中小学校舍之震害.docx

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中小学校舍之震害

一、中小學校舍之震害

在集集地震中，中小學校舍的損害情況極為慘重，根據教育部的資料，全國中小學校遭到損壞者共656所，其中43所國中小學校舍全毀，若將損壞的省立高中、高職、大專院校以及私立學校一起計算，全國受損學校總數高達786所。

然而學校校舍建築的設計除了必須保障未來主人翁的安全之外，亦期望在地震後能作為災民暫時避難的地方，故其設計能承受之地震力較一般樓房為高，卻反而在地震中無法發揮此項功能。

觀察中小學校舍之破壞原因，除了一般建築物常見的現象之外，其獨特之結構系統及施工品質亦為主因，本文將探討造成中小學校舍耐震能力不足之原因，以期提昇學校建築之耐震能力，並發揮其應有之功能。

1.1中小學校舍之震害型態

中小學教室多採一排教室相連的方式，在預算逐年編列的情況下，未能作整體規劃，一排教室往往分期建造，而且樓層數目不一，高低樓層於相接處容易引起碰撞及拉扯等破壞情形。

學校教室並未設有獨立的管線間，所有排水及給水管線均埋置於柱子內，降低了柱子之有效斷面積，同時，柱子之箍筋間距過大，均導致柱子之耐震能力不足。

在垂直走廊方向，教室與教室之間設有隔間牆，而且牆壁完整；但是，在沿走廊方向，設有大量玻璃窗作採光之用，並無完整的牆壁，此外，柱子下方為窗台所束制，形成短柱效應，使柱子趨向剪力破壞，因此，教室之破壞均發生在沿走廊方向。

以下分項敘述中小學校舍建築震害之影響因素：

1.2校園欠缺整體規劃

國民中小學校園的整體規劃不完整，常常以拼湊的方式，擴充學校規模，遂帶來耐震不足的後遺症。

因為學區人口的成長及教學科目的多元化，造成原有教室不敷使用的窘況，校方遂逐年爭取經費，若預算通過，即在校舍之水平方向或垂直方向分期增建，以比鄰相接或頂樓加蓋的方式，來解決教室不足的問題，此舉嚴重破壞了原來的結構系統，使其耐震能力大幅減弱。

水平方向擴建之新校舍往往與舊校舍比鄰相接，以求師生教學活動空間之暢通。

分期興建的兩座新舊校舍往往或因高度不同、或因勁度不同、或因重量不同，而使兩座校舍的基本振動周期亦隨之不盡相同。

因此，在地震侵襲下，兩座校舍並非同步振動，極可能兩者之間作反向運動，再加上相鄰之地震隔離縫的寬度不足，即可造成相鄰校舍擠壓或碰撞之現象，此種由擠壓或碰撞所產生的力量之大，甚至足以導致相接樓層之柱子全面破壞，進而崩塌，這將使得活動其中之師生沒有足夠的時間逃生。

至於垂直方向擴建之新校舍則採取頂樓加蓋的方式，校舍承受之地震力就是樓層之慣性力，樓層地震力分別與其重量及加速度成正比，頂樓加蓋使校舍重量提高，而樓層愈高，加速度愈大，促使校舍地震力之豎向分布略呈倒三角形。

舉例說明，在其他條件相同的情況下，二層樓校舍頂樓加蓋一層，雖然重量提高0.5倍，但是，地震力則不只增加0.5倍，而是增加1.0倍。

因此，頂樓貿然加蓋，將嚴重危害校舍結構原有的耐震能力。

校園欠缺完整的規劃，常常視經費及需求情況而任意增建，導致結構系統拖泥帶水，無法掌握其力學行為，遂難逃脆性破壞而崩塌的命運。

當教室不敷使用時，應覓地新建校舍，或將舊校舍拆除重建，甚至應重新規劃一所新學校，以小校小班提昇教學品質。

校舍在興建之初即應作完整的規劃，力求結構系統簡單規則，在強烈地震下，使之導向韌性破壞之模式，以確保大震不倒的最高原則。

1.3縱沿於走廊方向崩塌

國民中小學校舍大多依據民國五十五年發布的標準圖來作設計，教室呈一長排相連，教室外設置走廊，且許多走廊外側不設柱子。

在橫切於走廊的方向，教室與教室之間以牆壁分隔，故牆壁面完整；但是，在縱沿於走廊的方向，則以大量門窗作為通道及採光之用，然而窗台並非完整的牆壁，且窗台這種牆壁係在重力方向不連續。

