校舍耐震補強計畫緣起1999年9月21日凌晨1時47分，發生了在整個台灣都感受的嚴重搖動，並於之後發生多次餘震，是為921大地震。事後經震損調查所得，中部地區近一半的校舍出現全毀或半毀的損壞，全國中小學遭損壞者達656所，佔全國中小學總數20%，幸好地震發生在凌晨時分，倘若發生於上課時間，想必會造成如巴基斯坦於2005年10月8日早上8時50分發生之規模7.6的大地震，當中有19000名孩童死於倒塌的校舍中；近年也不乏因地震造成校舍倒塌，繼而奪去小孩寶貴的性命，如中國於2008年5月12日下午2時28分發生之規模7.8的汶川大地震，地震發生當時正值學生上課期間，這再次告訴我們校舍的耐震能力不足，將導致不可挽救的悲劇。圖1為中國汶川大地震，圖2為台灣921大地震。
因此，教育部於2003年開始，與國家地震工程研究中心（以下簡稱國震中心）合作，開始就提昇校舍耐震能力的作業進行研究，直到2009年委託國震中心推動「加速高中職及國中小老舊校舍及相關設備補強整建計畫」，並成立「加速高中職及國中小老舊校舍補強整建專案辦公室」（以下簡稱專案辦公室），由國震中心副主任、台灣大學土木系黃世建教授為計畫主持人，以提供計畫推動所需之技術與支援，如提出校舍耐震評估與補強之方法、作業規範之擬訂、舉辦講習與觀摩活動、以及資料庫之建立與資料收集等，希望能篩選出耐震能力不足之校舍，並作經濟有效之結構補強，以保障師生之安全。 校舍結構普遍存在之問題 [2]一、校舍易於沿走廊方向崩壞中小學校舍多根據民國55年發佈之標準圖設計，教室以「一」字長排相連，外設走廊，在校舍短向設有完整之隔間牆分隔教室，但於校舍長向則多開門窗，以作通道及採光之用。柱子兩側開窗，易使窗旁柱子發生短柱效應，於地震來臨時發生剪力破壞；另外，教室外設置無柱之走廊，雖利於學童活動，但會造成校舍贅餘度不足，應力無法作有效之重新分配，韌性隨之降低。 二、校園欠整體規劃學校因應學區人口成長及教學科目之多元化，多於校舍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，滿足漸增之教室需求，這樣容易造成如「老背少」的建築問題，破壞舊有校舍的結構系統，使之耐震能力降低。 三、箍筋間距過大中小學校舍柱子之箍筋間距大多超過20公分，易使柱子產生脆性破壞，如剪力破壞、主筋挫曲破壞、核心混凝土壓碎破壞等。混凝土之抗壓能力與鋼筋之抗拉能力相輔相成下，才可確保校舍之安全，兩者唇亡齒寒，其中一方遭到破壞，另一方亦不能獨存。 四、柱內埋管由於中小學校舍沒有設置獨立的管線間，所有供給水、電等維生管線多埋置於柱內，使柱的有效面積降低，進而降低柱子原有強度。 五、校舍立面或平面不規則造型奇特或不規則之校舍，在地震中容易造成應力集中的問題，其結構行為較難預測。 校舍耐震能力提昇策略 [1][3] 由於校舍的數量龐大，台灣高中職以下學校有3621所，所含校舍多達兩萬棟以上，故需要透過有系統的程序和合理的標準，在經濟性的原則下，把其中耐震能力有疑慮的校舍篩選出來，並作後續耐震補強。
一、現地普查依行政院「建築物實施耐震能力評估及補強方案」之規定，凡未依86年5月1日修正發布施行之建築技術規則設計建造之公有建築物，應全面檢視其耐震能力，將不符合現行耐震設計規範之建築物，儘速進行結構耐震補強，以維護民眾安全。為避免發生建築物未納入評估程序，應逐一清查所有建築物之狀況，透過現地調查工作蒐集相關之耐震基本資料，並建置資料庫統一管理，確認欲處理之規模範圍，更可讓主管機關確實掌握所轄建築物之執行現況。 二、初步評估 初步評估的目標是快速篩選耐震能力有疑慮之校舍，並據初步評估之結果排定詳細評估之優先次序。初步評估判定建築物是否有耐震疑慮的依據為強度需求比，其定義如下︰ 此階段是由具土木結構專業背景之人員現地勘查，並把初評成果回傳至國震中心。初步評估的結果Is值未達80分之校舍，優先進入詳細評估。 三、詳細評估
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，其中
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詳細評估與補強設計建議由同一位專業工程師負責完成，如此責任之歸屬能夠明確。
五、補強施工
補強施工是以三級品管來控制工程品質，由於校方無工程之專業人員，故監造單位之盡責，為其補強效果的保證。
以上五個階段之成果均須回傳到校舍耐震能力資料庫，以瞭解計畫的進度、品質與特性，並作日後決策參考之用。
耐震補強工法
常見之校舍耐震補強工法有增設翼牆、擴大柱和增設剪力牆等，國震中心為探討這些工法的優缺點與適用性，已於實驗室與校舍現地進行試驗。圖6、7、8、9為實驗室測試試體；圖10、11、12為校舍現地試驗。以下針對常見補強工法進行說明︰
實驗室試驗 |
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校舍現地試驗 |
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| 圖12 隔間牆增設複合柱補強（桃園縣瑞埔國小）[2] |
