到政府補助的經費進行評估工作，一旦發生強震，其造成的傷亡後果將難以想像。

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表 1-1 我國政府經濟振興方案之校舍耐震補強計畫執行統計表西元年

項目

2009 年 2010 年 2011 年總計

初步評估 6,000 棟次

0.36 億無無 6,000 棟次 0.36 億詳細評估 1,560 棟次

5.89 億

850 棟次 3.06 億

888 棟次 3.20 億

2,398 棟次 12.15 億補強設計 450 棟次

1.71 億

650 棟次 2.42 億

311 棟次 1.39 億

1,411 棟次 5.52 億補強工程 423 棟次

58.0 億

620 棟次 61.2 億

368 棟次 38.54 億

1,411 棟次 157.74 億合計 65.96 億 66.8 億 43.13 億 175.89 億

a資料來源：黃世建等(2012)。

目前政府財政日益困難，而目前仍有超過半數之學校建築仍未執行基本的初步評估和後續的詳細評估工作，以確認其耐震能力是否能符合強震不倒的防災基本要求。在面對此一決定學校師生生命安全的情形下，與其等待政府能再次補助經費解決此一刻不容緩的問題，不如另覓不需花費大量金錢與時間的可行之道。

因此，本研究擬以資訊技術發展一套能快速評估學校建築物耐震能力的模式，又能兼顧評估結果的準確性，讓此一評估模式能簡易且大量使用於各級學校之中，

提供評估學校校舍是否有耐震能力的疑慮，並立即進行相關的防災處置，以提供學校師生一個安全無虞的環境，同時也能減少強烈震災所帶來的不幸與傷害。

第二節研究目的

由於目前人類在資訊科技的發展上有突破性的進展，因此早期無法面對大量資料進行快速處理與分析的問題如今都能迎刃而解。而政府自 2009 年起共花費了 176 億元的經費執行學校建築耐震補強工作的同時，在各學校也累積許多現有

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建築物的耐震能力詳細評估資料，而這些花費大量預算後由工程結構專家實地測量並依嚴謹程序模擬完成且經學術界專家審查核可之評估結果，是人類經驗與智慧的結晶。如果能搜集前述資料並建立起學校建築耐震能力評估資料庫，並以現今在各領域應用上皆十分成熟的資料探勘(Data Mining)技術加以分析和處理，就能從已知的知識基礎上找到預測新知識的模式。此一資料探勘技術結合現有知識庫的系統如果能完成並達到應有的預測準確度，就能解決實地勘查與系統模擬的評估方法所需耗費大量金錢與時間的問題，也能讓非工程專業的學校人員能快速與準確的了解建築物的耐震能力與如何進行防災應變的工作。因此本研究的目的為利用資料探勘的分類技術，以分析實際的專業詳細評估資料，建立最佳的學校建築耐震能力的預測模式，以期能達到事半功倍的成效，也能解決目前臺灣許多學校建築物仍無法進行耐震能力評估的困境。

根據以上的說明歸納出本研究的主要目的有下列二點：

一、將學校建築之耐震能力詳細評估資料建立成一學校建築耐震能力資料庫系統：

依據收集到各級學校實際執行政府補助之耐震能力詳細評估工作之成果報告內的相關資料，依據本研究的需求，進行案例資料整理、選取、清理、

轉換與資料的品質確認等工作後，建立一提供程式分析之資料庫系統。此資料庫將提供後續各項研究所需的資料。

二、建立學校建築耐震能力快速評估系統：

以資料探勘的各項演算法結合學校建築耐震能力資料庫建立各類分析模型，並調整各項分析參數以尋找最佳的耐震能力預測模式後，建立一快速評估之預測系統，以供學校非專業背景之防災管理人員能進行快速的學校建築耐震評估作業，讓學校建築耐震能力評估作業更省錢且快速，同時能保障更多學校生命財產的安全。

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第三節研究範圍及限制

本研究是以資料探勘的方式結合現有知識資料庫進行耐震能力的預測工作，其準確度難以達到百分之百。若資料探勘模型或參數過度訓練以提高系統封閉測試的預測力，反而會造成過度匹配現象(張云濤、龔玲，2012)，此將會影響系統預測的推廣能力。因此本研究將系統預測準確度定為符合簡單快速預測的模式所需，但是如果需更嚴謹的建築耐震能力評估，仍須由專業人員依更嚴謹的工程分析模式進行評估工作。

學校建築物是國家教育的實施場所，在發生緊急災難時，也可以是居民避難的主要處所(張景周，2007)，由此可見其建築耐震能力的重要性。但由於大部分學校建築結構的型式與一般建築物並不相同，學校建築的形式與基本資料相對於一般建築而言較為單純且統一，因此在資料分析上較能以資料探勘的方式找尋共通預測模型。相對的一般建築物的形式多有不同的特色，因此在資料探勘的分析上可能會面臨分析準確度無法滿足實際需要(潘泰成，2008)。因此本研究以典型學校建築做為研究與分析對象，而近來部分新建之學校特色建築在設計上已和典型建築差異頗大，故不屬於本研究的應用範圍。

在研究中將嘗試以資料探勘應用中常用的決策樹、貝式網路與類神經網路 3 種預測演算法進行預測系統模型的建置，其他的演算法因在其條件限制較不適合應用在預測上，故不列為本研究的討論範圍之內。

第四節論文架構

第一章為緒論，說明本研究之動機、範圍、目的等…；第二章為文獻回顧，

將蒐集與本研究相關之文獻進行分析與探討；第三章為研究方法，包含研究架構、流程、工具、對象與實施方式的介紹；第四章為資料分析結果，將陳述資料

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探勘的各項分析資料、展示耐震能力評估系統建置與驗證結果；第五章為結論與建議，其內容為說明研究的結論，並對後續研究提出建議。

