中小學校舍暨臨街店舖式住宅之耐震評估與補強研究---總計畫暨子計畫：既有校舍耐震能力之現地實驗測試(I)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

總計畫暨子計畫:既有校舍耐震能力之現地實驗測試(I)

計畫類別： 整合型計畫

計畫編號： NSC94-2625-Z-011-006-

執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學營建工程系

計畫主持人： 黃世建

計畫參與人員： 江文卿、盧錦嫻

報告類型： 完整報告

處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 95 年 10 月 31 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□期中進度報告

中小學校舍暨臨街店舖式住宅之耐震評估與補強研究-總計 畫暨子計畫:既有校舍耐震能力之現地實驗測試(I)

計畫類別：□ 個別型計畫 ■ 整合型計畫 計畫編號：NSC 94－2625－Z－011－006－

執行期間：94 年 8 月 1 日至 95 年 7 月 31 日

計畫主持人：黃世建 共同主持人：

計畫參與人員：江文卿、盧錦嫻

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 ■完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執行單位：國立台灣科技大學營建工程系

中 華 民 國 9 5 年 1 0 月 3 1 日

目 錄

一、 前言 ……… 1

二、 實驗規劃 ……… 5

三、 實驗準備 ……… 12

四、 實驗結果 ……… 13

五、 結論 ……… 21

六、 誌謝 ……… 21

摘 要

國內低矮型校舍建築在九二一地震中，受損嚴重，其耐震能力明顯堪憂。回顧國內對 現有校舍結構耐震能力之實驗，僅有實驗室縮尺或足尺組件之實驗，但仍缺乏實體結構之 測試數據。因此，若能對既有校舍進行現地側推試驗，其成果將可對耐震診斷之側推分析 提供最直接之驗證。

校舍屬剪力型房屋，沿走廊方向（長向）為結構弱向。是故，現地實驗採沿長向進行 推垮，反力端除利用剩餘教室建築外並架設鋼骨斜撐以支撐。實驗由國家地震工程研究中 心與大漢技術學院合作，針對待拆除重建之教室建築，於寒假期間在花蓮縣新城國中進行，

實驗從 2005 年 1 月 20 日開始至 1 月 29 日止。本文主要內容有現地側推實驗之測試佈置、

實驗方法及側推曲線與破壞模式，其次為垂直承載實驗與材料強度取樣實驗之成果。

關鍵字: 耐震能力，側推

Abstract

In Taiwan, many low-rise school buildings suffered severe damage by the Chi-Chi earthquake, and these buildings revealed the poor performance of earthquake resistance.

Among recent tests on the seismic capacities of school building in Taiwan, only small-scale or partial structural assemblages experiments were carried out but not full-scale structures.

Therefore, if in-situ push over test of existing school buildings can be performed, the results will be possible to verify the existing push over analytical methods of seismic evaluation directly.

School buildings can be characterizes as shear buildings, and the weak direction is usually along the direction of corridor. Therefore, the in-situ push over test was along the longitudinal direction, and reaction support was provided by half of this building reinforced with steel bracings. The push over test of school building which is about to be demolished at Sin-Chen junior High School was conducted by the National Center for Research on Earthquake Engineering, cooperated with the Dahan Institute of Technology from January 20^th to 29^th, 2005.

This paper includes test setup, test results such as load deflection curves and failure patterns, vertical load test, and material tests.

Keywords: capacity of earthquake resistance,push over

ㄧ、前言

國內中小學校舍建築物，普遍沿走廊方向採大面積開窗之設計，形成耐震弱 向。其中，窗台柱的短柱效應，更使教室建築物在地震力作用下，經常發生柱之 剪力破壞進而喪失其垂直承載能力而倒塌(圖 1)。有鑑於此，如何提昇中小學現 有校舍之耐震能力，實乃當務之急。回顧國內對現有校舍耐震能力之評估，近年 來已發展出許多理論分析模型，雖然這些理論分析結果也常採用相關試驗來驗證 其可靠性。然而，絕大部份這類型的試驗多採局部組件或縮小尺寸之方法於實驗 室中進行測試，其測試結果是否能充分反應實體建築物在地震下之耐震行為，則 有待確認。因此，若能對既有校舍進行現地側推試驗，其成果將可對耐震診斷之 側推分析提供最直接之驗證。

