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[攀岩]岩場結構力學Q&A2015-06-16

人工岩場結構的安全與否，應是業主最重要的考量，一座岩場不論設計的多漂亮，外型多壯觀，造價多便宜，但若是結構安全有問題，恐將對使用者的生命財產造成嚴重的損害。所以業主在此議題上不可不慎，免得投入寶貴的資源後，才發現這座岩場的結構安全是有顧慮的。因此我們特別以20年多年的岩場設計、建構經驗，針對人工岩場結構安全的問題，撰寫此一答客問，提供您參考。

-何謂人工岩場？

-人工岩場建構有國家安全標準嗎？

-要如何認定這座岩場是安全的？

-有哪些國際標準可以參考？

-歐洲標準EN12572主要的內容是什麼？

-人工岩場為什麼要計算結構應力？

-何謂人工岩場的結構？

-獨立式岩塔與依附建築物岩場的結構有何區別？

-人工岩場與建築結構間的安全關係？

-是否可以用別的方法來取代結構安全應力計算?

-有些廠商提出他們的材料測試合格報告，是否可視為此座岩場也是安全的？

-鋼構越粗結構是否越安全？

-我們在岩場結構安全應力計算書上可看到靜載重及活載重，何謂靜載重？

-何謂活載重?

-強風對於人工岩場的結構安全有何影響？

-如何做風力測試？

-地震對於人工岩場的結構安全有何影響？

-零組件的強度對岩場的安全有何影響？

-如何計算岩場的結構應力？

-如何計算人工岩場的穩定性？

-岩板為什麼要有耐撞擊測試？

-如何測試岩板的耐撞擊？

-岩場完工後是否需要做任何測試？

-何謂確保點？為什麼要有確保點？確保點要注意什麼？

-如何測試確保點的安全？

-何謂上方確保點？為什麼要有上方確保點？上方確保點要注意什麼？

-如何測試上方確保點的安全？

-舉辦比賽的岩場是否有結構安全標準的要求？

-如何選擇有能力設計一座安全岩場的專業廠商？

-廠商若只是在投標文件中提出一份證明，證實他們承建過的岩場合於EN12572標準，是否可以視其產品皆可通過EN12572標準？

-如何判斷投標廠商所提的結構應力報告書是合於EN12572規定的？

Q. 何謂人工岩場？
A.   人工岩場就是一個人造的攀登結構，英文的正式名稱是Artificial Climbing Structure，簡稱ACS。

Q. 人工岩場建構有國家安全標準嗎？
A. 目前我國尚未有人工岩場建構安全標準的法規。

Q. 要如何認定這座岩場是安全的？
A. 雖然我國尚未訂定安全標準，但為了保障業主權益及使用者的安全，我們仍然可以借用一些國際標準來作為人工岩場結構安全上的要求。

Q. 有哪些國際標準可以參考？
A. 目前世界上最嚴整的人工岩場建構安全標準，是歐洲共同體19個會員國，在1999年12月所共同通過，並一體遵守的歐洲標準European Standard EN12572。

Q. 歐洲標準EN12572主要的內容是什麼？
A. 此標準主要分為幾個章節：
第1章是說明此標準乃為規範人造攀登結構之確保點及穩定性之要求及測試方法。
第2章是此標準所引用的參考規範
第3章是對人工岩場各部結構及零組件加以正式的定義。
第4章這是本標準規範中最重要的一章，在本章中詳細敘述人工岩場安全設計上的需求（Requirements）。包括：
4.1以公式來說明如何在岩壁上的適當位置安裝確保點。
4.2 各式確保點的形狀要求。
4.3 結構體組件強度計算及測試方法，並有一附表詳列攀登者及墜落時對岩場結構產生的各種應力數據，以做為應力計算的標準。
4.4 岩板的耐衝擊測試。
4.5 驗收測試。
第5章岩場完工後應有一告示牌說明此岩場的基本資料，及是否通過測試。
第6章岩場使用指導手冊的內容規範。
第7章此岩場是否通過歐洲標準EN12572的宣告條件說明。