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第二章文獻回顧

第一節中小學學校建築特性與耐震能力

臺灣為因應自 1968 年起推動之九年國教政策所產生的中小學校舍不足之問題，必須在短時間內大量興建學校校舍，以提供因九年國民義務教育實施而產生的大量就學學生所需。為配合此一政府政策，民國五十五年臺灣省政府教育廳發布了國民中小學「教室設計標準圖」，提供一個興建校舍快速且可依循的標準(鍾立來等，2005)，這也是目前現存許多老舊校舍具有相似結構與外貌的原因(許丁友等，2003)。同時政府也增列許多經費挹助於興建學校校舍之用，例如於民國六十到七十年的發展與改進國民教育五年計畫投資 54 億元、民國七十二到七十七年的發展與改進國民教育六年計畫投資 627 億元、民國七十八到八十三年的發展與改進國民教育第二期六年計畫投資 452.6 億元等(湯志民，2006)。但因需要興建的校舍眾多，經費卻無法一次滿足大部分學校的需要，因此中小學的校舍建築多有分期增建，建物老背少的情形，且經多位專家學者的實際調查統計證實此為多數老舊校舍的建築特性(許丁友等，2003) (陳錫慶，2005) (王瀅翠、張嘉祥、

陳嘉基、吳建邦，2006)。

在 1999 年 921 集集地震發生之前，臺灣政府與學界對於中小學校舍建築結構與耐震力的研究較少，早期的研究如國立成功大學許茂雄、張嘉祥、姚昭智、

劉玉文(1993)接受臺南市政府委託所進行之臺南市國民中小學及幼稚園學校建築結構安全評估報告，其內容針對臺南市所轄學校建築共 133 棟進行完整的耐震初步與詳細評估工作。其結果發現不符合嘉南地區地震危害度標準之建物共 119 棟，由此可知當時的臺灣學校建築的耐震能力已十分堪慮。在經過 1998 年嘉義瑞里地震之後，許多建築因地震而損壞，也促使學者提出如何提升建築耐震力的改善對策與建議(張嘉祥、陳嘉基、王貞富，1998)。

(20)

直到臺灣 921 地震發生，產生了臺灣近年來最嚴重的地震災害。中部地區的學校有近半的校舍倒塌或嚴重受損，在全國也造成了 786 所學校建築受損，估計所需要的重建經費約為 400 億元(邱聰智等，2008)。正因為 921 震災的教訓如此慘痛，為了避免悲劇的再次發生，政府與全國學界開始重視現有學校建築的結構與耐震力的問題。因此，各項研究就如同雨後春筍般的展開，也讓臺灣中學校舍的建築結構特性與耐震能力能被全面性的研究和檢視。本研究彙整 921 震災後學者專家實際調查現存中小學學校建築特性與耐震能力的相關研究，將其條列如下表所示（見表 2-1）：

表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000年以後) 作者(年代) 研究對象研究結果張嘉祥、許茂

雄(2000)、呂國維(2001)

嘉南及高屏地區二十所學校共九十二棟校舍

1. 建築平面形狀常規劃成簡單的一字形。

2. 因後續增建而使建築平面形狀而逐漸演變成 L形、U形、H形、十字形。

3. 走廊配置方式可分為單邊懸臂走廊、雙邊懸臂走廊、有廊柱單邊走廊、有廊柱雙邊走廊、中間走廊。

4. 依單元教室柱配置型式可分為長向兩跨、長向三跨兩類型。

5. 校舍常見屋頂形狀有平屋頂、斜屋頂、

曲面屋頂、折版屋頂等，其中又以平屋頂比例最多。

6. 依結構材料區分，大部分為鋼筋混凝土造(RC造)，木造或純磚造已很少。

許丁友、鍾立來、廖文義、

邱建國、簡文郁、周德光 (2003)

臺灣北、中、南部七個縣市選取共計二十六棟校舍

1. 校內建築欠缺整體規劃，多數為視經費及需求情況而任意增建，以致建築結構系統混亂而難逃強震崩塌的命運。

2. 建築多數依據民國五十五年發布的標準圖來作設計，教室為一長排相連，教室外走廊外側無柱，建築傾向於縱沿走廊方向破壞或崩塌。

3. 多數建築為民國 60 年至 80 年間興建，

早期興建者，其耐震能力普遍不足。

續下頁

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續表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000年以後) 作者(年代) 研究對象研究結果許丁友、鍾立

來、廖文義、

邱建國、簡文郁、周德光 (2003)

臺灣北、中、南部七個縣市選取共計二十六棟校舍

1. 建築為採光的的需求，在縱沿於走廊的方向缺乏牆面並大量兩側開窗，易形成短柱之剪力破壞。

2. 建築有柱內埋管、箍筋不足、立面或平面不規則等特性，影響耐震能力。

陳錫慶(2005) 南投縣 111 所學校 223 棟校舍

1. 80%校舍多為民國 71 年到 78 年間興建。

2. 校舍為 1 到 3 層樓，其中 2 層樓最多。

3. 其中有 192 棟多次增改建之老背少校舍。

鍾立來等 (2005)

臺北縣市 361 所國民中小學 1554 棟校舍，其中臺北市有 708 棟，臺北縣有 846 棟校舍

1. 統計出一般學校建築較廣泛的典型形式，如一字型校舍、為求更多活動空間而多懸臂走廊、柱子內均有埋置排水及給水管線、沿走廊之校舍長向上因採光而缺乏足夠的牆量，使窗台柱趨向剪力破壞。

2. 統計資料顯示典型校舍長度分佈範圍為 20 至 80 公尺，大約是 2 至 7 間敎室長；

深度分佈範圍為 10 至 15 公尺；樓層數為 5 層樓以下；走廊型式為單邊走廊或雙邊走廊且廊外無柱；教室跨距為 2 至 3 跨；年代以民國 73 年以前無耐震設計規範時代興建的校舍數量為最多，故大部分校舍的耐震能力堪慮。

王瀅翠 (2005) 、王瀅翠、張嘉祥、

陳嘉基、吳建邦(2006)