圖 1 窗台短柱效應

本實驗能順利進行，有賴花蓮縣政府及花蓮縣新城國中之鼎力協助，同意由 國家地震工程研究中心所領導之研究團隊（另有團隊成員國立台灣科技大學營建 系、大漢技術學院土木系及國立台灣大學土木系），利用 94 年 1 月寒假期間，於 花蓮縣新城鄉新城國中針對待拆除重建之教室建築，進行國內首次建築物耐震能 力之現地實驗。

新城國中位於花蓮縣新城鄉北埔村光復路上，其地理位置在大漢技術學院與 花蓮機場之間(圖 2)。本實驗所選定之教室建築位於校門進入第二棟(圖 3)，該 建築物始建於 1966 年 4 月，後經多次增建(圖 4)，實驗工作從 2005 年 1 月 20 日開始至 1 月 29 日為止，共計十天，工期短促。在人力計畫上除指導老師外分 試體準備組、施力系統組、儀器安裝與検測組、微震測量組、安全衛生組及攝影 組等六組，投入人力、物力十分龐大。本實驗建築物總長 66 公尺(川堂長 6 公尺，

南、北端各有長之 10 公尺教室三間)，寬度 10.85 公尺，樓高 7.65 公尺，為兩 層樓之建物，構造屬 RC 造，具廊外柱，所有牆壁及窗台皆為 1B 磚造，整體建築 物外觀良好，並無龜裂現象(圖 5)。平行走廊方向(長向)分別編為 A、B、D 三個 構架，短向從川堂往北分別編為 1~10 十個構架(圖 6)，柱斷面根據其尺寸及配

筋之不同，計可分為四種(圖 7)，其配筋細則依長短向及構架別如圖 8~11。

圖 2 新城國中地理位置 圖 3 校舍配置圖

55 04 56. 11

63. 07 61. 08 63. 04

2F RF

57.09 57.09

圖 4 新城國中測試教室興建年代示意圖

圖 5 側推實驗北側教室

B4B4

B4B4

B4

B4

B4

B4

B4B4 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1B1 400400240

B1B1

圖 6 側推實驗北側教室結構平面圖

根 19φ8

20

@ 6φ 8根

19φ

20

@ 6φ

4根 12φ

20

@ 6φ

4根 16φ

4根 19φ

20

@ 6φ

圖 7 側推實驗北側教室柱斷面尺寸及配筋面圖

70375390

圖 8 側推實驗北側教室短向構架配筋圖

圖 9 側推實驗北側單間教室長向 A 構架配筋圖

圖 10 側推實驗北側單間教室長向 B 構架配筋圖

圖 11 側推實驗北側單間教室長向 D 構架配筋圖

二、實驗規劃

2.1 實驗項目

本次校舍現地試驗以靜態側推試驗為主，但爲追求較大之測試利益，故 將實驗項目分為以下六項，並依序介紹如下：

1.靜態側推試驗

此為本試驗最主要之項目，透過本試驗將有助於瞭解校舍建築物，在 抵抗地震力作用時，其走廊方向鋼筋混凝土構架的耐震能力，及其在各受 力階段時的變形程度與破壞機制。

2.門窗功能試驗

由於花蓮新城國中靠近花蓮機場與佳山機場，爲維持正常教學不受噪 音干擾，故校舍配置了氣密隔音門窗。而本實驗則可了解氣密隔音門窗在 地震力作用後之變形及該變形影響門窗正常開啟之程度，此為師生在面臨 地震時能否順利避難疏散之重要影響因素之一。

3.磚牆面外倒塌試驗

在國內之老舊建築常用磚牆作為隔間牆，必須研究磚牆因受震而發生 面外倒塌的可能性與機制，以防止因磚牆倒塌而危及師生之生命安全。

4.微震量測

利用實際微震紀錄得到建築物之參數（基本震頻），作為數學模型建 置之相關參數的驗證

5.材料性質取樣統計分析

於靜態側推試驗結束後，開始對校舍之鋼筋、混凝土及磚牆大量取 樣，並對其作材料試驗。藉此取得早期校舍材料之強度性質，此不但有助 於瞭解校舍之耐震能力，並可作為理論分析驗證之參考。

6.校舍垂直承載能力

目的在於了解校舍失去教室中間柱，而僅靠隔間牆與邊柱的支撐，所 殘留的垂直承載能力。研究防止教室崩塌的快速補強方法，以提出易受震 損教室在短期內仍能達成保護學童安全的經濟方案。