Q. 人工岩場為什麼要計算結構應力？
A. 如前所述，人工岩場的正式名稱是人造攀登結構，既然是人造的結構體，就如同房屋、橋樑一樣，必須經由科學的計算，才能確保這個結構體在遭致各種應力狀況下，仍然能保持其穩定性。

Q. 何謂人工岩場的結構？
A. 人工岩場的結構包括岩板（Panels），固定岩板的支撐桿（Secondary frame），將整座岩場固定於建築物或獨立於空地上的主結構（Primary frame）。

Q. 獨立式岩塔與依附建築物岩場的結構有何區別？
A. 依附建築物是在原有之建物上，架設鋼架結構及專用固定連結裝置，再將各式岩板固定在上面，最後裝上岩塊即可。由於岩場主體是附著於固定建築物上，因此大多不會再移動，但原則上要擴充並無太大困難。這種模式也是目前相當通用的結構工法。但若沒有合適的壁面，或是希望設置於空地上，就必須採用獨立結構的技術。與依附建物的技術相較，獨立結構需要較多的結構材料與詳細的安全分析，而且若是在室外通常必須考量更高標準的耐候因素，例如在台灣空曠地上的獨立岩塔，就要考慮是否能承受颱風帶來的強風吹襲而無破壞之慮。

Q. 人工岩場與建築結構間的安全關係？
A. 當一座岩場是依附在一棟原有的建築物上時，岩場結構體除了必須要能夠承受板面結構的重量，以及使用者墬落時產生之衝擊力量外，更要考慮及這些應力，是否會對原有之建築結構造成破壞。所以設計岩場時更需要做結構應力分析，確實算出岩場結構體與原建築物連結點的三向應力，以便業主能據以檢查他原建築物結構的設計是否可以承受此人工岩場加諸其上的負荷。若發現已超過時，業主可視狀況需要更改本身的結構設計，或要求人工岩場製造商依據業主提新數據更改岩場設計。總而言之，雙方都必須經過此一程序，互相簽字確認，接受彼此的數據及設計，以便釐清未來的責任歸屬，一旦雙方確認後，人工岩場製造商則將對其承建或設計的岩場本體，及其附著的建物部分負完全責任。

Q. 是否可以用別的方法來取代結構安全應力計算？
A. 根據歐洲安全標準EN12572的規定，人工岩場製造商必須提供岩場結構安全力學分析資料給業主，以證明該人工岩場的結構完全符合該安全標準的規定，無法提供此服務的公司，其產品將被視為不符此人工岩場安全標準。所以岩場整體的安全穩定性必須經由結構計算來證實，不可用其他的方法來取代。

Q. 有些廠商提出他們的材料測試合格報告，是否可視為此座岩場也是安全的？
A. 單獨的零組件通過測試，只能代表這個零組件的強度是合於標準的，但並不能代表由它組裝起來的整座岩場結構是安全的，岩場結構是否安全唯一只有經由應力計算來證實。

Q. 鋼構越粗結構是否越安全？
A. 基本上是，相對的建構成本也會增加許多，但經過應力計算後，我們可以列出為了達到安全標準，所需結構材料的最經濟材質、形狀、尺寸及數量，以作為設計的依據，而這些都要有相關的數據提出，以便業主或其結構工程師能夠審核。

Q. 我們在岩場結構安全應力計算書上可看到靜載重及活載重，何謂靜載重？
A. 靜載重（Dead load）就是岩場本身的重量，包括岩板、岩塊、鋼構、五金零件等的總重量，對結構體產生的負荷。但除非這座岩場只是蓋來觀賞用，且不准攀登，否則應力計算就不可只考慮靜負荷。

