如何確保輕鋼架天花板的耐震安全？應力計算與施工要點

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前言

懸吊式輕鋼架天花板常見於各類大型公共建築與商業空間，例如購物中心、辦公樓、學校、醫院以及展覽場館等。由於這些場所通常面積廣大且人流密集，一旦懸吊式輕鋼架天花板發生破壞，不僅可能導致鄰近設備及管線損壞，還會威脅空間使用者的人身安全。

因此，正確施工及結構應力分析尤為重要。本篇文章是《如何確保懸吊式輕鋼架天花板的耐震安全？應力計算與施工要點》，本文會說明懸吊式輕鋼架天花板的相關規範及應力計算的重點，提供給天花板施工廠商或相關從業人員參考。想了解應力計算書用途的讀友們可以參考之前的文章《結構安全證明書的用途及指南》

一、輕鋼架天花板系統

根據懸吊式輕鋼架天花板耐震施工指南，除了承載重量比較少的輕型天花板系統以外，懸吊式輕鋼架天花板須符合 ASTM C635 的中型或重型載重等級。

💡 參考美國規範ASTM C635： 
 輕型載重等級：跨距為122公分，載重為7.4kgf/m
 中型載重等級：載重增加至17.9kgf/m
 重型載重等級：載重增加至23.8kgf/m

二、輕鋼架天花板的應力計算

1、戶外天花板必須考量風力

若輕鋼架天花板安裝在可能受風的環境，則須將風壓力納入天花板的結構檢核，設計風壓力的計算是根據內政部頒布的建築物耐風設計規範及解說，天花板的設計風壓力與下列因素有關：

• 天花板高度：天花板安裝的高程越高，承受的風力會增加。
• 地況條件：地況條件是依照天花板所在位置附近的地表特行而定。所在地區如果越平坦開闊，例如草原或海岸湖岸地區，天花板會承受較大的風壓。所在位置如果鄰近較多高層建築，則天花板會承受較小的風壓。
• 所在縣市：除了地況條件外，所在的縣市也會影響設計風力的大小，國家規範明訂各縣市區域的基本設計風速。臺灣地區最大設計風速為47.5m/s，主要落在花蓮縣、屏東縣的局部地區。最小風速為22.5m/s，落在南投縣的局部地區。

💡 影響風力大小：天花板高度、地況條件、所在縣市

2、地震力計算

當結構體遭受地震作用時，地震的能量會傳遞至附屬結構，導致其產生劇烈震盪。在這種情況下，若附屬結構的連接構件設計不夠完善或強度不足，可能會引發一系列問題，包括：附屬結構損壞坍塌、連帶損壞管線或設備等等。

懸吊式輕鋼架天花板是極容易在地震中損壞墜落的一項建築內裝材，對於面積大或懸吊長度過長的輕鋼架天花板，宜特別檢討是否設有足夠的耐震斜撐，以及在高低天花板交接處有足夠的補強。

💡 輕鋼架天花板的連接件，須考量地震力，必要時需適當補強！

3、輕鋼架天花板構件應力檢核

懸吊式輕鋼架天花板涉及多項規範，必須依據正確的規範或細則進行檢核，才能確保結果的正確性。不同材質的構件均有相應的規定與要求，甚至連螺絲與螺栓也需遵循各自的規範。因此，若使用鋼結構規範檢核鋁構件或自攻螺絲，其檢核結果可能會存在偏差。

• 主架、副架、懸吊線：須能抵抗地震力、風力及設備載重，而不會產生材料降伏或結構坍塌。
• 收邊材：一般僅做為天花板收邊裝飾用。若有額外承載需求，須檢核收邊條抗震及抗風強度。
• 設備與天花板之連接件：連接扣件強度須能抵抗主、副架及懸吊線同等規模的地震力及風力。
• 吊架與結構板之連接件：檢核螺絲剪力及拉力強度，常使用膨脹螺絲、自攻螺絲、螺栓做為連接件。

💡 主副架與收邊材的固定可使用自攻螺絲，螺絲尺寸宜在＃7 以上
💡 一般螺絲使用號數為：#6~#8、#10、#12、1/4 等，長度為13.0~76.0 mm

三、輕鋼架天花板的耐震工法

1、強度與穩定性要求

• 主副架桿件、扣接處：需能抵抗兩倍實際載重，或至少 80kgf 軸向張力
• 扣接器：採用機械式互鎖裝置，並經過多組測試，且試驗偏差應在±10%內

💡 輕鋼架天花板需抵抗２倍以上的實際載重

2、主副構架安裝

💡 收邊材主要為裝飾收邊用，若做為承載使用須特別檢核

3、懸吊線安裝

• 懸吊線間距及材質應符合規範。
• 懸吊線與骨架的連接處至少繞 3 圈，且連接強度要大於45kgf。
• 面積超過 100 平方公尺的天花板，需設置水平束制的裝置，例如於主副架交接處設置斜拉線組。