2.2 試體規劃

根據規劃，在川堂處進行樓板切割及梁鑽斷工作，使建築物分離及安 裝施力千斤頂，由於川堂跨距 6m，為預防版梁切斷後產生懸垂，故於川堂 中央先加裝鋼管支柱以支撐。規劃以川堂北側三間教室為靜態側推試體，川 堂南側三間教室在進行靜態側推實驗時先充當反力支撐，並於川堂南側第一 間教室之二樓第ㄧ跨及一樓前兩跨加置鋼骨斜撐(圖 12)以加強反力支撐。

由於試體最北端鄰近地界線，為防試體突然倒塌損及鄰房與工作人員，特別 在川堂門北側第一間及第三間 1F 教室內設置鋼床以策安全。此外，為使試 體單純化，原建築物 B 構架教室單元中間跨皆為 1B 磚牆，於實驗前除保留 窗台外也一併切除，以減少分析之困擾。同時也保留 B 構架編號 B4-B5 跨間

之氣密門窗供門窗功能試驗用。至於磚牆面外倒塌試驗之試體，則選定短向 編號 1 及 4 之隔間磚牆實施。

鋼骨反力斜撐 油壓千斤頂

(a) 平面佈置圖

鋼管支柱

推倒方向 ^川堂

N

(b) 立面佈置圖

N 推倒方向

川 堂

圖 12 施力千斤頂及反力斜撐佈置

當靜態側推實驗完成後，隨即對靜態側推試體進行混凝土鑽心(圖 13)、鋼筋取樣及裝備卸除工作，並同時針對川堂南側三間教室進行垂直承 載能力實驗之準備工作。先於南側第二間教室內以鋼管撐住版梁，位移計則 安置於室內正中央，其後打除該教室之中間柱，保留隔間牆與邊柱的支撐，

並於該教室二樓及屋頂處安裝水槽(圖 14)，水槽大小與室內範圍相同，蓄 水高度為 75 公分。微震量測早在試體勘查時即已進場進行，其後在川堂處 版梁切割完成分離時再度進行量測，除此之外，並對附近重要建築物進行量 測，以建立環境基本資料。

表鑽心取樣位置位於梁下10cm

表鑽心取樣位置位於地板上方10cm 表鑽心取樣位置位於柱高1/2

圖 13 混凝土鑽心取樣位置示意圖

屋頂水槽

拉線式位移計 RF

2F

2F水槽 RF 平面圖

2F 平面圖

垂直承載實驗剖面圖 圖 14 垂直承載實驗平、立面圖 2.3 測試佈置

2.3.1 加載系統

靜態側推實驗所採用之加載系統及反力系統如圖 12，實驗時 A、B、D 三個構架，共有六座施力千斤頂，分別安裝於川堂處各構架之 2F 及 RF，每 個構架為一組計三組千斤頂系統施力，每組千斤頂系統各自連結一個油壓 幫浦來推動其各自位於 2F 及屋頂層之施力千斤頂如圖 15。為使安裝後之千 斤頂保持水平，2F 處之千斤頂以鋼纜懸吊於其後上方之梁底，RF 之千斤頂 以鋼纜懸吊通過其後之 L 型支架（該支架由 C-100×50×20×1.6mm 工地組焊

製造）頂端並固定於支架後之屋頂板上。在千斤頂裝置完成後，為使力量 順利傳遞，在承力座及反力座之座版與鑽斷之梁面間須澆置石膏，使其能 緊密接觸順利傳力。

承力座 反力座

鋼攬線 鋼攬線

PUMP

2P 1P

2P 1P

2F RF

圖 15 施力系統示意圖

實驗時施加於構架之側向力參照耐震設計規範的倒三角形分布，亦即 利用千斤頂活塞頭截面積的不同，以 2：1 之比例分配於構架之屋頂層及 2F(參考圖 15 之示意)。

實驗規劃以位移控制施加側力，最大之挑戰在於控制施力系統以達到 三個構架位移同步之要求。但因受限於現地實驗設備，A、B、D 三個構架之 施力系統各自獨立，無法聯動達到完全同步的目的，故於側推實驗進行時，

每個構架均由兩位人員負責油壓幫浦操作及位移觀測，各構架人員彼此相 互配合，並接受控制室兩位資深工程師統一控管，以達成三個構架之側推 位移能於實驗進行中儘可能達到同步之要求。除此之外，並於實驗進行時，