Q. 何謂活載重
A. 人工岩場的結構體除了要承受岩板本身及零組件的靜載重負荷外，還要考慮使用者於攀登過程中，因墬落時對結構所產生的活載重（Live load）影響。除了這些外，若是岩場建於戶外，還需要考慮天候、強風對它的影響，例如，台灣地區因為有颱風的關係，室外岩場的結構設計就要能承受強風吹襲而不損壞。

Q. 強風對於人工岩場的結構安全有何影響？
A. 建於室外的人工岩場，其岩板將會成為一個很大的風阻面，所以在強風吹襲下（例如颱風的150Km/小時陣風），將對岩板產生很大的風壓，同時這些風壓也會對結構體產生應力，所以在做應力分析時，就必須根據建築法規的規定，依岩場所在地區的風壓等級，計算風力對整體岩場結構的影響，進而算出所應使用的鋼構材料等級和地基設計。

Q. 如何做風力測試？
A. 標準的風力測試可以在風洞裡實施，依岩場比例做一個小模型，放到風洞裡作各種不同風速的測試。但這並不是一個實際的做法，因為只要岩場形狀有一點點變動，每次都要重做模型，事實上岩場受風力的影響可以用結構計算的方式求出其應力，然後再根據此應力要求選擇合適的結構材料。所以一個專業廠商並不是將它的標準產品拿去風洞裡用強風吹，然後看它是否能抗風壓。正確的做法是，將岩場的形式設計好後，了解岩場將裝設地點的可能最大風速是多少，將這個最大風速值帶入結構計算中，再利用計算出來的應力分析去選用適當的結構材料，所以事實上每一座岩場因其外觀形狀及所在地理位置的不同，必然會有不同的應力計算結果和不同的結構。

Q. 地震對於人工岩場的結構安全有何影響？
A. 地震的影響與建築物的質量成正比，也就是說越重的建築物受地震的影響越大，而人工岩場基本上是一種薄殼建築，其質量與體積比甚小，地震對它的影響力遠遠小於強風對它的影響，所以在應力分析上可略而不算。

Q. 零組件的強度對岩場的安全有何影響？
A. 零組件乃為整體結構的一部份，所以零組件的強度一定要能達到整體應力計算的要求。

Q. 如何計算岩場的結構應力？
A. 岩場的結構應力分析乃為一般工程結構計算的運用，只是必須於計算過程中引用EN12572所規定的一些參數，其計算方式很難用三言兩語在此說明，若有興趣，請與本公司聯絡。

Q. 如何計算人工岩場的穩定性？
A. 人工岩場的穩定性計算也是應力計算的一部份，EN12572附件A. 2.6節中有有規定其方法，與前條同，有興趣者，請與本公司聯絡。

Q. 岩板為什麼要有耐撞擊測試？
A. 目前市售岩板最普遍的材質有玻璃纖維補強樹脂及木夾板兩種，也有少數的合金材料，歐洲標準EN12572並未限制岩板的材質，因此廠商可以用任何材質去生產岩板，但為了確保各種材質製造的岩板其強度皆能符合安全要求，所以特別規定岩板的耐衝擊試驗方法，以檢驗其品質。

Q. 如何測試岩板的耐撞擊？
A. 此測試是模擬攀登者墜落時雙腳撞擊岩板的負荷狀況。受測岩板必須是廠商的標準產品，取長寬各1公尺的板材，依水平及垂直放置方式，並以一22+/-0.1kg的撞擊器自1.5公尺高度直接衝擊岩板中心點3次，岩板不得有任何破損或斷裂。詳細測試方式請參考EN12572附件C表面原件的衝擊測驗（Impact test of surface elements）。

Q 岩場完工後是否需要做任何測試？
A. 根據EN12572的要求，岩場完工後必須做驗收測試（Proof test），也就是對所有上方確保點及每條攀登路線自下端起算的前三個確保點，都需要施以8kN超過10秒以上的拉力測試，並且必須毫無損壞。

