壹、前言
懸吊式輕鋼架天花板依其組構方式大致可分為明架與暗架兩種，其差別在於明架天花板的板材係放置於骨架之上（圖1），故當人員視線朝上方天花板望去時即可看到天花板之骨架故稱為「明架天花板」。暗架天花板之骨架則是隱藏於板材後方（圖2），因此當人員視線朝上方天花板望去時則僅能看到一整片板材而無法看到骨架故稱為「暗架天花板」。一般而言，明架天花板的板材因直接放置於骨架之上故較容易取置，也便於處理天花板上方的管線或設備；而暗架天花板之板材大多都係直接與骨架鎖固，因此必須設置維修孔以便後續修復使用。
圖1.明架天花板照片 圖2.暗架天花板照片
暗架天花板普遍設於需要考慮美觀及天花板載重較大之處，如大廳或大面積集會場所。國內的暗架天花板最早為承襲自日本之天花板系統（以下稱傳統式暗架天花板系統），也因此國內規範CNS 11984「建築用暗架式牆壁及平頂輕鋼架」其實係翻譯日本規範JIS A6517「建築用鋼製下地材（壁、天井）」所制定，所有試驗項目及性能規定均與日本規範完全相同。然而傳統式暗架天花板系統在台灣卻早已式微，目前在國內的室內空間中都以卡夾式暗架天花板系統為主要選擇（圖3），半戶外場合若需要裝設天花板則會採用金屬條狀式天花板（圖4）。然而此兩種系統在國內規範中卻都沒有任何相關說明與規定，突顯出目前國內規範的不合時宜。在2013年的仁愛地震中，發現卡夾式系統與金屬條狀式系統都有相關之破壞案例，其中南投瑞峰國中的走廊及樓梯間有大量暗架天花板崩落的狀況，嚴重妨礙人員之逃生路線，故本研究針對此二類台灣常用之暗架天花板系統進行初步探討。
圖3.卡夾式暗架天花板示意圖 圖4.金屬條狀式暗架天花板示意圖
貳、實驗研究
本研究透過實驗以瞭解國內常用暗架天花板工法之強度及耐震弱點，實驗共分為細部元件試驗與全尺寸靜力側推試驗兩階段。由於目前國內並無任何暗架式天花板之實驗資料可供參考，故在第一階段元件試驗中，本研究參考國家標準CNS 11984之內容規定，針對卡夾式系統與金屬條狀式系統進行垂直載重試驗。此外，根據國外研究顯示暗架天花板之破壞容易發生在構件連結處，因此本研究同時針對暗架天花板系統在地震中容易發生破壞的部分進行強度試驗（圖5）。
圖5.細部元件強度試驗
卡夾式暗架天花板支撐架向下載重試驗中，試體選擇市面上較為常見之三種支撐架形式作為試驗對象，支撐架試體1寬度25 mm，高度為38 mm，試體2寬度較小為20 mm高度為36.5 mm，而支撐架試體3寬度23 mm而高度較小為32 mm。試驗結果如表1所示，依據CNS 11984中對於支撐架向下載重之規定，其最大撓度應小於5 mm，且殘留撓度應小於1 mm。相較於本次試驗可以發現目前國內市售之卡夾式支撐架（蜈蚣尺）無法完全滿足規範之要求。
表1. 支撐架向下載重之試驗結果
|
試體
編號
|
試體支撐架1
|
試體支撐架2
|
最大撓度
(mm)
|
殘留撓度
(mm)
|
|
最大撓度
|
殘留撓度
|
最大撓度
|
殘留撓度
|
|
試體1
|
5.3
|
0.3
|
7.3
|
0.4
|
7.3
|
0.7
|
|
6.1
|
0.5
|
6.5
|
0.7
|
|
試體2
|
7.0
|
0.4
|
7.5
|
0.4
|
7.5
|
0.5
|
|
6.4
|
0.4
|
6.4
|
0.5
|
|
試體3
|
11.8
|
1.7
|
10.8
|
1.4
|
12.4
|
2.4
|
|
12.4
|
2.4
|
12.4
|
2.3
|
實驗第二階段為暗架式天花板之全尺寸實驗，此部分以南投瑞峰國中之天花板型式（金屬條狀式系統）作為研究案例對象，實驗試體模擬實際現場施工狀況，利用油壓千斤頂進行靜力側推實驗用以觀察暗架天花板系統在地震中所發生之破壞情形，並針對破壞之原因提出補強的方法及建議。此階段實驗根據油壓千斤頂之施力方向可分為單向靜力載重試驗以及往復載重試驗（圖6）。
圖6.全尺寸試體卡麗板挫屈變形
全尺寸天花板試體之平面尺寸為235 cm×235 cm，其中包含3支支撐架、24片G形卡麗板板材以及9組長度為90 cm之吊筋組。本研究將實驗試體分為支撐架沒有搭接、全部支撐架均搭接，以及僅中間支撐架搭接3種方式進行試驗與分析。另鑑於高低差天花板為國內極為普遍的做法，本研究亦設計相關試體，探討高低差天花板的耐震性能。
綜合全尺寸實驗結果，歸納以下幾點結論：
一、高低差天花板在地震力作用下，連接材（大七字收邊架）為主要破壞的位置，應針對連接處作補強或是將高低差天花板採不連續設計。
二、從全尺寸試驗可以發現相較於支撐架搭接處有錯位之試體，搭接處無錯位的試體其極限強度較小且破壞較為嚴重，易有卡麗板掉落的情形發生。
三、吊筋與支撐架之接點為天花板系統中較容易受到破壞之處，確實有需要提升其強度。
參、改善工法建議及組裝施工圖
本研究根據實驗結果提出目前現行暗架天花板之改善工法及組裝施工圖（圖7），供國內業界參考應用，期望可提升現場實做之暗架天花板耐震品質。
一、天花板重量不宜超過20 kgf/m2。
若是在支撐架連結吊筋螺桿處的下方使用一墊片補強，暗架天花板之重量不宜超過20 kgf/m2，若天花板重量超過20 kgf/m2，則須經過結構計算。
二、吊筋間距為90公分、支撐架之間距為90公分。
此為國內目前之習慣工法，當天花板重量在20 kgf/m2之內可直接使用，而當天花板重量超過20 kgf/m2則支撐架與吊筋的間距均必須縮短，且須經過結構計算。
三、懸吊長度不宜超過3 m。
當天花板之懸吊長度小於1m時，吊筋可採用兩分螺桿；而當懸吊長度為1m~3m時，吊筋建議採三分螺桿。當懸吊長度超過3 m時，吊筋建議以輕型鋼之立柱取代或加設鋼桁架等構件來進行施作。
四、支撐架的搭接處必須錯位。
支撐架搭接處較容易受到破壞以及為板材最易掉落之位置，因此支撐架之搭接處必須錯位，相鄰支撐架搭接處須錯位90 cm以上。
五、搭接處之兩支撐架應緊靠，不宜有間距。
若兩支撐架有間距，則當支撐架受力時會對板材產生額外的扭矩，更容易造成破壞或導致板材掉落。
六、高低差天花板應採不連續設計。
因高低天花板兩者各自有不同的自振頻率，故應拿掉連接高低天花板間之大七字收邊，採不連續設計以避免相互影響。
圖7.暗架天花板組裝施工圖（參考）