臺南縣 48 所國民中小學之 97 棟老舊校舍，建齡大部分在 30 年以上。

1. 校舍建齡大部分在 30 年以上。

2. 校舍分期興建情形普遍。

3. 樓層數為 1 到 3 樓，以 2 層樓最多。

4. 屋頂形式以平屋頂佔絕大多數。

5. 有九成校舍為單邊走廊，其中懸臂型式 (無廊柱者)佔 59%。

6. 教室長向跨度為 2 至 3 跨。早期校舍以 3 跨為主，民國 50 年後期 2 跨的形式漸增。

7. 在實施九年國教之後，大量依據標準平面興建的校舍為三層樓高、RC折板屋頂、單邊懸臂走廊、長向兩跨度與RC柱樑框架結構。

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續表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000 年以後) 作者(年代) 研究對象研究結果王瀅翠

(2005) 、王瀅翠、張嘉祥、

陳嘉基、吳建邦(2006)

臺南縣 48 所國民中小學之 97 棟老舊校舍，建齡大部分在 30 年以上。

8. 校舍常見之結構損壞情形為有裂縫及滲水情形。

9. 早期的教室柱旁有磚造翼牆。後來的校舍則為增加採光面積與節省材料等因素減少或取消翼牆設置。

10.校舍常因需求而做壁體改變，以拆除隔間牆的情形最多。

11.研究樣本中有 60 棟校舍耐震能力有疑慮，需補強。

陳雅婷、江文卿、黃世建 (2005)、陳雅婷 (2006)

國震中心全國校舍簡易調查作業彙整之資料庫、許茂雄等(1993)建立之臺南市中小學校舍資料庫

1. 校舍沿走廊方向（長向）為結構弱向，

在長向之牆壁，因實用需求而有許多開口，其牆壁面積數量較少，導致在震害時柱子易沿長向發生破壞，因此產生強樑弱柱之行為，與現行耐震設計中所要求之強柱弱樑之行為不符合。

2. 校舍單位面積之柱量比偏低。

3. 部分校舍因施工品質不佳，支撐柱非韌性配筋，易導致脆性破壞。

4. 混凝土鑽心抗壓強度偏低。

5. 支撐柱易受窗台影響，導致短柱效應。

葉貝羚(2007) 南投縣之 157 棟校舍典型中小學校舍

1. 研究統計結果發現樣本校舍具有明顯的同質性，如大部分校舍為 2 層樓、3 跨教室、單側懸臂走廊與相似的校舍深度。

2. 研究中的典型校舍多為 3 跨或 2 跨、走廊形式以單邊走廊為主，少數為雙邊走廊，走廊無柱為多數。樓層數為 1 到 5 層。校舍長度以 20～80m 之間為多數。

校舍深度多為 9~11m 之間。

許智豪(2007) 宜蘭縣 86 所學校與 437 棟校舍、

國震中心全國校舍簡易調查作業收集到宜蘭縣 315 棟校舍資料

1. 校舍的構造形式以鋼筋混凝土為主，佔 90 %。

2. 樓層數為 1 到 5 層樓。1 到 3 層樓校舍占 87%，故校舍大部分屬於低矮型。

3. 1990 年以後所建造的校舍占 68 %，故老舊的校舍較少。

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(23)

續表 2-1 臺灣中小學學校建築特性與耐震能力之相關研究(2000 年以後) 作者(年代) 研究對象研究結果蘇耕立(2008) 國震中心全國校

舍簡易調查作業彙整之資料庫；臺南市、南投縣中小學校舍資料庫

1.校舍長向(走廊方向)為結構上之弱向。

2.校舍崩塌或嚴重損壞集中於底層。

3.含有懸臂走廊的校舍較容易損壞。

4.校舍之窗台柱損壞較嚴重。

5.相鄰之校舍會產生擠壓碰撞效應。

林琨偉 (2011)、鍾立來等(2012)

研究選取國震中心校舍耐震資訊網收錄之全國校舍初步評估資料中於民國 88 年以前建造 2306 所國中小學校之 8309 棟校舍資料。

1. 國中小校舍之平均樓層數為 2.5 層，且多為 2 到 3 層樓，比例為 70.0%。

2. 80%校舍單棟 1 樓樓地板面積在 110 至 1054 ㎡之間，即約 1 至 10 間教室大小。

3. 80%校舍單棟總樓地板面積在於 182 至 3240 ㎡之間，即 2 至 32 間教室。

4. 校舍之平均年齡為 26 年，樓層數愈低，

屋齡愈高。於民國 73 年前尚未引入結構耐震設計規範前建造之校舍有 2757 棟。

5. 校舍多為平面及立面規則之結構，且多為走廊外無柱，佔 72%。另外短柱現象亦普遍，佔 68%。

6. 經統計分析，47.3%之校舍確有耐震疑慮，18.3%略有疑慮，34.4%暫無耐震疑慮。一層樓校舍之平均耐震指標最高，

而三、四層樓校舍最低。

宋嘉誠(2011) 國震中心全國校舍詳細評估作業彙整之校舍耐震資料庫中 4518 棟校舍

1. 校舍建築多數呈一長排相連之樣式。

2. 校舍長向抵抗側力之牆量十分稀少。

3. 校舍之柱設計常屬非韌性配筋，導致校舍之破壞模式常為一樓沿長向之短柱剪力破壞。

丁菁怡(2012) 臺南市及高雄市內所執行耐震詳細評估之中小學校舍進行資料調查及統計，共 25 棟校舍

1. 校舍結構為 2 至 3 跨構成的教室沿走廊方向排列成一字形。

2. 校舍短向教室的隔間牆多，耐震性較強。

3. 校舍的正立面與背立面，為了採光與通風所需而採大面積開窗，因此減少壁量。

4. 校舍建築平面形式與耐震結構上缺失，

為 921震災中校舍受創嚴重的原因之ㄧ。

a資料來源：研究者自行整理

(24)