在走廊上不設柱子，雖對學童之活動空間有利，但亦導致校舍贅餘度不足。

土木結構的贅餘度愈低，則應力愈無法有效重新分配，韌性亦隨之難以發揮。

因此，結構安全餘裕度不夠，校舍傾向於縱沿走廊方向破壞或崩塌，而未聞於橫切走廊方向崩塌之案例。

省教育廳於民國五十五年發布的國民中小學「教室設計標準圖」，乃是為了趕在民國五十七年開辦九年國民義務教育，急需大量教室而發布的，當時尚無耐震設計的觀念。

事實上，若能採用較為優良之結構系統，將能有效減少校舍建築之震災。

例如，若教室能採用雙面走廊，且在走廊上設有柱子，則在橫切於走廊的方向，共有四支柱子，柱子數目倍增，則可提高校舍結構之贅餘度，使其發揮韌性能力，並可避免毀滅性之崩塌破壞。

此外，若能在縱沿於走廊方向增加適當的牆壁量，且牆壁在重力方向保持連續，亦可有效降低崩塌破壞之可能性。

1.4老舊校舍

隨著科技的進步，人類對地震工程及耐震設計愈來愈了解，樓房耐震設計規範亦隨之不斷更新，與科技同步發展。

老舊校舍係按照建造當時之規範進行設計與施工，由於早期樓房結構耐震之專業知識與技術不足，相關設計與施工規範之要求遠不及目前的水準。

營建署頒佈的建築技術規則，為國內建築物結構設計的依據。

我國建築技術規則於民國34年頒佈實施，於民國63年內政部大幅修正後正式納入有關地震力的條文。

之後，內政部於民國71年大幅修改地震力的計算，並於民國78年局部修改台北盆地之地震力計算。

在民國86年建築技術規則作大幅度的改變，即將「規則」與「規範」分立，使得規範可以直接由營建署頒佈，其修正較為容易，因而可以因應現今學術理論之進步。

營建署於民國86年公佈了新版的建築技術規則建築構造編第一章第五節「地震力」，並於民國86年7月公佈耐震設計規範及解說，使國內建築物之地震設計得到較精確的設計準則。

然而中小學校舍於民國60年至70年之間及民國70年至80年之間建造者各佔約三至四成，於民國60年以前建造者約佔一成五，其餘少數為民國80年以後興建。

依此之故，中小學校舍於早期興建者，其耐震能力普遍缺乏，應儘早評估其耐震能力，並予以補強，以提高其耐震能力。

1.5兩側開窗形成短柱剪力破壞

目前臺灣絕大多數的中小學校舍為了採光的考量，在縱沿於走廊的方向廣設玻璃窗，因此，柱子下端之左右兩側由鋼筋混凝土造或磚造窗台所束制，而柱子上端之左右兩側則由鋁製或木造窗框所束制。

因為窗框之強度及勁度遠不及窗台的強度及勁度，故柱子之有效長度縮短，而形成短柱效應。

柱子愈短，承受之剪力愈大。

當校舍承受水平側力時，柱子斷面之剪力首先達到其剪力強度，因而產生剪力破壞，並於柱子在縱沿於走廊的方向上，出現X字型裂縫。

在柱子之剪力破壞的過程中，於正負45度之斜面上，分別承受張力及壓力，因混凝土之抗拉強度遠低於其抗壓強度，所以會在45度斜面上出現張力裂縫，且柱子斷面會全面開裂，這整個破壞過程是突發的，此種破壞模式屬於脆性破壞。

再加上地震力乃往復載重，故張力裂縫呈現X字型。

因此，如果上述類型的校舍能在柱子與窗台之間設置隔離縫，即可有效避免短柱效應的形成。

最重要的是，在校舍結構設計之初，就應該使其在未來遭遇預期以外的強震時，也能使柱子的破壞模式導向韌性破壞。

也就是說，在柱子之彎矩破壞的過程中，張力側之混凝土保護層首先出現裂縫，並隨彎矩之遞增而剝落，只要縱向主筋配置得宜，主筋會隨彎矩之遞增而降伏，但柱子核心混凝土尚未壓碎，整個破壞過程是漸進的，此種破壞模式就是韌性破壞。