當屋頂層位移比每達到 0.1% (屋頂層位移 0.765 公分) 的增量步幅時，施 力即暫停以檢核位移同步的要求，而每滿五個增量步幅時，施力暫停除了 檢核位移同步外並執行裂縫觀測記錄及描繪工作。

提供靜態側推實驗之支撐反力，除了川堂南側的三間教室以外並於中 央川堂南側第一間教室二樓第ㄧ跨及一樓前兩跨施做鋼骨斜撐，以提供試 驗 時 千 斤 頂 所 需 的 反 力 及 剛 性 支 撐 。 鋼 骨 斜 撐 係 由 H 型 鋼

（H350×350×12×19）、油壓千斤頂(200^t)及兩端接頭組成，為節省費用支出，

H 型鋼及油壓千斤頂採租賃，接頭則在完成細部設計圖後發包委由工廠製 做。

斜撐安置前，首先須將欲架設斜撐跨內之磚牆及窗台移除，並在其基 座築模澆置石膏，使其接觸面平整，石膏澆置厚度依斜撐設計角度調整，

之後才將組立好之斜撐，進行斜撐架設施工吊裝。當斜撐安置就定位後，

以油壓幫浦對斜撐千斤頂加壓，以略施預力於斜撐上使其撐緊，至於斜撐 頂端與梁柱交接面處，須檢查是否緊密接觸，如有間隙則以石膏填實，以 確保提供剛性支撐的要求。

垂直承載實驗的加載系統，係指位於 2F 教室內及屋頂之水槽，其注水 後水位之讀取係以連通管接至南側鄰棟建築物 2F 之走廊及屋頂上。

2.3.2 量測系統 荷重計(Load Cell)

荷重計計採用六個，皆安置於施力千斤頂與反力座之間。

位移計(Linear Variable Differential Transformer)

靜態側推實驗採兩種形式之位移計，大範圍的採拉線式位移計，其衝 程為

±

500^㎜，小範圍的則使用 LVDT，位移計佈置於川堂處千斤頂前端為施 力端，千斤頂後方為反力端，測試教室最北端為自由端，其佈置如圖 16。

川堂處施力端及反力端之位移計，置於量測架上，再分別固定於圖書室與 訓導處之地版上，故量測所得之數據皆為絕對位移。同樣地，自由端以大 型量測架固定於試體外側之地面上，其量測所得之數據也皆為絕對位移。

本實驗施力端之位移計，為控制位移同步之指標，而反力端位移計之設置，

其目的在於了解反力斜撐系統能否提供剛性支撐的要求，至於自由端位移 計之設置，其目的則在於與施力端比對參考用。

(a) 位移計平面佈置圖

推倒方向 ^川堂

N

往前棟

往後棟

室外量測架 室內量測架 LVDT 拉線式位移計

(b) 位移計立面佈置圖 推倒方向

川 堂 N

圖 16 位移計佈置

連同靜態側推實驗一起進行的門窗功能與磚牆面外倒塌實驗，也採用 位移計進行變形量測，該兩實驗位移計之量測位置、頻道編號分別詳圖 17、

圖 18。

B 構架

1

10 N 推倒方向

CH25 CH26

CH27 4 5

圖 17 門窗功能實驗位移計佈置

圖 18 面外磚牆倒塌實驗位移計配置示意圖

角度計(Tile Meter)

本實驗選定 A 構架編號 A5 與 B 構架編號 B4、B5 及 D 構架編號 D4、D5 計五根柱子之兩端安置角度計，藉由以下公式，我們可得柱體在該點實際 的曲率：

L

2 1 θ

φ

=

θ

⁻

(1) 對於無窗台之長柱（編號 A5、A6 及 B4），其上方兩個角度計，第一個 距梁底 15cm，向下間隔 15cm 為第二個安置處，其下方兩個角度計，第一 個距地版 15cm，向上間隔 15cm 為第二個安置處。對於窗台邊之短柱（編 號 D4、D5 及 B5），其上方兩個角度計，第一個距梁底 15cm，向下間隔 15cm 為第二個安置處，其下方兩個角度計，第一個距窗台頂 15cm，向上間隔 15cm 為第二個安置處。

π ^{型測微計(}π ^-Guage)

本實驗在 A 構架編號 A5、A6 及 D 構架編號 D4、D5 之梁柱接頭處安裝

π

型測微計，主要用以量測梁柱接頭之對角剪力變形，其接頭之剪應變大小 可由下列公式獲得：

bh d

avr

− ×

= 2

∆

γ ∆

(2)

其中

A 構架編號 A5、A6 柱之梁柱接頭b

= 20

cm、d=35.2cm、h

= 29

cm

)

( 03 .