综合上述的研究資料，本文將歷年來多位專家學者對實際調查現存中小學學校校舍建築特性與耐震能力的重點歸納如下：

一、在建築特性方面：

(一)學校建築較廣泛的形式為一字型(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，

2001)、(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(宋嘉誠，2011)、(丁菁怡，2012)。

(二)校舍以 2 層樓比例最高，大部分的校舍多為 1 到 3 層樓高 (陳錫慶，

2005)、(王瀅翠，2005)、(許智豪，2007)、(林琨偉，2011)。

(三)走廊配置以單邊懸臂走廊(無廊柱)最普遍(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，2005)、(葉貝羚，2007)、(林琨偉，2011)。

(四)在校舍長向(沿走廊)的方向缺乏牆面並大量兩側開窗，有窗台柱(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)、

(林琨偉，2011)、(宋嘉誠，2011)、(丁菁怡，2012)。

(五)教室的柱配置型式可分為長向兩跨、長向三跨兩種類型(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，2005)、

(葉貝羚，2007)、(丁菁怡，2012)。

(六)屋頂形狀以平屋頂比例最多(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、

(王瀅翠，2005)。

(七)建築結構與材料以鋼筋混凝土(RC)柱樑框架結構比例最高(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(王瀅翠，2005)、(許智豪，2007)。

(八)欠缺整體規劃，校舍多有分期增、改建的情形(許丁友等，2003)、(陳錫慶，2005)、(王瀅翠，2005)。

(九)建築有柱內埋管、箍筋不足、混凝土強度不足等特性(許丁友等，2003)、

(鍾立來等，2005)、(陳雅婷，2006)、(宋嘉誠，2011)。

(十)多數校舍為民國 73 年以前無耐震設計規範時代興建(鍾立來等，

2005)、(王瀅翠，2005)、(林琨偉，2011)。

(25)

二、在現有耐震能力方面：

(一)校舍長向(沿走廊)缺乏牆面並兩側開窗易形成窗台柱之短柱剪力破壞，

為結構上的弱向 (呂國維，2001)、(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、

(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)、(林琨偉，2011)、(宋嘉誠，2011)、

(丁菁怡，2012)。

(二)有懸臂走廊的校舍會降低其耐震能力，有廊柱之雙邊走廊耐震能力佳(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，

2005)、(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)、(林琨偉，2011)

(三)校舍多存在強樑弱柱的行為，易造成剪力型破壞而崩塌或嚴重損壞於校舍底層(陳雅婷，2006)、(蘇耕立，2008)。

(四)建築多有柱內埋管、箍筋不足、混凝土強度不足等問題會降低其耐震能力(呂國維，2001)、(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(陳雅婷，

2006)。

(五)教室的柱配置為長向三跨者耐震能力較高(張嘉祥、許茂雄，2000)、 (呂國維，2001)、(王瀅翠，2005)。

(六)校舍間應有適當隔離縫以避免擠壓碰撞效應(呂國維，2001)、(陳雅婷，

2006)、(蘇耕立，2008)。

(七)校舍柱量比偏低，柱單位載重過高容易崩塌(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(陳雅婷，2006)、(葉貝羚，2007)。

(八)早期興建或於民國 73 年以前無耐震設計規範時代興建之校舍其耐震力普遍不足(許丁友等，2003)、(鍾立來等，2005)、(王瀅翠，2005)、(林琨偉，2011)。

(九)校舍的分期增、改建或是擅自改變壁體(隔間牆)會影響結構系統，降低其耐震能力(呂國維，2001)、(許丁友等，2003)、(陳錫慶，2005)、(王瀅翠，2005)。

(26)

由於臺灣處於亞熱帶型海島氣候，環境較為濕熱，同時更考慮到學生的視力保健與通行安全，因此學校建築設計以通風和採光佳、通道出口大為考慮的重點。在這樣的背景因素之下，校舍設計因此而傾向於平面形狀為一字形，教室在長向沿走廊方向為大量開窗與通道而減少了牆壁量，形成長向壁量不足和窗台柱多的特色；也因為節省經費和通行方便而大量使用無廊柱之單邊走廊設計。這些設計方式也呈現在政府於民國 54 年出版之「國民學校設備標準」與民國五十五年發布的國民中小學校舍標準圖中(王瀅翠，2005) (鍾立來等，2005)。而當年為了實施九年國民義務教育與配合政府的政策與規定，大量校舍建築均採用前述的設計方式施工，故葉貝羚(2007)的調查研究中即發現，南投縣研究校舍樣本具有明顯的同質性，有相同的建築特性與相似樣貌。

但是這些建築特性卻成為學校校舍在耐震能力方面的致命傷，如張嘉祥、許茂雄(2000)的研究中指出，臺灣的學校建築在面臨強震時常會產生非常嚴重的損壞，民國八十七年的嘉義瑞里地震中，學校建築的損壞情形遠遠超過一般建築物。丁菁怡(2012)的研究中亦指出，校舍建築在平面形式與耐震結構上缺失，造成 921 震災中校舍受創嚴重的結果。王瀅翠(2005)的研究中發現其 97 棟研究樣本中有 60 棟校舍耐震能力有疑慮。林琨偉(2011)對於 88 年以前建造之 8309 棟校舍資料的研究中亦發現，47.3%校舍的耐震能力確有疑慮，18.3%略有疑慮。

此外，趙宜峰等(2012)與江鳳玲(2011)的研究中均指出，每次臺灣發生震災時，

學校建築的破壞十分明顯，經研究歷次震災調查報告，發現雖然學校建築之設計耐震力較一般建築高出四分之一(黃世建、蕭輔沛、邱聰智，2010)，但其於震災中產生的破壞卻比其他類型之建築物較為嚴重。以上多位學者專家的研究結論都再次證明臺灣中小學學校校舍建築特性使其耐震能力產生嚴重不足的現象，所以必須儘快全面性進行校舍建築的耐震評估和補強工作，以避免歷次震災的悲劇再次發生。