1.6柱內埋管

國民中小學校舍並未設有獨立的管線間，所有維生管線包括給水、排水及電力等大多埋置在柱子內，遂使柱子之有效面積大幅降低。

中小學校舍柱子之尺寸原本就不大，常見之沿走廊方向寬度約30公分左右，而單是埋設其中之排水管直徑就超過5公分，故管線所佔面積不容忽視。

因柱子之強度會隨其有效面積之減少而降低，遂使教室之安全堪虞。

故校舍應設置獨立的管線間，或以明管佈設維生管線，以保持柱子之完整性。

1.7箍筋不足

國民中小學校舍柱子之箍筋間距往往超過20公分，箍筋間距過大會導致剪力破壞、縱向主筋挫屈破壞及核心混凝土壓碎破壞，這些均為脆性破壞。

鋼筋混凝土結構乃由鋼筋及混凝土組成，因鋼筋細長，在承受壓力時，容易挫屈破壞；混凝土則僅具抗壓強度，其抗拉強度只達抗壓強度的十分之一，故混凝土承受張力時，很容易因產生張力裂縫而破壞。

而且無論是鋼筋挫屈破壞或混凝土壓碎破壞，均為脆性破壞。

因此，鋼筋或混凝土均無法單獨成為土木結構，兩者必須緊密結合，相輔相成，互補長短，才能以土木結構的形式矗立於大地之上。

沿著梁柱之斷面布設的箍筋，直徑較細，除了可與混凝土共同承擔剪力外，混凝土在箍筋之圍束下，可提高其抗壓之韌性，此外，箍筋可同時圍束縱向主筋，降低主筋之有效長度，縱使最外側之混凝土保護層剝落，在箍筋之作用下，主筋亦不容易挫屈。

只要箍筋配置得當，即可大幅提昇鋼筋混凝土梁柱構件之韌性，避免脆性破壞，因此，結構耐震設計必須配備緊密箍筋，且箍筋兩端彎鉤角度與錨錠長度必須足夠，方可達到圍束之目的。

1.8立面或平面不規則

規則之結構在地震中之行為較易掌握，地震力在構件間之分佈較勻稱，應力不會集中在局部構件。

造型奇特而不規則之土木結構在地震中容易導致應力集中之現象，故其結構分析之難度高於規則結構，工程師若無充分經驗則不易充分掌握不規則結構之安全性。

不規則結構所呈現之形式有二，一為立面不規則，另一為平面不規則。

由於低樓層所承受的重力載重或地震力載重均較大，故高樓層無論在尺度上、重量上、強度上及勁度上不應超過低樓層，否則即視為立面不規則；垂直向之構件應保持其連貫性，若同一柱線之柱子或同一牆面之牆壁在樓層間之錯位過大、不連續，則地震力之傳遞路徑於錯位處突然變化，不利於地震力之承擔，造成立面不規則。

若結構平面呈L字型、T字型或U字型等具凹角之平面，於凹角處容易引起應力集中，乃平面不規則；樓板不連續，或樓板開口過大，或樓板高程錯位過大，亦造成平面不規則。

結構立面或平面不規則，導致地震力之傳遞不順暢，應力集中於不規則處。

因此，建築設計應儘量避免不規則結構，若因基地形狀或造形需求，不得不採用不規則立面或平面時，建築物可由數個規則結構組成，使之看似不規則，實為規則結構之組合，但規則結構之間應有足夠的地震隔離縫，以避免相鄰結構之碰撞或拉扯。

1.9結語

台灣島係因板塊之活動而形成，而地震又為板塊活動之必然過程，因此，地震乃台灣之宿命，大地震必然去而復返。

記取大地震之教訓，擬訂重建與防救災之對策，為下一次大地震之來臨，作出最好的準備工作，實乃當務之急。

雖然到目前為止，地震之災害仍無法完全排除，但是，只要在樓房建造及使用的過程中，均抱著嚴謹的態度，將每個環節確實做好，定能將傷亡數字降到最低。

大震不倒係減緩地震災害的不二法門，若要做到大震不倒，則必須善待所有柱子及牆壁，無論在建造及使用階段，均須保持柱子及牆壁在重力方向之連續性，不能任意改變樓房結構系統，且須避免超載情形。

國民中小學在全國之分布密、空間廣、且教室大，實應在防救災體系中扮演地區性防救災中心的角色，故其土木結構之安全非常重要，而其設計地震力更較一般民宅高出百分之二十五。

可是，從歷次大地震之災情看來，國民中小學校舍均是受創最為嚴重的一群，已經不再是偶然的現象，而是必然的事實，顯然在校舍興建之程序中出現嚴重的漏洞。

期望藉由此次校舍耐震能力調查工作之展開，能儘速找出耐震能力不足之校舍，並逐年進行補強或重建，期能提昇校舍之耐震能力，確保師生之生命安全，並在救災工作中發揮其應有之功效。