0 ∆− ∆

avr

=

γ

(3)

D 構 架 編 號 D4 柱 之 梁 柱 接 頭 b =18cm _、 d =33.29cm _、 cm

h = 28

) (

033 .

0 ∆ − ∆

avr

=

γ

(4)

D 構架編號 D5 柱之梁柱接頭b 20= cm、d =34.4cm、h = 28cm

)

( 031 .

0 ∆ − ∆

avr

=

γ (5) 裂縫描繪(Crack Pattern)

實驗進行時，當屋頂層位移比每增加達到 0.5%的增量步幅時，施力即 暫停除了檢核位移同步外並對 1F 每一根柱及編號 1-1、4-4 磚牆執行裂縫 觀測記錄與描繪工作。

微震量測

微震量測共計執行四次，其量測佈置如圖 19。第一、二次分別於 93.12.20 及 94.01.19 進行，此時南北棟教室處於連接狀態，第三次於 94.01.21 進行，此時南北棟教室處於分離狀態，第四次於 94.01.25 進行，

此時南北棟教室處於分離狀態且斜撐架構完成。

RF

2F

A B C D

1 2 3

4 5 6

(a)水平向 1F

7 8

3@333=1000 3@333=1000

3@333=1000

RF

2F 1

2

3

4

5

6

Θ Θ

Θ

Θ Θ

Θ

(b)垂直向 1F 7

Θ 8

Θ

3@333=1000 3@333=1000

3@333=1000

圖 19 南棟教室微震量測 Sensor 佈置

三、實驗準備

3.1 試體準備

本實驗由於時間較緊迫，於新城國中一放假，隨即進場施工做試體準備 工作，其主要工作項目有：

1.屋頂棚架、冷氣、防颱百葉、鋁門窗及外露管線拆除，此部份工作由縣政 府發包教室拆除重建案之得標廠商負責。

2.川堂處版梁支撐鋼管之製作及安裝。

3.切割鑽心工程：包括磚牆切除、川堂處樓板切割、千斤頂安裝位置梁鑽斷、

川堂與圖書室及訓導處樓板切離、反力斜撐安置處窗台打除。除此之外，

在靜態側推實驗後，進行混凝土鑽心、磚墩取樣及垂直承載實驗中柱的打 除。

4.鋼構工程：包括千斤頂承力座、反力座之製作及安裝，川堂處版梁支撐鋼 管之製作及安裝，防止試體傾倒支援鋼架之製作及安裝，量測儀器架之製 作及安裝，斜撐接頭製作及斜撐組立吊裝，水槽週邊輕型鋼支撐架之製作

及安裝。

5.水電工程：油壓幫浦、儀器設備、工地夜間照明、水槽供水及緊急排水等。

6.試體表面清潔、上漆、畫格線及量測儀器放樣、安裝。

7.千斤頂吊裝及維持水平懸吊鋼攬之安裝固定。

8.石膏澆置：包括千斤頂承力座、反力座之座鈑與安裝梁接觸面間、支撐鋼 管兩端及斜撐基座之澆置。

9.儀器檢測備用、儀器配線、油壓幫浦就定位、千斤頂油管配置、儀器訊號 檢測。

10.勞工安全、工地清潔、進出人員安全管制。

3.2 試推

在所有工作準備就蓄，隨即進行第一次試推，在試推時發現 A 構架阻力 太大，經檢查在 RF 處，A 構架之梁版訓導處 RF 版連結，經緊急處理，僱工 將銜接樓版連夜打除，以利隔天正式實驗工作之順利進行。