本研究以典型中小學學校建築做為研究與分析對象，以資料探勘的分析模式，期盼建立一快速分析學校建築之實際耐震能力之模式，以改善目前學校校舍

(27)

耐震力不足的問題。在許丁友等(2003)的研究中，已出現典型校舍一詞，其文中雖然沒有明確定義何為典型校舍，但是從文中可判斷其對於典型校舍的定義為低矮型式之鋼筋混凝土造建築，其形式多為數間教室並排相連，且呈現一字形的平面配置之長向校舍建築。至於活動中心、體育館或禮堂等建築形式並非前述樣式，就不屬於典型校舍的範圍。之後典型校舍一詞就陸續出現於後續的研究資料中，以下將相關研究對典型學校建築的定義整理條列如下表所示（見表 2-2）：

表 2-2典型學校建築定義之相關研究

作者研究主題對典型學校建築之定義許丁友等

(2003)

國民中小學典型校舍耐震能力初步評估法

低矮型式之鋼筋混凝土造建築，其形式多為數間教室並排相連，且呈現一字形的平面配置之長向校舍建築。校舍分期興建、

柱內埋管、箍筋不足、窗台及氣窗造成柱發生剪力破壞等因素是典型校舍耐震不足的主因之ㄧ。

鍾立來等 (2005)

國民中小學典型校舍耐震能力之簡易調查

研究大量的學校建築資料，統計出一般學校建築較廣泛的典型形式。其結果為校舍多為長向 20 到 80 公尺，短向平面 10 到 15 公尺，型式為一字型、樓層為 5 層以下、

懸臂走廊型式最多、教室跨距多為 2 到 3 跨、興建年代多為無耐震設計規範時代，

其他定義與許丁友等(2003)相同。

陳錫慶(2005) 南投縣校舍震害資料調查與耐震能力初步評估

研究中採用許丁友等(2003)定義

陳雅婷(2006) 中小學校舍震害及結構特性

研究中藉由國震中心全國校舍簡易調查所建立到的資料庫與許茂雄等(1993)建立的臺南市中小學校舍資料庫定義典型校舍之結構性質，結果為典型校舍柱量比偏低、

混凝土鑽心抗壓強度偏低、柱桿件為非韌性配筋、校舍長向(走廊方向）為結構弱向且有剪力型房屋行為、崩塌與嚴重損壞將集中於底層、含懸臂走廊校舍較易損壞、

窗台柱損壞嚴重。

續下頁

(28)

續表 2-2 典型學校建築定義之相關研究

作者研究主題對典型學校建築之定義葉貝羚(2007) 臺灣典型校舍震損

資料庫與耐震評估分析

典型校舍教室沿著單側或雙側走廊方向排列成一字形，校舍短向有多面隔間牆，耐震性較強；長向雙面大量開窗、壁量太少，

因此成為耐震弱向，也有 RC 建築常見的強梁弱柱與短柱效應。其教室結構多為 3 跨或 2 跨、走廊無柱。校舍樓層數為 1 到 5 層、長度以 20～80m 之間為多數、校舍深度多為 9~11m 之間。

邱聰智等 (2008)

典型校舍耐震補強設計與驗證

研究中採用許丁友等(2003)定義林琨偉(2011) 國中小校舍結構耐

震能力初步評估之統計分析及現地驗證

研究中指出典型校舍平面配置為一字型，

教室間有隔間牆，牆量集中於垂直走廊之方向，為耐震強軸。反之，沿走廊方向有大量門窗，牆量極少，形成耐震之弱軸。

而非典型校舍牆量配置較均勻，前述之強弱軸較不明顯。

宋嘉誠(2011) 臺灣中小學校舍結構耐震安全柱量比之研究

研究中採用許丁友等(2003)定義

丁菁怡(2012) 校舍建築耐震初步評估法效益研究 - 以臺南市及高雄市為例

中小學校舍因使用機能要求，所形成之典型建築平面與結構系統特徵為：以 2 到 3 跨所形成的教室沿走廊方向(長向)形成一字形，長向因大面積開窗而減少壁量，耐震力差；校舍的短向則有較多的隔間牆，

有較強的耐震能力。

歸納上述的研究資料，可發現大部分的學者對典型校舍的研究結果與定義皆與許丁友等(2003)的研究相似。因此，本研究也採用前述研究的成果，將本研究範圍中的典型校舍定義如下：

一、校舍的平面配置為一字型之長向建築，其他如活動中心、廚房、宿舍、體育館或禮堂等建築形式並非一字型者為非典型校舍。

二、校舍樓層數為 5 樓以下，其結構材料為加強磚造或 RC 柱樑框架結構。

(29)

三、校舍教室結構多為 3 跨或 2 跨，教室之間有隔間牆，牆量集中於垂直走廊之方向。而沿走廊方向有大量門窗，牆量少，其耐震行為反應有強梁弱柱與短柱效應，具有剪力型房屋的模式。

本研究將基於以上對典型校舍的定義，對於收集到的臺東縣校舍耐震能力詳細評估資料進行一初步的資料篩選工作，排除非典型校舍的資料，以大部分校舍所具備的典型型式進行分析，以利使用資料探勘的方式找尋共通預測模型。

第二節建築結構物耐震評估現況

依據前人的實際調查研究，學校校舍建築目前以鋼筋混凝土(RC)柱樑框架為主結構比例最高(張嘉祥、許茂雄，2000)、(呂國維，2001)、(王瀅翠，2005)、(許智豪，2007) (鍾立來等，2012)，因此，現今臺灣所使用的主流的校舍耐震評估方法皆源自於國內外許多學者所發展之鋼筋混凝土結構物耐震能力評估方式。在 921 地震之後，許多國內學者專家紛紛投入學校建築之耐震力評估與補強方式研究，經過許多研究對於前人提出之校舍耐震評估法的建議和修正，使得目前的評估方式之可信度更高。以下將前人對可適用於鋼筋混凝土耐震評估法的研究歸納整理如下表所示（見表 2-3）：

表 2-3 常見可適用於鋼筋混凝土建築耐震能力評估法之相關研究

主題(作者，年代) 耐震評估法重點描述其他說明鋼筋水泥建物震

害分析 (Park, Y.