💡 懸吊線間距及材質
 #12鍍鋅鋼線間距 120 公分
 #10鍍鋅鋼線間距 150 公分
 或經檢核證明具有與前述配置有相同耐震效用

4、大型天花板的分區與防震措施

• 面積超過 100 平方公尺的天花板，需設置水平束制的裝置，例如於主副架交接處設置斜拉線組。
• 面積超過 250 平方公尺的天花板，應設置地震隔離縫，避免因振動造成系統損壞。

💡 斜拉線組配置的注意事項 
 1. 斜拉鋼線水平夾角須小於45度
 2. 設置斜拉鋼線處，須於主副架交接處設置垂直桿與結構樓板對頂 
 3. 斜拉線第一組設置於距牆壁180cm內，各組間距為360cm 
 4. 斜拉線設計載重須大於90kgf，且安全係數大於2

5、燈具與設備的安裝

💡 設備重量不可以超過支撐骨架的設計承載值

四、輕鋼架天花板應力計算書注意事項

輕鋼架天花板應力計算書內容應詳實且符合規範，以滿足施工與後續使用的需求。以下是應力計算書時的三個製作要點：

1、法規符合性

輕鋼架天花板牽涉的法規甚廣，應力計算書應遵循最新的國家規範或相關細則，若採用不適用的規範，可能會導致檢核結果過於樂觀：

• 施工細節：須依循懸吊式輕鋼架天花板耐震施工指南，或是ASTM C635、ASTM C636 等天花板設計與安裝標準。
• 設計地震力計算：須符合建築物耐震設計規範及解說
• 設計風力計算：須符合建築物耐風設計規範及解說
• 鋼構件設計：須符合鋼構造建築物鋼結構設計技術規範
• 鋼筋混凝土設計：須符合建築物混凝土結構設計規範
• 螺絲計算：須符合冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說
• 涉及特殊使用場合：如醫療設施或劇院，應將相關法規細則納入考量。

2、數據完整性

應力計算書中的數據應全面涵蓋所有必要的設計條件，並提供詳細的分析與結果，避免遺漏關鍵資訊：

• 載重計算： 明確列出靜載、活載重、地震載重、風載重的數據來源與計算過程。
• 材料性質： 說明主副架、收邊材、懸吊線等構件的材質特性(如降伏強度、楊氏模數)。
• 結構模型： 提供計算時所採用的結構模型、邊界條件及假設說明。
• 結果呈現： 清晰列出所有設計結果，例如各構件的最大應力、最大變形、連接件的強度等，並附上必要的圖表輔助說明。

3、專業審核

計算書的準確性與可行性必須經由有資格的專業人士審核：

• 審核人員資格： 應由具有相關經驗或是專業證照的人士進行審核。
• 雙重審查： 計算書應接受內部與外部審核，內部審核側重技術細節，外部審核側重法規合規性與使用安全性。
• 現況比對： 計算書的內容需與現場條件相符，避免結構分析情境與實際施工不符。

後記：懸吊式輕鋼架天花板應力計算的重要性

輕鋼架天花板的施工應嚴格遵循現行規範及應力計算的建議，才能降低天花板系統在地震或其他外力作用下發生損壞的風險。輕鋼架天花板應力計算的重要性如下：

• 預測受力狀態，防止結構失效：應力計算能精確預測天花板系統在載重下的受力分布，例如主架、副架、懸吊線的應力或變形，避免局部構件破壞而導致整體結構坍塌失敗。

• 滿足法規要求：應力計算必須考量地震力及風力的影響，且須提供完整的設計依據，確保懸吊式輕鋼架天花板符合相關現行法規。且透過系統性分析天花板各組件的應力分布，有助於優化設計。

• 優化材料使用：應力計算能幫助選擇適當的材料與構件尺寸，避免過度設計或材料浪費。

希望這些要點能幫助讀者了解懸吊式輕鋼架天花板施工及應力檢核的相關要點。小潔為專業的結構技師，如果需要更多的細節或協助，歡迎隨時與我聯繫！