中小學(xué)校舍之震害

1、1一、中小學(xué)校舍之震害一、中小學(xué)校舍之震害在集集地震中，中小學(xué)校舍的損害情況極為慘重，根據(jù)教育部的資料，全國(guó)中小學(xué)校遭到損壞者共656所，其中43所國(guó)中小學(xué)校舍全毀，若將損壞的省立高中、高職、大專(zhuān)院校以及私立學(xué)校一起計(jì)算，全國(guó)受損學(xué)校總數(shù)高達(dá)786所。然而學(xué)校校舍建築的設(shè)計(jì)除了必須保障未來(lái)主人翁的安全之外，亦期望在地震後能作為災(zāi)民暫時(shí)避難的地方，故其設(shè)計(jì)能承受之地震力較一般樓房為高，卻反而在地震中無(wú)法發(fā)揮此項(xiàng)功能。觀察中小學(xué)校舍之破壞原

2、因，除了一般建築物常見(jiàn)的現(xiàn)象之外，其獨(dú)特之結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及施工品質(zhì)亦為主因，本文將探討造成中小學(xué)校舍耐震能力不足之原因，以期提昇學(xué)校建築之耐震能力，並發(fā)揮其應(yīng)有之功能。1.1中小學(xué)校舍之震害型態(tài)中小學(xué)教室多採(cǎi)一排教室相連的方式，在預(yù)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(xué)校教室並未設(shè)有獨(dú)立的管線(xiàn)間，所有排水及給水管線(xiàn)均埋置於柱子內(nèi)，降低了柱子之有效斷面積，同時(shí)

3、，柱子之箍筋間距過(guò)大，均導(dǎo)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(shè)有隔間牆，而且牆壁完整；但是，在沿走廊方向，設(shè)有大量玻璃窗作採(cǎi)光之用，並無(wú)完整的牆壁，此外，柱子下方為窗臺(tái)所束制，形成短柱效應(yīng)，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(xiàng)敘述中小學(xué)校舍建築震害之影響因素：1.2校園欠缺整體規(guī)劃國(guó)民中小學(xué)校園的整體規(guī)劃不完整，常常以拼湊的方式，擴(kuò)充學(xué)校規(guī)模，遂帶來(lái)耐震不足的後遺癥。因?yàn)閷W(xué)區(qū)人口的成長(zhǎng)及教學(xué)

4、科目的多元化，造成原有教室不敷使用的窘?jīng)r，校方遂逐年?duì)幦〗?jīng)費(fèi)，若預(yù)算通過(guò)，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(lái)解決教室不足的問(wèn)題，此舉嚴(yán)重破壞了原來(lái)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使其耐震能力大幅減弱。水平方向擴(kuò)建之新校舍往往與舊校舍比鄰相接，以求師生教學(xué)活動(dòng)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(dòng)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(dòng)，極可

5、能兩者之間作反向運(yùn)動(dòng)，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(chǎn)生的力量之大，甚至足以導(dǎo)致相接樓層之柱子全面破壞，進(jìn)而崩塌，這將使得活動(dòng)其中之師生沒(méi)有足夠的時(shí)間逃生。至於垂直方向擴(kuò)建之新校舍則採(cǎi)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(shuō)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(xué)校舍於民國(guó)60年至70年之間及民國(guó)70年至80年之間建造者各佔(zhàn)約三至四成，於民國(guó)60年以前建造者約佔(zhàn)一成五，其餘少數(shù)為民國(guó)80年以後興建。依此之故，中小學(xué)校舍於早期興建者，其耐震能力普遍缺乏，應(yīng)儘早評(píng)估其耐震能力，並予以補(bǔ)強(qiáng)，以提高其耐震能力。1.5兩側(cè)開(kāi)窗形成短柱剪力破壞目前臺(tái)灣絕大多數(shù)的中小學(xué)校舍為了採(cǎi)光的考量，在縱沿於走廊的方向廣設(shè)玻璃窗，因此，柱子下端之左右兩側(cè)由鋼

7、筋混凝土造或磚造窗臺(tái)所束制，而柱子上端之左右兩側(cè)則由鋁製或木造窗框所束制。因?yàn)榇翱蛑畯?qiáng)度及勁度遠(yuǎn)不及窗臺(tái)的強(qiáng)度及勁度，故柱子之有效長(zhǎng)度縮短，而形成短柱效應(yīng)。柱子愈短，承受之剪力愈大。當(dāng)校舍承受水平側(cè)力時(shí)，柱子斷面之剪力首先達(dá)到其剪力強(qiáng)度，因而產(chǎn)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(guò)程中，於正負(fù)45度之斜面上，分別承受張力及壓力，因混凝土之抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低於其抗壓強(qiáng)度，所以會(huì)在45度斜面上出現(xiàn)張力裂縫，

8、且柱子斷面會(huì)全面開(kāi)裂，這整個(gè)破壞過(guò)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(fù)載重，故張力裂縫呈現(xiàn)X字型。因此，如果上述類(lèi)型的校舍能在柱子與窗臺(tái)之間設(shè)置隔離縫，即可有效避免短柱效應(yīng)的形成。最重要的是，在校舍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，就應(yīng)該使其在未來(lái)遭遇預(yù)期以外的強(qiáng)震時(shí)，也能使柱子的破壞模式導(dǎo)向韌性破壞。也就是說(shuō)，在柱子之彎矩破壞的過(guò)程中，張力側(cè)之混凝土保護(hù)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(huì)隨彎矩之遞增而降

9、伏，但柱子核心混凝土尚未壓碎，整個(gè)破壞過(guò)程是漸進(jìn)的，此種破壞模式就是韌性破壞。1.6柱內(nèi)埋管?chē)?guó)民中小學(xué)校舍並未設(shè)有獨(dú)立的管線(xiàn)間，所有維生管線(xiàn)包括給水、排水及電力等大多埋置在柱子內(nèi)，遂使柱子之有效面積大幅降低。中小學(xué)校舍柱子之尺寸原本就不大，常見(jiàn)之沿走廊方向?qū)挾燃s30公分左右，而單是埋設(shè)其中之排水管直徑就超過(guò)5公分，故管線(xiàn)所佔(zhàn)面積不容忽視。因柱子之強(qiáng)度會(huì)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(yīng)設(shè)置獨(dú)立的管線(xiàn)間，或以明管佈設(shè)維

10、生管線(xiàn)，以保持柱子之完整性。1.7箍筋不足國(guó)民中小學(xué)校舍柱子之箍筋間距往往超過(guò)20公分，箍筋間距過(guò)大會(huì)導(dǎo)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(jié)構(gòu)乃由鋼筋及混凝土組成，因鋼筋細(xì)長(zhǎng)，在承受壓力時(shí)，容易挫屈破壞；混凝土則僅具抗壓強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度只達(dá)抗壓強(qiáng)度的十分之一，故混凝土承受張力時(shí)，很容易因產(chǎn)生張力裂縫而破壞。而且無(wú)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(wú)法單獨(dú)成為土