J., Ang, A. H-S.,&

Wen, Y. K. ， 1985)

作者以損害指標 D 表示建築物構件的震害程度。如果 D 大於或等於 1 表示建物完全破壞，D 等於 0 表示建物尚在彈性範圍。

此指標包含建物變形與能量因素。

續下頁

(30)

續表 2-3 常見可適用於鋼筋混凝土建築耐震能力評估法之相關研究

主題(作者，年代) 耐震評估法重點描述其他說明 FEMA

-154(FEMA，

1988)

1. 以現地目視觀察為評估工具的方法。

2. 快速評估法，要求於 15 分鐘內完成。

3. 評估給分方式以發生某地震大小機率建立基本分數，再以建物實際外觀架構扣分，分數低於 2 分就必須進行更詳細的評估。

1. 可適用於非 RC 造之建築物 2.屬於震災前建物耐震能力快速評估法。

鋼筋凝土建築物耐震診斷基準(日本建築防災協會，1990)

1. 提出以結構耐震指標 Is評估RC建築物的耐震力。

2. 耐震力診斷分為一次診斷法、二次診斷法、三次診斷法三個階段。診斷次數愈多，結果愈精確，但也較耗時。

Is 值愈高表示建築物的耐震性能愈佳。，對象以 6 層以下房屋為主。

震後耐震能力判斷基準（日本建築防災協會，1991）

1. 先判斷建物中各垂直材料的損壞程度，以決定該棟建物的危險程度。

2. 再計算建物其他部分的損壞程度(被災度) ，如結構沉陷、傾斜度，及剪力牆等結構體損害狀況。最後以被災度最高者決定之。

屬於震災發生後建物耐震能力快速評估法。

臺南市學校建築結構安全評估報告(許茂雄等，

1993)

以內政部建築研究所推廣之初步評估第一種方法、初步評估第二種方法、詳細評估法進行實際校舍評估驗證。

評估結果為 90%

之校舍不符合嘉南地區耐震標準。

美國應用科技委員會 ATC-40 的建物耐震力診斷方法(Applied Technology Council，1996)

1. 以需求曲線圖(Demand Diagram)與建物容量曲線圖(Capacity Diagram)，求得交點為其崩塌的需求點 (Demand Point)，進而判定建物的韌性是否足夠

。

2. 前述兩曲線若交會，表示建物在該加速度時不會崩壞。若無交點則表示會崩壞。

需求曲線由設計反應譜與阻尼比獲得，建物容量曲線則由非線性推垮曲線法 (Pushover

Method)獲得。

校舍規劃的耐震評估表(張嘉祥等，1998)

適用於校舍建築的耐震評估表，以定性的方式進行評估，評估內容分成結構、基礎與地盤和非結構三個部份。

表中分為良好、

普通、待改善三個等級。

續下頁

(31)

主題(作者，年代) 耐震評估法重點描述其他說明鋼筋混凝土建築

物耐震能力初步評估法與簡單計算耐震能力初步評估法（蔡益超、

陳清泉，1999）

1. 評估工具為「建築物耐震能力初步評估表」。

2. 表中共 18 項參數，各參數再分成數個子項，計算數個子項之加權數乘以配分之和即是該參數之評分。各參數得分之和為總分。

3. 簡單計算耐震能力初步評估法為計算影響耐震能力最重要的八項因素和震區水平加速度係數之乘積得到建物之崩塌地表加速度(耐震能力)。

總分為 100 分，

如建物評估總分大於 60 分時，其耐震能力為確有疑慮，應立即進行詳細評估工作。簡單計算法可計算出崩塌地表加速度。

耐震能力詳細評估法（蔡益超、陳清泉，1999）

1. 調查建物實際之構造尺寸與配筋，計算其強度與韌性。

2. 配合建物彈性地震之分析，計算建築物之崩塌地表加速度。

運用 ETABS 軟體計算各樓層之崩塌地表加速度。

以 RC 柱與結構牆面積的簡單診斷公式(Mete A. S.，

1999)

研究中展示一 RC 柱與結構牆的面積為參數之診斷公式，就能快速判斷建築物所擁有的耐震能力。

無

學校建築耐震能力之簡易評估法

（廖文義、柴駿甫，2000）

提出由底層的柱牆決定地震時建築物是否倒塌的假設，以此假設將複雜之極限層剪力計算簡化，使其能用於快速評估，其用於初步評估較適合。

使用目的為對校舍建築之耐震能力進行初步篩選。

學校建築快速耐震診斷法（郭心怡，2000）

1. 此方法由實驗結果獲得，可分成三個診斷法：一次診斷法、二次診斷法，

及三次診斷法。

2. 其目的都是為得到建物之崩塌地表加速度。

三次診斷為靜態推垮曲線法，前提須假設建物為剪力屋架。

學校建築耐震能力診斷流程(呂國維，2001)

提出一流程圖作為學校建築耐震能力診斷使用，對於初步評估不合格之建築再進行較詳細的評估。

提出以壁量比與柱單位載重為判斷標準之的耐震力初步評估方法

續下頁

(32)

主題(作者，年代) 耐震評估法重點描述其他說明典型校舍耐震能

力初步評估法(許丁友等，2003)

1. 評估低矮的RC造之典型中小學校舍，

使可能於 475 年迴歸周期之設計地震力下倒塌之建築能被篩選出來。

2. 依據典型校舍常見之耐震結構弱點、

歷年震害報告與實驗數據，提出更簡便、客觀且有效之表格化評估方法。

3. 本方法經二十六棟校舍資料驗證顯示此初步評估法之可信度極佳。

評估時不需調閱建築設計資料或進行鑽心取樣。

其耐震能力主要由耐震指標 Is 來決定。本方法亦為為國震中心之校舍耐震能力初步評估法。

國民中小學典型校舍耐震能力之簡易調查法(鍾立來等，2005)