3.3 地震教育

實驗當天由中心主任主持開幕儀式，並應新城國中校長之託，對該校學 生講解地震相關知識及本次實驗之目的與重要性。

四、實驗結果

4.1 靜態側推實驗結果

＊加載控制

本實驗之施力系統經由荷重計量得，A 構架千斤頂 RF 出力與 2F 出力之平均 比值 1.81 變異係數 0.06、B 構架千斤頂 RF 出力與 2F 出力之平均比值 1.94 變異 係數 0.05、D 構架千斤頂 RF 出力與 2F 出力之平均比值 1.85 變異係數 0.04，其 中 B 構架之平均比值 1.94 最接近 2，D 構架次之，A 構架最差。不考慮樓版與短 向梁之影響，其可能原因在於，A 構架 1F 為長柱，2F 因有欄杆為短柱，樓層間 剛性差異大，B、D 構架 1F 與 2F 皆相同，故 B 構架表現佳，至於 D 構架係因實 驗初期，D1 柱卡到圖書室的牆壁而影響其平均比值。合計三個構架千斤頂 RF 出 力與 2F 出力之平均比值為 1.87 變異係數 0.06，已達預定值之 93.5%，成果尚可 接受。

＊位移控制－施力端

實驗係經由施力端位移計讀取值，來做位移同步之控制，由實驗開始至實驗 終止解壓前各施力階段，RF 處 A 構架與 D 構架位移差值除以 A、D 構架中心距，

可得 RF 平均扭轉角 1.8E-04，本實驗位移同步控制成效尚稱良好。

＊位移控制－反力端

反力斜撐系統能否提供足夠剛性支撐，是本實驗成敗之重要關鍵，由實驗成 果來看，也有良好之表現。其最大位移4.1mm發生於D構架RF處，此係因斜撐接頭

與梁柱交接面間，石膏澆置不完全留有孔隙所致，然並不影響整體之成效。至於 A構架反力端RF位移比2F小，其因在於反力端RF處A構架與訓導處屋頂版澆築連結 在一起，並未切離，而使A構架抗側移之剛性增加所致。

＊位移控制－自由端

A、D 構架自由端位移，因 RF 處自由端位移計故障，故不具義意。但在 2F 處自由端與施力端位移非常相近，在基底剪力達V_max時，A 構架施力端位移 140.21mm 自由端位移 137.41mm 縮短 2.8mm， D 構架施力端位移 136.58mm 自由 端位移 136.15mm 縮短 0.43mm。A、D 構架自由端 G.L 上方 30cm 之位移計量得之 位移值，由於實驗後川堂 1F 處之地版並無任何裂縫產生，可見該位移並非試體 受力後退所致。

＊載重位移曲線

由試驗所得之校舍側推載重位移曲線如圖 20 所示，其最大總側向力V_max^為

2914.7kN，發生在側移量

∆

₂達到 149.5mm(RF 側位移角達 1.95%)，而 2F 之側移

∆

1為 138.2mm(2F 之層間側位移角達 3.54%)；當總側向力下降至V = 0.80V_max

時，其所對應之側位移為 264.2mm；實驗終止之總側向力為 1939kN，所對應之變 位為 308.4mm；解壓後 2F 之殘餘側移

∆

₁為 290mm，RF 則完全彈性回復。結果顯 示，變形主要集中於一樓，亦即破壞集中於底層。本圖曲線並非完全平滑，部份 有側移量不變而側向力下滑之情形，此係因試驗暫停，執行裂縫觀測紀錄及描繪 工作時油壓下滑所致。

基底剪力V (kN)

圖 20 載重位移曲線

＊梁柱接頭剪力變形

接頭剪應變與 2F 位移關係曲線如圖 21 所示，由於 A5、A6 柱之斷面尺寸、

高度及梁柱接頭縱、橫向圍束梁尺寸皆完全相同，故將其剪應變取平均值，於圖 中以 Aavg表之。圖中 Aavg曲線水平段接頭平均剪應變約為 0.002， D5 曲線水平段 接頭平均剪應變約為 0.0025，D4 曲線水平段之接頭平均剪應變約為 0.0029。將 Aavg曲線所代表之長柱與 D4、D5 所代表之短柱相比較，雖然長柱梁柱接頭縱、橫 向圍束梁尺寸皆較短柱小，較易產生變形，但因長柱勁度小，故其最大剪應變較 短柱小。另由 D4、D5 之接頭剪應變曲線來看，因 D4 為隔間牆的邊柱，有面外磚 牆提供額外勁度，而使其最大剪應變由 0.0025 提升至 0.0029，增加約 16%。綜 合言之，面外磚牆雖可提供勁度，使得接頭最大剪應變之值增加，但該值仍很小，

