學校屋頂舖設PU與架設鋼架屋頂之比較
－以桃園地區為例

☆石晉方 ☆☆鄭秀玲 ☆☆李順益

摘要
         台灣氣候潮濕，是個典型的海島型氣候，加上地層構造的不穩定，地震頻繁，常造成建築物龜裂，使得濕氣非常容易進入室內，而造成建築物滲漏水的現象。
         在國內，學校建物普遍存在漏水的問題，從漏水的案例資料中，大致可分成防水層與非防水層(管線破裂)等兩部份之原因；在2003年之前，桃園地區學校對於屋頂防水層部位漏水，普遍採用「舖設PU」之防水方式，來解決目前漏水的問題。然而，一般採用「舖設PU」的方式，經常會遇到防水品質不易確保與使用年限較短的問題。
         在2003年二月，營建署為改善城鄉風貌屋頂美化之措施，大力推行建物屋頂為斜頂設計。這樣的措施，使得桃園地區大部份的學校，對於屋頂防水層部位漏水之處理方式，開始採用「架設鋼架屋頂」的工法，來解決防水層漏水的問題。然而，採用「架設鋼架屋頂」的方式，雖然可以完全解決以往校舍漏水的問題。但是當學校單位採用「架設鋼架屋頂」的方式來防止漏水時，卻引發出其他值得注意的問題，像是因採用「架設鋼架屋頂」，而讓校舍整體外觀受到影響或是施作經費較高…等等的問題。因此，學校單位是否要採用「架設鋼架屋頂」方式來防止漏水，是需要經過審慎的分析與評估。
         本文針對此議題收集相關資料，提出可行性之建議。

一、現況簡述

         防水層是一層介於結構體與裝飾面(舖面)層之間，具有不透水性、彈性及耐老化的一層薄膜，它能阻止水份滲入結構體(謝宗義,1999)。當防水層受損而喪失防水功效時，水份就會滲入結構體，造成建築物漏水狀況的發生。
         建築物的防水層之漏水，分別可從設計不良、施工品質的不佳及材料的劣化的方向加以釐清。可藉由圖面防水層的設計及施做的方式是否合宜來判讀，是否為設計不良；在完工後短期內產生漏水的情況，應可歸咎於施工品質的不佳；而完工後使用較長的時間才發生漏水，則大致上可歸於材料品質劣化所造成(洪明瑞,2003)。
(一)屋頂滲、漏水部位
         屋頂防水層一般發生劣化的部位如表一所述：
表一
直立面部份平坦部份排水部份
1.屋頂突出物1.端部1.落水頭部位
2.女兒牆2.樓板2.轉折排水管處
3.壓頂磚部份3.材料之接合部3.排水天溝部位
4.扶手部份4.樓板接合部4.豎排水管部位
5.凸及凹角部位5.伸縮縫 
6.伸縮縫位置  
(何世明 1996)		 (二)學校屋頂滲、漏水原因
         學校建物屋頂防水層之漏水，滲水的部位通常發生在伸縮縫、屋頂裂縫處及排水部位，其漏水之原因，可分為自然、設計、施工、材料等因素加以分別探討。
1.自然因素：當建築物受到自然因素(如地震、強風等等)的影響下，造成結構體產生裂縫，使屋頂防水層的功能喪失，而導致漏水的現象。
         (1)地震、風力等外力作用。
         (2)熱脹冷縮產生的裂縫。
         (3)混凝土本身之乾縮或潛變。
         (4)基礎不均勻沉陷導致結構體之龜裂。
2.材料因素：來自防水材料本身的缺失，而造成防水功能的喪失。
         (1)材料的老化：受到自然環境的影響，造成材料的老化。
         (2)使用已老化或劣化之防水材。
         (3)防水材料本身之品質不良。
3.設計因素：進行防水構造設計時，考慮欠周詳，使得防水功能未能發揮預期的功效。
         (1)防水工法或防水材料之選用與搭配不當。
         (2)防水層之結構設計不良。
         (3)各種接縫、接合部等處理不當。
4.施工因素：施工方式不適及與監工查核不周所導致。
         (1)材料的搬運、養護與保管方式不妥。
         (2)施工草率。
         (3)養護不足。
         (4)未依設計圖及標準施工規範進行施作
         (洪明瑞 等,2003)。
(三)現行普遍採用的解決對策
         現行學校在屋頂防水層發生劣化時，普遍採用的解決對策如表二所述：
表二