一、增設RC翼牆補強︰於既有獨立柱兩旁加設單片或雙片牆體，施工時除施工位置之原混凝土面打毛處理外，重點在於柱旁翼牆植筋之確實。圖13為增設RC翼牆補強工法示意圖，圖14為增設RC翼牆補強實例。
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| 圖13 增設RC翼牆補強工法示意圖[4] |
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| 圖14 增設翼牆前後之外觀（臺北市成德國中）[5] |
二、擴柱補強︰擴大既有柱之斷面，施工時先把原柱飾面打除，並於原混凝土面作打毛處理，再於原柱四周進行鋼筋綁紮，最後組模灌漿，擴大柱斷面，能增加建築物之強度與韌性。圖15為擴柱補強工法示意圖，圖16為擴柱補強實例。
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| 圖15 擴柱補強工法示意圖 [4] |
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| 圖16 擴柱前後之外觀（臺北市興隆國小）[5] |
三、增設RC剪力牆補強︰於既有梁、柱構架內加設整片RC牆體，增設之牆體與柱構架植筋相接之確實十分重要，但此工法對校舍之外觀影響較大，可利用增設之RC牆作校園美化或公告板之用，以減輕對校舍外觀之衝擊。圖17為增設RC剪力牆補強工法示意圖，圖18為增設RC剪力牆補強實例。
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| 圖17 增設RC剪力牆補強工法示意圖[4] |
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| 圖18 增設剪力牆前後之外觀（臺東縣池上國中）[5] |
其他耐震補強工法 [5]︰
一、鋼斜撐框架︰於原有梁柱構架內增設鋼斜撐或鋼框架斜撐，由增設之鋼構件抵抗部分地震力，減輕原有梁柱構架之負擔。
二、碳纖維包覆︰利用重量輕、強度高的碳纖維網包覆梁柱增加結構物耐震能力。
三、復合柱補強︰於牆之前、後兩側配置主筋用以夾住隔間磚牆，此工法具備省時、省工之特性。
執行進度與成效
目前執行進度
教育部自2009年起推動加速公立高中職及國中小校舍之耐震能力提升計畫，現已投入約208億元（2014年至2016年另有48億元挹注），以耐震補強方式改善既有校舍之耐震能力，至目前為止，已有逾4,200棟校舍完成耐震補強或拆除重建，另已有7,500餘棟校舍經專業人員評估後判定無耐震疑慮，推估可保障約140萬名師生之安全。
經濟性
校舍耐震補強與拆除重建相比之經濟優勢[1]如下表所示︰
| 工期 | 經費 | |
| 耐震補強 | 約2~3個月 | 約3,500元/ m2 |
| 拆除重建 | 約24個月 | 大於20,000元/ m2 |
耐震補強所需工期一般為2~3個月，多選在暑假期間進行，可減輕校方師生安置的壓力，而且由於地震具有瞬發性，工期短也能減低校舍受災之機會；而耐震補強所需經費只約為拆除重建所需經費之20%以下。
有效性
2013年3月27日發生之規模6.2之南投仁愛地震，其中某校之兩棟校舍的震損情況差異（圖19），可以看出進行補強後之校舍即便在地震中受損，其修復經費比尚未補強的校舍要少很多。
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| 圖19 完成補強與未補強校舍於震後修復經費之比較 [6] |
同樣以南投327地震為例，說明已補強之校舍和待補強之校舍震損的差異 [6]，如下表所示︰
| 已補強之校舍372棟 | 待補強之校舍615棟 | |
| 無損壞之校舍 | 345棟（93%） | 522棟（85%） |
| 僅非結構損壞校舍 | 25棟（6%） | 50棟（8%） |
| 輕度結構損壞（含磚牆） | 2棟（1%） | 43棟（7%） |
而在2010年3月4日上午發生之規模6.4的高雄甲仙地震，距離震央約30公里之玉井國中，如圖20所示，經評估後需補強，其尚未補強就遭到震損，多處柱出現結構性損壞；而距離震央約31公里之玉井工商，如圖21所示，於地震來臨前已完成補強，故在此次地震中無出現任何結構性破壞。
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| 圖20 玉井國中（尚未補強）震損情況 [4] |
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| 圖21 玉井工商（補強完成）無出現結構性破壞 [4] |
暑期校舍耐震補強工程現地記錄活動（木柵國小勤學樓B棟）
工程概況
學生永健我有幸於今年暑假參加由國震中心舉辦之103年校舍耐震補強工程暑期現地記錄活動，在黃世建老師的指導下，負責記錄木柵國民小學—勤學樓B棟為期兩個月之補強工程，以下對上述耐震能力提升策略配合校舍補強工程現地記錄作一說明。