1. 本方法為參考並修正許丁友等(2003) 之典型校舍耐震能力初步評估法之後，提出一適用於非土木工程專業背景之人員能填寫之學校建築耐震能力簡易調查表。

2. 相對於初步評估法較為簡易且保守，

適用範圍為低矮之RC造典型校舍建築，並以一字型為校舍分析之單元。

已進行全國性調查，由各校總務人員填寫。其所使用之耐震指標 Is，求取公式為初步評估法簡化得之。

耐震能力初步評估法比較 ( 陳錫慶，2005)

比較內政部建築研究所與國震中心所提出的初步評估法，發現國震中心的比較有鑑別度，內政部的方法無鑑別度，太過保守。

以南投縣校舍震害調查資料做驗證

中小學老舊校舍結構調查研究(王瀅翠，2005)

對於老舊校舍之耐震能力，提供一初步簡便的調查流程及篩選機制。

臺南縣內中小學老舊校舍為研究對象

建築物耐震能力詳細評估法(蔡益超、宋裕祺、謝尚賢，2005)

依據性能設計的原則，採用 ATC-40 的非線性側推分析及容量震譜法進行建築物耐震能力評估，並開發視窗化程式 SERCB 為評估工具。

此方法為內政部建築研究所委託開發

中小學校舍結構耐震能力評估之研究 ( 陳雅婷， 2006)

採用內政部營建署所頒佈之建築物實施耐震能力評估方案進行評估，針對鋼筋混凝土柱之側力位移曲線，利用解析的公式來取代部分經驗公式，以評估柱之勁度與強度，也加入考慮柱之崩塌行為。

假設校舍為剪力型房屋架構

續下頁

(33)

主題(作者，年代) 耐震評估法重點描述其他說明典型校舍簡易耐

震力評估公式(葉貝羚，2007)

利用研究校舍資料比較自行提出簡易耐震力評估公式與國震中心的初步評估法，發現國震中心的評估法使用上保守度不足，自行提出的公式預測結果保守，但篩選度略低。

建議修正國震中心 ( 鍾立來等， 2005) 所提出的初步評估法中小學校舍結構

耐震能力初步評估方法(蘇耕立，

2008)

建立之校舍模型作為比較簡易推垮分析方法與國震中心初步評估法優劣的樣本，再對初步評估法做修正之建議。其建議修訂相關參數，使國震中心初步評估能更符合實際的需求。

依據國震中心全國實際校舍調查資料，建立研究校舍模型。

國震中心耐震能力詳細評估法(鍾立來等，2008)

此方法參考 ATC-40 的容量震譜法，使用非線性側推分析，取得建物容量曲線 (capacity Curve)圖，再根據容量震譜法 (capacity spectrum method)，取得耐震性能曲線(Performance curve)圖。最後依建物的耐震需求，求得建物之最大地表加速度。

建物之最大地表加速度和 475 年迴歸期設計地震之最大地表加速度比較後即可決定是否補強。

國內現行耐震評估法之比較研究 (翁駿民，2010)。

比較國震中心(NCREE)及內政部建築研究所(SERCB)所發展之耐震能力詳細評估法後發現在結構混凝土強度較低時，國震中心的評估法較保守，當混凝土強度較高時則相反。

研究建議採用變形調諧側推力迭代法搭配進行耐震評估，將能有效提升準確度。

以 921 校舍震害驗證耐震詳細評估方法(葉勇凱、蕭輔沛、曾立明， 2010)。

經研究證實國震中心的耐震詳細評估方法，能達到篩選需補強校舍之功能。以詳細評估法得到的建物性能目標地表加速度如大於場址最大地表加速度，對應實際資料的校舍震損程度皆低於中害。

以 35 棟集集地震校舍震害資料庫作為研究模型

中小學校舍耐震安全柱量比之研究(宋嘉誠，2011)

提出一快速保守之校舍耐震能力初步診斷公式，也將研究建議之安全柱量比與相關文獻作驗證比較。

無

校舍耐震初步評估法研究 ( 丁菁怡，2012)

研究顯示國震中心耐震能力初步評估法雖然快速，但過度不保守，仍有更進一步之修訂空間。

研究也提出初步評估法之修正建議。

(34)

歸納前人的研究成果可知，目前早期學者所發展的耐震評估的方式為引進美國或日本的評估理論和模式，再依據臺灣學校建築結構特性進行細部參數或是公式修正而得。921 震災後，政府也積極推動建築物相關耐震法規的修正與制定相關建築耐震能力評估的標準模式。例如，內政部於 2006 年修正之「建築物耐震設計規範及解說」中首次將現有建築物的耐震能力評估與補強相關規定納入規範，其目的除要求新建建築物須達最新耐震設計規定外，對於現有建築物耐震能力評估與補強也有專章加以規定。此外，也增訂建築物的設計地震力需求主要是以迴歸期 475 年的地震水準為標的的條文。而營建署於 2008 年 12 月 30 日修正之「建築物實施耐震能力評估及補強方案」中更清楚說明建築物耐震能力評估的方式及補強基準，因此內政部建築研究所也配合此一政府政策，彙集蔡益超等 (2005)歷年來的研究成果，於 2009 年編訂出版「鋼筋混凝土建築物耐震能力評估手冊」（第 1 版）(需配合 SERCB 程式分析)，其內容是採用容量震譜法來進行耐震能力評估，目前是臺灣專業人士執行 RC 建築物耐震詳細評估與補強的重要參考工具之ㄧ(蔡益超等，2009)。由於目前許多建築正進行相關耐震評估工作，該版本亦不斷接受專家學者的建議進行修正，於 2012 年 4 月出版第 2 版(林建宏等，2012），讓更多專業技師能正確地評估建築物耐震能力，確保建築物耐震安全性。