幾可略之，而可將樓板視為剛性來處理。

圖 21 梁柱接頭剪力變形

＊柱彎曲

本實驗所量得之柱曲率與 2F 位移關係曲線圖中可知，載重初期(V＜ 0.68V_max)各柱皆維持雙曲率變形，當基底剪力達 0.87V_max時，除 B5 柱外皆仍維 持雙曲率變形。B4 柱與 D4 柱雖皆為隔間牆邊柱，但因 D4 為短柱，其柱頂曲率 在載重後期也明顯增加許多。綜合研判，隔間牆邊柱 B4 與 D4，柱頂曲率在載重 後期明顯增加之因在於隔間牆頂之橫向梁具梁肩。B5 短柱則可能因塑鉸形成或 剪力裂縫形成等因素交互影響，其曲率較無規律。

＊裂縫描繪及破壞模式

在整個側推實驗過程中，頂層位移比每滿 0.5%，實驗暫停進行裂縫描繪及 裂縫寬讀取紀錄工作，另外考慮鄰房之安全，試驗進行至側力降至最大總側向力

Vmax的 80%時停止。在實驗終止後解壓前，觀察各構架 1F 柱在側推過程中裂縫 發展情形及破壞模式，亦為實驗重點工作之一。本實驗對 1F 各柱判定之破壞模 式如圖 22，觀察各構架柱之破壞模式，發現 A 構架(廊外柱)皆為撓曲破壞。柱 在側推過程中裂縫發展情形及破壞模式，亦為觀察重點，分別描繪當頂層 Drift 為 0.5%、1.0%及 2.0% 之裂縫發展情況，裂縫隨著位移增加，裂縫逐漸延伸而形 成破壞之模式。有關柱之開裂情形及破壞模式，則依構架別取一較具代表性來繪 圖及描述，構架 A 之裂縫衍生如圖 23 所示。在 B 構架柱編號 B1，B4，B7，B10 為撓曲破壞，該四根柱位於教室磚隔間牆位置。其他有窗台圍束之柱位，除柱編 號 B2 柱頂為撓曲破壞柱底為撓剪破壞外，其餘柱皆為撓剪破壞，窗台均無破壞 現象。構架 B 柱 B3 之撓剪破壞其裂縫衍生情況如圖 24 所示。在 D 構架柱編號 D4，D10 為撓曲破壞，D1，D2，D3，D5，D7 為撓剪破壞，D6 柱頂為撓剪破壞柱 底為撓曲破壞，D8，D9 柱頂為撓曲破壞柱底為撓剪破壞， D8 柱之裂縫衍生情形 如圖 25 所示。

圖 22 破壞模式

圖 23 構架 A 柱 A9 撓曲破壞及開裂模式

圖 24 構架 B 柱 B3 撓剪破壞及開裂模式

圖 25 構架 D 柱 D8 頂撓曲、柱底撓剪破壞及開裂模式

4.2 門窗功能試驗

試體準備時也留下一樘門窗，以進行門窗的開關、玻璃破損情形的觀察，原 教室門窗採用氣密式門窗以防噪音，框架為鋁合金製品，有極佳的變形能力。試 驗結果發現，門在頂層側位移角 0.5%即無法開閉，而一般鋁門在側位移角達 1.5%

以上時才無法開閉，值得注意其對緊急避難疏散之影響。由於玻璃與框架之間留 有充裕之縫隙，直到試驗終了，玻璃仍完好未發生破損。頂層側位移角 3.0%時，

則門窗均已卡死，無法開閉如圖 26。

圖 26 頂層側位移角 3.0%門窗均卡死 4.3 面外磚牆倒塌試驗

教室的 1B 隔間的磚牆面外倒塌觀測結果顯示，隔間磚牆在張力側的牆頂及 牆底，在第一個側推步幅(Drift 為 0.5%)時即開始產生裂縫，試驗進行至 Drift 達 4%時裂縫最寬處達 1.5～2 公分，深度約 15～18 公分如圖 27 所示，裂縫與兩 側柱端撓曲裂縫相連，磚牆似乎仍能以上下皆為鉸接的形式提供部分垂直承載能 力。在靜力側推的情形下，磚牆並未發生面外倒塌的情形，與其他學者之研究結 論類似。

