中小學校舍之震害

1、1一、中小學校舍之震害一、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(jù)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?？倲?shù)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(fā)揮此項功能。觀察中小學校舍之破壞原

2、因，除了一般建築物常見的現(xiàn)象之外，其獨特之結構系統(tǒng)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(fā)揮其應有之功能。1.1中小學校舍之震害型態(tài)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(guī)劃，一排教室往往分期建造，而且樓層數(shù)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

3、，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，柱子下方為窗臺所束制，形成短柱效應，使柱子趨向剪力破壞，因此，教室之破壞均發(fā)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(guī)劃國民中小學校園的整體規(guī)劃不完整，常常以拼湊的方式，擴充學校規(guī)模，遂帶來耐震不足的後遺癥。因為學區(qū)人口的成長及教學

4、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(tǒng)，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

5、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(xiàn)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

6、的情況下，二層樓校舍頂樓加蓋一層，雖然重量提高0.53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(shù)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(shù)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

7、筋混凝土造或磚造窗臺所束制，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臺的強度及勁度，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(xiàn)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(xiàn)張力裂縫，

8、且柱子斷面會全面開裂，這整個破壞過程是突發(fā)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(xiàn)X字型。因此，如果上述類型的校舍能在柱子與窗臺之間設置隔離縫，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(xiàn)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

9、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

10、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