由於 2005 年巴基斯坦強震與 2008 年大陸汶川強震雙雙造成大量校舍倒塌與師生傷亡的悲劇，因此教育部在 2009 年 8 月 31 日修正「國民中小學老舊校舍整建作業規範」，並爭取到「振興經濟擴大公共建設特別預算」後，對 921 地震以前興建之學校建築全面進行耐震能力評估，並對於耐震能力不符現行耐震設計標準之校舍優先編列預算進行補強或拆除重建，以保障學園內的生命財產安全。(沈文成、江奇融、蘇耕立，2012)

目前臺灣約有兩萬多棟的校舍，其中許多都是在耐震規範尚未完備的時期興建的舊建築(鍾立來等，2012)，其需要評估的範園與要求的標準遠比一般建築物更大更高。為確保政府預算經費能有效運用與確保執行成效，教育部公開徵詢專

(35)

業單位協助辦理此重要工作。國家實驗研究院所屬之國震中心從公平之競爭程序中脫穎而出，獲得教育部正式委託成立專案辦公室，提供行政與技術支援，以協助各縣市政府執行老舊校舍結構耐震評估與補強的各項工作(沈文成、江奇融、

蘇耕立，2012)。在技術支援方面，國震中心彙整多位專家學者多年來的研究成果於 2008 年出版「校舍結構耐震評估與補強技術手冊」(鍾立來等，2008)，之後於 2009 年出版第二版(鍾立來等，2009)，其內容提供各項耐震評估方法之說明，使老舊校舍耐震能力評估及補強作業能在國家要求的規範標準內順利進行。

國震中心所提出的學校建築耐震能力評估流程如下圖 2-1 所示，其中關於耐震能力評估的部份可分成三階段進行篩選，第一階段為簡易調查(校舍現地普查)，第二階段初步評估，第三階段詳細評估。經過此三階段的篩選評估後，找出需要補強或拆除的校舍進行後續工作。而國震中心也在作業規範中要求實施作業之學校與承攬廠商應將各階段之工作成果傳至國震中心所建立之校舍耐震能力資訊網中，此動作除了讓國震中心能掌握全國各項作業的進度之外，也能收集全國現有校舍的各項基本資料與評估資料，提供學術單位進行各項相關研究與驗證工作。

圖2-1 學校建築耐震能力提升流程圖 資料來源：沈文成、江奇融、蘇耕立(2012)

(36)

國震中心之三階段校舍耐震力評估方法是目前國內在學校建築耐震力評估工作上最常使用的評估方法，其內容為彙整國內學術界專家多年的研究成果，再經過學術界多位學者專家以不同類型之學校建築模型檢驗和比較後所制定而成，但是此三種評估方法其作業人員、目的與評估對象等特性皆有所不同，並不能混淆使用，現將其內容整理成下表 2-4。

表 2-4 國震中心所發展之耐震能力評估法特性比較表耐震力評

估法

作業人員目的評估對象篩選指標簡易調查

( 校舍現地普查)

由非專業背景之人員填寫

進行校舍耐震力普查，由學校總務人員快速判斷建築之耐震狀況。

全國學校校舍建築，以一字型分割校舍進行填報。

篩選指標，係由強度需求比所定義。

耐震指標 Is 未達 80 分之校舍，一律進入初步評估階段。

初步評估法

由具有土木、建築相關背景之人員填寫

快速決定建築之簡略耐震等級(估計花費半天時間)。

經簡易調查篩選後發現耐震能力有疑慮的建築。

篩選指標亦為強度需求比，但比簡易調查之計算公式更複雜。Is 值越低表示建築耐震力越有疑慮。

詳細評估法

需領有國家合格證照之土木專業技師執行本作業

透過完整的工程理論支持與複雜的計算與模擬來確定建築物的實際耐震性能，需電腦模擬軟體配合作業。

經初步評估篩選後發現耐震能力有疑慮的建築。

依據鍾立來等(2008) 所發展之耐震能力詳細評估法所求取之建築物性能目標地表加速度和設計地震之最大地表加速度比較為篩選指標。

以上這三種評估法在實施上各有其優缺點，現將其內容整理成下表 2-5。

(37)

表 2-5 國震中心所發展之耐震能力評估法優缺點比較表

耐震力評估法優點缺點簡易調查評估時間短，不需專業人員填

寫，幾乎不需花費經費。能快速簡易的實施於大量建築評估上。

其評估參數過於簡化，評估結果較不準確。

初步評估法評估時間約半天，不需鑽心取樣與查閱建物原始設計圖，花費較少經費。

其評估結果仍不夠精確。

調整因子需專業人士判斷，有人為判斷誤差。

詳細評估法需對建築結構進行詳細的耐震分析，一般是使用套裝的分析程式模擬並計算，並繪出各項圖表資料，以準確檢驗建築的耐震能力，其結果準確度與可信度極高。

國震中心增列評估結果報告與審查項目，由學者專家審查專業人員製作的評估結果，讓結果具有專家效度。

需專業人員操作專業軟體方進行評估作業，其結構分析仍需設定相關參數如塑鉸，一旦設定值不佳將會影響整個評估結果。

聘請專業人員評估需花費可觀的經費與時間，辦理審查工作亦須花費時間與金錢。

由上表可得之三種方法中以詳細評估法最能準確的判斷現存建築之耐震能力，但是也最花費經費與時間。同時評估所需要的專業背景與操作門檻太高，無法進行快速與普遍性的評估。趙宜峰等(2012)的研究中亦指出，現有建築物耐震能力詳細評估的方法多使用非線性分析方法，這種類型的分析方法過程複雜且運算太費時，同時必須交專業人士執行，這樣的條件之下，使得現有建築物的耐震能力無法快速且大量獲得。基於這樣的理由，目前有許多研究已朝向使用結合工程分析與人工智慧系統或是非工程分析的模式來取得現有建築物的耐震能力值，且能達到比初步評估更準確的評估結果。以下將近年來使用非傳統工程分析模式的耐震能力評估法之研究歸納整理如下表 2-6 所示：