Q. 何謂確保點？為什麼要有確保點？確保點要注意什麼？
A. 岩牆上的確保點乃為保護攀登者，避免直接墜落地面而設置，攀登者身上穿著的吊帶繫著一條攀登繩，繩子隨著攀登者向上延伸，每經過一個確保點，攀登者都要將繩子扣入連接在確保點的鈎環上，繩子的另一端則由在地面的確保者握持住，萬一攀登者失手，他將被掛在確保點的繩子拉住，而不會直接墜落到地面。因此確保點的強度，必須能承受一個人體墜落時，所產生的重力加速度。依據EN12572的規定，此確保點在測試時，必須能承受8kN超過10秒以上。

Q.   如何測試確保點的安全？
A. 確保點必須能通過25kN以上的斷裂強度測試。

Q. 何謂上方確保點？為什麼要有上方確保點？上方確保點要注意什麼？
A. 上方確保點就是安裝在岩牆最上端的確保點。攀岩訓練最基礎的方式稱為上方確保法，也就是將連繫在攀登者身上的攀登繩，直接掛在這最上端的確保點上，繩子的另一端則由在地面的確保者握持住，萬一攀登者失手，他將被穿過上方確保點的繩子拉住，而不會直接墜落到地面。這種訓練方式的好處是技術不熟的初學者不必一面向上攀登，還要一面分心去將繩子掛到經過的確保點上。。因此確保點的強度，必須能承受一個人體墜落時，所產生的重力加速度。依據EN12572的規定，此確保點在測試時，必須能承受8kN超過10秒以上。

Q.   如何測試上方確保點的安全？
A.   確保點必須能通過30kN以上的斷裂強度測試。

Q.   舉辦比賽的岩場是否有結構安全標準的要求？
A.   根據2001年最新版的國際山岳聯盟（UIAA）攀岩競賽手冊，第2章競賽組織（Section 2 Competition organization），第4節岩牆及定線（Climbing wall & Route setting），4.1款規定：舉辦攀岩比賽的人工岩場，必須通過歐洲標準EN12572的所有安全規定，比賽不可在未經驗證合格的岩場舉行。主辦單位有責任要求承建廠商提出岩場符合EN12572標準的證明書。

Q. 如何選擇有能力設計一座安全岩場的專業廠商？
A. 我們可以下列的檢核方式來找出合適的人工岩場專業設計者及製造商。
1. 實績紀錄
從以往的實績可以看出來，此人工岩場製造商是否有足夠的承建經驗。以往實績中，案子的大小及施工品質是否能達到此個案的要求。當然除了本地的實績外，其品牌在全世界的安裝實績也是一個重要的參考資料，可以看出此公司在各個不同領域內的經驗。

2. 產品的多樣性
是否可以提供多種不同材質及結構的人工岩場組合，因為這樣表示他們對每個個案都有較大的設計彈性，也就是可以根據業主的預算及功能需求，做出較多的組合選擇。若只有一兩種岩場，則往往受制於其簡單的材質或結構設計，而無法完全滿足業者的要求。

3. 設計能力
是否可以提供夠水準的設計圖、平面圖、剖面圖、結構圖、施工大樣圖。是否能在企劃案中，以文字及圖形詳細說明該岩場的設計考量重點，包含使用對象的考量，使用功能上的考量，安全上的考量，甚至將來擴充可能性的考量。

4. 專業能力
是否能在設計階段就提出岩場的力學安全分析資料給業主。這項其實是考核廠商最重要的一點，因為我們要確保製造商所提出的岩場設計，是完全符合結構安全要求的。若業主本身的結構工程師審核後，發現此人工岩場的結構計算有不妥之處，則廠商也應有能力，據以更改原設計並馬上提出新的規劃。總而言之，任何一家廠商若無法即時提供其結構安全力學分析報告書給業主審核，則可以斷言這不是一個妥當的合作對象。因為事實上，這表示此廠商必定沒有專業能力及素養，來提供一個結構安全有保障的人工岩場。