牆底拉力側 主要裂縫 牆頂壓力側 保護層剝落

牆底拉力側 主要裂縫 牆頂壓力側 保護層剝落

圖 27 面外磚牆破壞模式

4.4 微震量測實驗結果

微震量測成果如圖 28 所示。

圖 28 微震量測成果 4.5 垂直承載實驗結果

在靜態測推試驗完成後，先於川堂南側三間教室中之中間教室內，加置鋼管 支撐，同時於中間教室之二樓及屋頂(室內範圍)安置水槽，並於教室中央裝置拉 線式位移計量測變位，隨後將中間教室內跨六根柱打斷，隨即開始加水進行承載 強度試驗。總加水重 1040kN，約達建物重 70%，其載重與 2F 板中央沉陷量關係 如圖 29，本實驗所產生最大撓曲裂縫寬 0.45mm，卸載後殘餘裂縫寬 0.2mm，足 證替代垂直承載機制之存在如圖 30 所示。

圖 29 載重與 2F 板中央沉陷量關係

圖 30 垂直傳力機制示意圖

4.6 材料取樣實驗結果

有關本實驗建築物之混凝土材料抗壓強度，2F 柱取樣位置為柱底(地板上方 10cm)、柱中段(柱高 1/2 之位置)及柱頂(梁下 10cm)，1F 柱則取樣位置在柱中段 如圖 13 所示。經由試體抗壓試驗結果發現，混凝土強度之變異性小， f_c^' 未因 取樣位置不同而有明顯差異如圖 4-28。根據試驗之三間教室 2F 柱中段 26 顆鑽 心試體所得平均抗壓強度為 238kgf cm ，1F 柱中段 30 顆鑽心試體所得平均抗/ ² 壓強度為 223kgf cm 。另外，根據混凝土工程施工規範[1]之規定，鑽心試體三/ ² 顆平均抗壓強度不低於 f 之 85%，任一鑽心試體抗壓強度不低於_c^' f 之 75%。又根_c^' 據 Mirza 等人[2] 之建議，對已知齡期、尺寸及形狀之混凝土試體，其鑽心試體 與圓柱試體強度之比值，( ) ( )fc^' core

^/

fc^' cylinder

≈ ^{0.74 0.96} −

，其強度比平均值為 0.87。故建議將鑽心試體所得平均抗壓強度除上一放大係數 0.85，其放大值視 為 f_c^' 。 故 2F 之 f_c^' =237/0.85=279kgf /cm² ， 而 1F 之

2

' 223/0.85 263kgf /cm

f_c = = 。

有關本實驗建築物之鋼筋降伏強度，根據試驗後現場取樣進行抗拉試驗，由 鋼 筋 取 樣 試 驗 統 計 ， 其 降 伏 強 度 約 介 於 3200 ~ 4900kgf /cm² ， 而

25 . 1 / _y ≈

u f

f ~1.50，結果詳見圖 31。

抗拉強度 ^{kgf cm/ 2} 號數

興 建年代

fy f_u

u y

f f

#2 3700 4770 1.29

#3 4730 5945 1.26

#4 3580 4880 1.36

#5 3163 4500 1.42

#6 3267 4313 1.32

#7 4935 6245 1.27

#8

民國

4075 5075 1.25 55、57

55

55 55 57 55、56 55、56、57

圖 31 鋼筋平均抗拉強度

五、結論

1.試驗所得最大總側向力V_max為 2914.7kN，發生在側移量Δ²達到 149.5mm，解壓 後一樓頂之殘餘側移Δ1為 290mm，二樓則完全彈性回復，顯示破壞集中於底 層，為典型剪力型房屋。

2.窗台雖為 1B 磚砌強度較差，然實驗發現窗台均無破壞現象。

3.教室中間柱打除後，其垂直承載傳力機制改變，由隔間磚牆扮演非常重要的傳 力角色。

4.鑽心試體所得平均抗壓強度，建議採用 1F 之 f_c^' = 263 kgf cm² 。 六、誌謝

本實驗承蒙花蓮縣政府及花蓮縣新城國中之鼎力協助，同意由國家地震工程 研究中心執行現地測試。同時幸得教育部國教司及國科會之補助部份經費及大漢 技術學院土木系、台灣科技大學營建系與台灣大學土木系提供技術及人力資源，

利用寒假期間，於花蓮縣新城鄉新城國中針對待拆除重建之教室建築，進行國內 首次之建築物耐震能力現地實驗