二、第二章　PU工法介紹

(一)材料特色介紹
         屋頂用塗膜防水材-聚安酯PU，主要原料是以聚異氰尿酸、多元醇及架橋劑為主，並配合填充劑而製成聚安酯防水材(謝宗義 2000.07)。 (在聚安酯防水材，有1液型與2液型兩種，本文僅以2液型為討論對象。)
         其材料性能評估結果如表三所述：
表三
養護狀況黏著性評估結果材料性能評估結果
恆溫處理＊＊
酸雨處理◎◎
鹼處理◎◎
紫外線處理＊＊
綜合作用◎＊
＊：耐久性差　◎耐久性佳 (魏璞強等　1955.11) 		(二)工法介紹
         聚安酯PU防水材主要是將主劑與硬化劑兩種粘稠狀的材料加以混合攪拌，以塗刷的方式在施作面層上塗膜，待其自然化學反應硬化後，而形成防水膜的一種材料(謝宗義1999.12)。「PU工法」由於施工過程較簡單，所以在國內的使用狀況相當普遍。謝宗義(1999.12)表示出，在國內「PU工法」常常因為錯誤的使用，而導致失敗率仍相當的高(例如：於舖設PU面層完成之後，在其面層上覆蓋水泥砂漿或磁磚等舖面工程的作法)。
         「PU工法」的施作流程圖如下所示：
(一)屋頂PU防水施工步驟：
         1.原有屋面隔熱層鏟除磨光清潔。
         2.原有屋面裂縫整修防漏處理。
         3.舖設。
(1)PU底漆塗佈(0.2kg/m2)。
(2)PU防水塗料塗佈(3.6kg/m2)(一次塗佈完成)。
(3)PU防熱漆塗佈(0.2kg/m2)。
備註：1.面層含水率在10%以上不可鋪PU。
        　2.裂縫及落水頭(更新高腳銅單)，立面處，必須使用不垂流型防水材塗佈補強。
        　3.PU完成後，不可有起泡、硬化不完全等缺失。
        　4.PU防水用料需符合CNS 6986 A20915之標準。
(二)屋頂牆面PU防水施工步驟：
         1.原有屋面隔熱層鏟除磨光清潔。
2.PU舖設。
         (1)PU底漆塗佈(0.2kg/m2)(加不垂流劑)。
         (2)PU防水塗料塗佈(3.6kg/m2)(一次塗佈完成) (加不垂流劑)。
         (3)PU防熱漆塗佈(0.2kg/m2) (加不垂流劑)。
         Ps.牆角施工高度至少15cm

三、架設鋼架屋頂工法介紹

         本文所討論的「架設鋼架屋頂」的目的，雖然是為了達到防止漏水的功效，但本工法的施作方式，是在原屋頂層上架設一個新的屋頂，對既有建物而言，它是一種增建的方式。因此，在施作的過程前，應先檢討既有建築的結構狀況，避免因日後施作過程造成破壞既有建築結構的穩定性。
(一)工法介紹
         「架設鋼架屋頂」通常的施工步驟為：先將鋼材在工廠進行裁切、拼裝、焊接、鑽孔，組成可以拼裝的構件，再運輸至工地，進行吊裝、接合。
         「架設鋼架屋頂工法」的施作流程圖如下所示：
1.原有屋面面層清潔。
2.鋼架組立(詳圖1)。
3.鋼瓦安裝固定(詳圖2)。
4.屋脊收邊(詳圖2)。
5.沿口收邊(詳圖3)。
6.包角收邊(詳圖4)。
7.牆面封板。