5. 岩場未來的擴充能力
所設計的岩場，除了能滿足目前的活動人數及難易度外，是否有未來擴充性的可能，除了攀登面積可擴充外，若因為使用一段長時間後，使用者因太熟悉其路線規劃而失去新鮮感時，是否可以做岩板的重新排列，來改變整座岩場的外型及攀登路線的重新設計。

6. 售後服務
該人工岩場製造商是否有經驗豐富的攀岩人員，是否能夠提供硬體以外的如岩場管理，課程設計，活動設計，甚至教練支援等售後服務工作。是否有保固維修的能力。

經過以上的檢核程序，將可以較正確的選出一家有專業能力的人工岩場製造商。

Q. 廠商若只是在投標文件中提出一份證明，證實他們承建過的岩場合於EN12572標準，是否可以視其產品皆可通過EN12572標準？
A. 以往承建過的岩場合於EN12572標準，並無法證明該廠商未來建構的岩場亦合於標準。EN12572的精神，在於每座單獨的岩場都必須依規定去設計建構，其理由是：人工岩場並非大量生產的標準工業產品（Mass production），像電視機只要一台通過檢驗合格，其他相同型號的電視機都可貼上合格證，但每座人工岩場都是依客戶需求單獨設計的（Custom made），即使兩座外型相同的岩場，也會因為建構的地點不同，所受到的氣候環境影響不同，或所依附的建築物不同，而必須有不同的結構設計。
所以投標文件一定要附上該標案岩場的結構應力計算報告書，始能證明該廠商確實已為這座岩場的結構安全做了最仔細的考量，這是EN12572的規定，無法在投標文件中提出結構應力報告書的廠商，將被視為不合格。

Q. 如何判斷投標廠商所提的結構應力報告書是合於EN12572規定的？
A. 1.首先看在計算書第一頁是否有清楚定義，除了靜載重（Dead load）外，也已根據EN12572的需求規定，將活載重（Live load）包括攀登者載重（Climber load），墬落載重及氣候載重（Climatic load）的所有數據，都列入結構應力計算中。
2.對於安置於室外的人工岩場，是否已依據建築法規，將岩場所在地的風壓也列入結構應力計算中。若是如此，可在計算書中很明確的看到這個風壓數據，例如風速 Km/小時或 daN/平方公尺或力公斤/平方公尺。
3.是否有利用圖說，將整座岩場結構中每一根結構鋼連接點、每一個確保點、每一個岩場結構體與建築物或地面接觸點，都以數字編號註明。
4.每一個數字編號是否都有3D座標位置，例如：編號（node）101，X座標 –1800mm、Y座標 0.0mm、Z座標 –1000mm等等。
5.在計算書中是否可以看到各種不同Case的計算，也就是廠商是否確實的將每一個單獨確保點墬落的狀況都當成一個Case分別計算，並且列出每一點墬落對整體結構產生的應力影響。假如廠商有如此做的話，他的計算書上將可看到一系列的Case定義及計算結果。
6.在計算書的最後，是否列表指出整座岩場結構，在靜載重及活載重的影響下，受力最大及最小的支點（node）編號，及這些支點的X、Y、Z軸向應力。

總而言之，一份結構應力計算書，假如只做了靜載重（Dead load）計算，那絕對是不合安全需求的，也無法保證攀登者的安全，或在颱風吹襲下是否能安然無恙，運氣好的話，或許短時間內沒有大影響，但岩場的壽命可能無法長久，或是需要很高的維修費用。所以審核廠商提供的應力計算書時，一定要確認，以上6點確實已包括在計算書內，若不清楚，可請廠商逐條說明以上各點在他所提供計算書上的正確位置。
您要是對人工岩場結構的安全還有疑問，敬請與本公司聯絡，我們將儘速提供進一步的資料，或派人向您解說。謝謝!

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[攀岩]岩場結構力學Q&A2015-06-16