勤學樓B初評分數為92.586（對於台北市而言，由於預算狀況允許，故對於初評分數介於80至100分之校舍，同樣進行後續的詳細評估、補強設計與施工），詳細評估之CDR值為0.9388，故需要進行後續之補強設計與補強工程。
木柵國小位處景美溪旁，標的物地盤屬台北盆地三區，最近的斷層屬第二類斷層之山腳斷層，如圖22所示。
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| 圖22 木柵國小地理位置 [7] |
組圖23為木柵國小勤學樓B棟之正面圖，樓高三層，1樓於1970年興建，2、3樓則於1975年興建，其屬於典型的「老背少」建築。本次補強位置為圖中所示1、2樓柱子，把原有柱子尺寸45X45公分擴大為85X75公分（較寬一側為縱沿走廊方向），加上勤學樓B背面相同位置之擴柱，本工程共進行8根擴柱補強，並對擴柱基礎作補強。勤學樓B與A之間伸縮縫，未發現地震造成之擠壓損壞。
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| 組圖23 木柵國小勤學樓B棟正面圖 [7] |
活動簡介
於本次活動展開之前，參與活動之學生先要到國震中心參加為期一天的教育訓練，訓練內容主要是介紹校舍補強計畫、補強工法及植筋注意事項、工地常見缺失、工地安全注意事項、工作內容及曾參與活動之學生經驗分享等，本活動記錄全台共15所學校，參與學生共30名，每2名學生共同記錄一所學校之補強工程，每組由一名老師負責指導，學生待訓練完成後才可赴工地記錄。
在活動進行期間，國震中心選定了8/14下午於木柵國小舉行暑期校舍補強工程現地記錄期中分享會（北區），會中負責記錄明道國小、永春國小、河堤國小以及木柵國小的同學們向指導教授們及國震中心人員匯報各補強工程執行進度及情況（如圖24、25所示），會後則由負責木柵國小現地記錄之學生帶領眾人，現地觀摩木柵國小勤學樓B棟之工地。
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| 圖24 期中分享會—學生報告 [7] | 圖25 期中分享會—教授提問 [7] |
施工過程記錄
於工程開展之前，先要進行假設工程（圖26）︰
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| 圖26 施工圍籬、鷹架架設完成圖 [7] |
假設工程及室內保護措施完成後，便可進行基礎補強及擴柱補強（下方組圖27為1樓柱子之補強過程）︰
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| 組圖27 耐震補強施工過程 [7] |
施工完成前後對比︰
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| 圖28 施工完成前勤學樓B棟正面圖 [7] |
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| 圖29 施工完成後勤學樓B棟正面圖 [7] |
心得
此次活動讓我接觸到很多書上或課堂上無法接觸到的實務內容，如鷹架架設、鋼筋綁紮方式、灌漿動線安排、以及校方、監造、廠商三方協調溝通等，而由於校舍補強工程大多利用暑假兩個月的時間進行，剛好有機會讓我參與其中，並從假設工程開始，直到工程完成的過程都一一記錄下來，能於短短兩個月裡看完整個補強工程，讓我獲益甚多。
參考資料︰
- 黃世建、鍾立來、簡文郁、蕭輔沛、陳鴻銘、沈文成、葉勇凱、莊清寶，（2012）「台灣校舍結構耐震評估與補強計畫之推動」，結構工程，第二十七卷，第一期，第4-16頁。
- 沈文成、葉勇凱、鍾立來、簡文郁、黃世建，（2009），「校舍耐震能力提昇之對策與推動」，中國土木水利工程學會，土木水利，第三十六卷，第四期，第71~76頁。
- 沈文成、邱聰智、葉勇凱、蕭輔沛、簡文郁、鍾立來、黃世建，（2011）「既有建物耐震評估與補強」，行政院災害防救應用科技方案100年度成果研討會。
- 國家地震工程研究中心—校舍耐震資訊網（校舍耐震評估與補強知識）
http://school.ncree.org.tw/files/common/education/popular-science-education.pdf - 國家地震工程研究中心—校舍耐震資訊網（校舍耐震補強工程成果分享）
http://school.ncree.org.tw/files/common/education/20131226-retrofit-sample.pdf - 國家地震工程研究中心—校舍結構耐震能力評估與補強作業講習會講義
（民國103年5月5日）
http://school.ncree.org.tw/files/common/conference/20140505-handout.pdf - 木柵國小勤學樓B棟補強工程現地記錄人員︰林永健、蔡宛婷
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