国立台湾大学土木工程研究所

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1、國立台灣大學土木工程研究所民國95年(碩士)學位論文摘要校舍隔間磚牆增設複合柱補強效益之推垮分析及試驗驗證研究生：連冠華指導教授：鍾立來吳賴雲摘　要921集集地震造成數以萬棟之樓房損毀，其中以中小學校舍損壞最為嚴重，約佔40%。對為數龐大之中小學校舍而言，係按照建造當時之規範進行設計，甚至未進行耐震設計，未必能符合目前最新耐震設計規範之需求，故既有中小學校舍之耐震能力堪虞，但無法也無須一一拆除重建。透過補強之手段，可提升原有結構之耐震能力。耐震補強方法除了成本效益外，尚須考慮其對建築功能之衝擊。常見之補強工法，均在走廊側進行補強，

2、如鋼板包覆補強、翼牆補強、擴柱補強等，必須拆除門窗，故其工期長、費用高、廢棄物多。因此，本研究旨在探討隔間磚牆耐震補強之研究與發展，於隔間磚牆增設複合柱，增設之柱子分為兩部分，配以橫向鋼筋，將磚牆夾在其中。增設之柱子本身對耐震容量有所貢獻外，並可降低隔間磚牆之有效寬度，同時增加隔間磚牆之面外強度及承載能力，避免中小學校舍於大地震時倒塌，保障師生之安全。探討隔間磚牆增設複合柱之力學行為，訂定其塑鉸性質及相關參數，繼而進行ETABS非線性推垮分析及容量震譜法分析，以量化補強之效益。製作五座試體進行擬靜態面外反覆試驗，加以驗證先砌及後砌

3、之隔間磚牆面外耐震能力，確認隔間磚牆耐震補強之可行性及塑鉸參數。隔間磚牆之補強工程不必拆除門窗，因而省工、省時、又省錢，且對原有建築功能之衝擊最低。讓耐震堪虞之中小學校舍，在有限之經費下，有效地提昇其耐震能力，期大幅降低地震之災害。中小學校舍耐震能力評估先說明耐震能力評估之目的，接著建立一套可同時考量結構系統之強度與非線性變形能力之合理耐震評估方法。首先採用工程師常用之ETABS套裝軟體作非線性靜力推垮分析，求得中小學校舍之基底剪力與屋頂位移關係曲線。其中，先利用斷面軟體Response2000求得斷面彎矩，之後建立RC柱、隔間磚

4、牆面外方向及複合柱之側向載重與位移的非線性關係，接著轉換成ETABS之塑鉸參數，以表現其非線性變形。之後再參考葉勇凱博士等方法9，轉換中小學校舍之基底剪力與屋頂位移關係曲線為容量震譜與折減後之非彈性需求震譜比較，可求得中小學校舍之補強前後的破壞地表加速度。試驗構架規劃設計與施作介紹本試驗之規劃緣由，接著介紹構架及構架增設複合柱補強之設計、材料特性及施工程序。其中，梁柱空構架PF-2一座；含1B隔間磚牆之梁柱構架B1-2、A1-2共二座；含1B隔間磚牆之增設複合柱補強構架B1-2-C、A1-2-C共二座，合計共五座試體，如表1所示。

5、之後再分別介紹試驗之安裝佈置及程序，如圖1所示。試驗觀察與結果討論依序分別敘述梁柱空構架PF-2；含1B先砌與後砌隔間磚牆之構架B1-2、A1-2；含1B先砌與後砌隔間磚牆之增設複合柱構架B1-2-C、A1-2-C，合計共五座試體，進行反覆載重下之各尖峰值之試驗觀察，觀察內容包括裂縫生成變化、混凝土保護層剝落、裂縫產生、主筋挫曲情形及最終破壞等情形，如照片1~5所示。試驗之結果討論，分別敘述空構架、含1B隔間磚牆構架及增設複合柱補強構架之側力-位移曲線圖、側力-位移包絡線圖、最大側力、位移及殘留強度，如圖2所示。最後，探討隔間磚牆

6、之側力強度及先砌與後砌之差異及複合柱補強效應。數值分析與試驗比較針對梁柱空構架PF-2一座；含1B隔間磚牆之梁柱構架B1-2、A1-2共二座；含1B隔間磚牆之增設複合柱補強構架B1-2-C、A1-2-C共二座，合計共五座試體，進行詳細分析。說明及驗證，ETABS非線性靜力推垮分析塑鉸之設定的合理性與可靠性。比較理論與試驗之側力-位移包絡線圖，如圖3~5所示，驗證理論分析模擬能符合真實的試驗分析結果。中小學校舍耐震能力評估實例針對台南市後甲國中德育樓進行耐震評估，求得其最大之基底剪力及破壞地表加速度，如圖6所示。如其不足以達到現行規

7、範之要求，則對其進行隔間磚牆增設複合柱補強，如圖7所示。並再次檢核是否達到現行規範之要求，如圖8所示。9結論與建議綜合本文各章節之研究，可得以下幾點結論：1.校舍隔間磚牆補強為一經濟、有效且快速之補強方法，配合國家發展之政策，可全面施行，以提昇中小學校舍之耐震能力，在下一次大地震來襲時，可大幅減緩地震之災害。2.校舍採用隔間磚牆補強，施工容易，不必拆除門窗，保持走廊內側之完整性。3.日照採光、通風換氣、內部裝修方面之衝擊，降到最小。4.經由理論分析及試驗驗證，增設複合柱確實為一效果甚佳之補強元件。為了反映複合柱於評估中之強度貢獻，

8、本文提出如何設定ETABS中參數，以模擬複合柱之力學行為。5.不論，後砌或者是先砌之隔間磚牆，在面外方向提供之側力強度不大，但其與RC柱一起承擔軸向載重，則RC之軸向破壞變位加大，故後期仍保持不錯之殘留強度。最後提出三點建議：1.構架增設複合柱補強