二、校舍耐震能力簡易調查表紙本部分

◆每所學校僅需填寫表一至表三資料一份

2.1學校基本資料

學校名稱請以下列格式填寫：

xx縣/市xx國中/國小，例如：

台北市明德國中；調查日期請以西元年月日填寫，例如：

2004/04/20；學校地址部分縣市欄位、鄉鎮市區欄位、路欄位、號欄位等為必填；填表者必須為總務主任、事務組長、或具有土木、建築或營繕相關背景或經驗者；電話請留學校電話號碼；電子郵件欄位請填入有效且正確的電子郵件信箱，以利日後聯絡之用；建築物總棟數以校舍為主，不包含獨立之活動中心、禮堂與體育館，亦不含獨立之其他低矮型非教學用建築（如廚房、廁所等）；若有校園平面配置圖請在其欄位中打勾。

2.2學校建築物資料

請依序填入每棟校舍建築的名稱及相關資料，若校舍有因為地震“受到損害”，則請在“震害”欄位打勾；若有原始校舍建築圖說或設計圖，則請在欄位中打勾;一般而言，校舍建築大部份均為鋼筋混凝土（RC）造，若有其他特殊構造型式，則請勾選。

2.3校園平面配置圖

請以數位相機或掃描器將校園平面配置圖存成電子圖檔（.jpg或.bmp），解析度請以800×600即可，解析度僅可高於800×600，不可低於此值；檔案名稱格式為××縣/市××國中/國小，例如:

台北市明德國中；檔案大小請勿超過500KB，利用瀏覽器連線至校舍網站後，將檔案上傳即可。

◆每棟校舍均需填寫表四至表十資料一份

2.4校舍基本資料

學校名稱請以下列格式填寫：

xx縣/市xx國中/國小，例如：

台北市明德國中；建造年代請以原始設計年代為主，若未知原始設計年代，則請以完工年代為主。

2.5校舍資料

請將校舍各樓層總教室間數，及各樓層樓梯、廁所座數資料填入表內，總教室間數包含教室、辦公室、圖書室、電腦教室…等各種用途的教室。

2.6校舍現況調查

請依校舍現況作判斷並勾選，與鄰棟間距請以是否小於或大於7公分乘上樓層數來作判斷，例如：

明德樓為3層樓建築，7公分乘上樓層數3等於21公分，若與鄰棟間距為10公分，則必須勾選小於7公分乘上樓層數的選項，若兩側無鄰棟，而校舍前方或後方有鄰棟，則依然視為有鄰棟之情況；若校舍有其他中大損壞、修補或增建等情形，或曾做過補強者，請將校舍狀況填於備註欄。

2.7校舍尺寸調查

本表主要調查項目有：

校舍總長，校舍總深，各排柱子數量，各排柱子尺寸，各排牆數目，各排牆尺寸等；將上述項目量出後，即可進行本表之填寫。

◆校舍建築形式：

一般校舍建築分為單邊、雙邊走廊或中間走廊兩種形式，請勾選其中一種。

◆校舍平面尺寸調查：

請將校舍總長度與總深度以皮尺量出並填入，突出於一字型整體結構之外（前後側,兩側）的結構（樓梯或廁所），則不予計入校舍總長度與總深度。

◆校舍一樓柱子數量與斷面尺寸調查：

請將一樓各排柱子的數目，及各排柱子中單根柱子的斷面尺寸（長與寬）量出後填入，若柱子斷面尺寸不一，以柱子數量最多者為準，或取平均值；柱的尺寸（長與寬）均必須大於25公分，若小於25公分，則視為牆；一般而言，樓梯及廁所的四個角落亦有柱，請正確填寫。

◆校舍一樓牆數量與尺寸調查：

請將一樓各排柱子間所含的牆數，及各排單片牆的尺寸（寬與厚）量出後填入。

單片牆表示牆之高度必須從樓地板至梁底部，若中間有窗戶或氣窗等開口者，則該片牆之寬度須扣除開口部分之寬度，若牆斷面尺寸不一，以牆數量最多者為準，或取平均值樓梯；廁所較大片牆一般可視為兩片牆，因牆中間往往有開口或氣窗存在。

2.8校舍一樓結構平面圖

請掃描或以數位相機攝影成電子圖檔，並上傳；檔案名稱格式為××縣/市××國中/國小××樓一樓結構圖，例如:

台北市明德國中明德樓一樓結構圖；檔案大小請勿超過500KB，利用瀏覽器連線至校舍網站後，將檔案上傳即可。

2.9校舍正面照片

請掃描或以數位相機攝影成電子圖檔，並上傳；檔案名稱格式為××縣/市××國中/國小××樓正面照片，例如：

台北市明德國中明德樓正面照片；檔案大小請勿超過500KB，利用瀏覽器連線至校舍網站後，將檔案上傳即可。

2.10校舍背面照片

請掃描或以數位相機攝影成電子圖檔，並上傳；檔案名稱格式為××縣/市××國中/國小××樓背面照片，例如：

台北市明德國中明德樓背面照片；檔案大小請勿超過500KB，利用瀏覽器連線至校舍網站後，將檔案上傳即可。

三、校舍耐震能力簡易調查表網站部分

3.1網站連線方法

請利用瀏覽器連至教育部全國中小學校舍耐震能力簡易調查網站：

◆校舍網站網址為：

http:

//192.192.138.192/sb。

◆備用網站網址為：

http:

//192.192.138.190/sb。

螢幕解析度請調成800×600或以上，例如1024×768等，以獲得最佳效果。

3.2資料上傳注意事項

若已登錄至校舍網站（http:

//192.192.138.192/sb），則請將所有資料上傳至同一網站；請“勿”將部分資料上傳至校舍網站，而將其他資料傳至備用網站，或將資料重複傳至兩個網站。

3.3網頁填表說明

3.3.1簡易調查網站首頁部分

進入首頁後，請先輸入學校帳號與密碼，步驟如下：

請先選擇縣市，再選擇國民中學或國民小學，點選之後，學校名稱會自動出現在欄位內；密碼則為教育部網站上所公佈之各學校代號。

利用滑鼠按下“送出”鍵後，即可進入網頁內容部分。

3.3.2簡易調查網站調查步驟網頁

從首頁進入後，即進入調查步驟一網頁，在本頁中利用調查步驟和箭頭的方式表示本次調查所需步驟；若填表者完成網頁所示四個步驟後，即代表填表者已完成本次調查。

網頁下方會顯示出填表者之前是否有上傳資料，及已經上傳了多少資料，供填表者上傳資料的參考。

按“下一頁”鍵之後，即可進入步驟一網頁。

3.3.3簡易調查網站步驟一網頁

在本頁中填表者可利用網路的方式可下載簡易調查表範例與簡易調查表，步驟為利用滑鼠點選的文字的方式即可下載。

所下載的檔案為自動安裝檔，利用滑鼠點選所下載的檔案即可將所下載的檔案解開並安裝到指定的磁碟位置；填表者將檔案內容印出後即可進行簡易調查工作。

按”下一頁”鍵之後，即可進入步驟二網頁。

3.3.4簡易調查網站步驟二網頁1

在本頁中填表者必須將利用簡易調查表紙本所填資料填入本網頁對應的表格欄位中，每所學校只需填一份表1與表2的資料。

將資料填入後，按“新增學校資料“鍵，即可上傳所填寫的資料。

若上傳成功，則會出現上傳學校資料成功的訊息！

若上傳失敗，表示仍有欄位未填或格式不符，此時，會出現所填資料錯誤的訊息！

按“下一頁”鍵之後，即可進入步驟二網頁2。

3.3.5簡易調查網站步驟二網頁2

在本頁中填表者必須將利用簡易調查表紙本所填資料填入本網頁對應的表格欄位中，每棟校舍均需填一份表4與表7的資料。

將每棟校舍資料填入後，按“新增校舍資料”鍵，即可上傳所填寫的資料。

每按一次”新增校舍資料“鍵，即可送出單棟的校舍資料，若上傳成功，則會出現上傳學校資料成功的訊息！

若上傳失敗，表示仍有欄位未填或格式不符，此時，會出現所填資料錯誤的訊息!

按”下一頁”鍵之後，即可進入步驟三網頁。

3.3.6簡易調查網站步驟三網頁

在本頁中填表者必須上傳學校的校園平面配置圖，與每棟校舍的正面照片、反面照片與一樓結構圖。

照片解析度以800×600即可，每個檔案大小請勿超過500KB，一次可上傳三個檔案。

請按“瀏覽”鍵來選擇所要上傳的檔案照片，按“上傳檔案”鍵後即可上傳。

3.3.7簡易調查網站步驟四網頁

在本頁中會顯示到目前為止填表者總共上傳了多少檔案，供填表者檢核。

填表者若遇到任何問題，均可利用本頁電子郵件的功能，將問題寄給管理者；寄件者之電子郵件信箱必須填入有效之電子郵件信箱，否則管理者將無法回覆。

按下”完成本次調查”鈕後，即可完成調查並離開本站。