圖1

圖2

圖2-1 鋼瓦斷面詳圖
圖2-2 鋼瓦屋脊二側收邊詳圖

圖3

圖3-1　沿口造型收邊詳圖

圖4

四、PU工法與架設鋼架屋頂工法之比較

(一)校舍外觀
         1.PU工法：「PU工法」是將塗料塗佈在屋頂漏水的面層上，於屋頂面層上形成防水層，以達到防水的功效，所以對校舍整體外觀，並無造成任何的影響。
         2.架設鋼架屋頂工法：「架設鋼架屋頂工法」是在屋頂上進行鋼架棚的架設，形成一個新的屋頂，透過新的鋼架屋頂將雨水排除，使雨水無法藉由原漏水的屋頂滲入室內，來達到防水的目的。因本工法是在建築物屋頂上架設新的屋頂，雖然屋瓦是採用較美觀的琉璃鋼瓦，但其牆身部份通常是採用一般的鋼浪板舖設，易造成對原校舍整體外觀的影響(詳圖5、6、7)。又因施作單價較高，有些學校在補助款有限的情況下，只能在有漏水的屋頂部分施作，使得校舍整體外觀更加缺乏整體感。
(二)預算經費
         PU工法：目前「PU工法」市場的施作經費為320元/M2，費用較低。
         1.架設鋼架屋頂工法：目前「架設鋼架屋頂工法」市場的施作經費為施作經費為900元/M2，費用較高。
(三)工期
         1.PU工法：「PU工法」在施作前只需將屋面面層清潔，即可進行PU防水層的鋪設，施作的工期較短，約為架設鋼架屋頂工法的2/3(廠商經驗值)。
         2.架設鋼架屋頂工法：「架設鋼架屋頂工法」是利用大量的C型鋼、琉璃鋼瓦..等材料的組合，才能進行架設，所以施作前需要足夠的時間來準備材料及材料的裁切等。因此，需要比較長的時間才能將工程完成。
(四)耐久性
         1.PU工法：「PU工法」是在屋頂層上塗佈防水劑，而防水劑易受到自然因素的影響，且其施作的品質不易控制，使得其防水效能的喪失。從施作廠商經驗中得知，本工法平均使用年限約為3-5年，其耐久性較差。
         2.架設鋼架屋頂工法：「架設鋼架屋頂工法」是在屋頂上進行鋼架棚的架設，透過新的鋼架屋頂將雨水排除。本工法不易受到自然因素的影響，且施作品質較容易控制。從施作廠商經驗中得知，本工法平均使用年限約為10年，其耐久性較佳。
(五)結構安全性
         1.PU工法：「PU工法」是利用塗料的塗佈來達到防水的功能，對結構體的安全性上不會造成任何的影響。
         2.架設鋼架屋頂工法：「架設鋼架屋頂工法」是在屋頂架設新的鋼架屋頂，會增加原結構體的負擔，且在施作的過程中，需將鋼材透過錨栓固定在樓板上，完成架設。而錨栓埋設的深度會造成對混凝土應力破壞的影響。所以在施作「架設鋼架屋頂工法」時，需對既有建物進行結構上的評估，以降低對結構體的損害(王起平,1998)。
(六)日後使用性
         1.PU工法：「PU工法」是利用在屋頂面層上塗佈防水劑達成防水的方式，若日後本建物有增建的需求時，只需將PU層刮除，即可進行增建。因此，對日後的使用性上不易造成任何的影響。
         2.架設鋼架屋頂工法：「架設鋼架屋頂工法」是利用架設新的鋼架屋頂達成防水的方式，而「架設鋼架屋頂工法」的施作單價較高，若日後本建物有增建的需求時，需要將整個鋼架屋頂拆除，方可進行增建。因此，對日後的使用性上易造成部份的影響。
         總結如表四：
表四
比較項目PU工法架設鋼架屋頂工法
校舍外觀沒有影響影響較大
預算經費320元/M2900元/M2
工期較短較長
耐久性平均使用年限3-5年(廠商經驗值)10年(廠商經驗值)
結構安全性沒有影響需進行評估
日後使用性沒有影響需進行拆除，方可進行增建

五、案例探討

(一)案例一：桃園縣 A 國民小學
1.個案描述：
         (1)A個案位於桃園縣的公立國民小學，校內共有四棟校舍，校舍平均為20年以上之建物。其中二棟校舍(以下簡稱甲、乙棟)屋頂，因原施作的PU防水層防水效能喪失，而發生漏水的狀況。故於本年桃園縣政府擴大公共建設補助款中，A個案獲得縣政府50萬元補助款，進行本校校舍漏水之修繕。
         (2)A個案取得經費之後，因受到營建署推行建物屋頂美化政策的影響，進而主動指定設計單位採用「架設鋼架屋頂」工法，來改善目前校舍屋頂漏水的情況。
         在A個案中採用「架設鋼架屋頂」工法進行屋頂防水時，遭遇到的問題說明如下：
         (1)經費預算上的問題：A個案原本預定進行改善甲、乙棟校舍漏水的狀況，但因採用「架設鋼架屋頂」工法，所需的施作經費較高。因此，在原經費預算之下，A個案只能改善甲棟校舍及乙棟校舍其中一間教室屋頂的漏水狀況，其餘未修繕的部份，只好在下次取得補助款時，再進行修繕。
         (2)校舍外觀上的問題：在校方堅持採用「架設鋼架屋頂」工法的情況下，本案對原先預定修繕甲棟校舍及乙棟校舍其中的一間教室屋頂，進行「架設鋼架屋頂」。本工程已施作完成。在A個案的校舍整體外觀上，因乙棟校舍其中的一間教室屋頂有「架設鋼架屋頂」，雖然採用了較美觀的琉璃鋼瓦，但牆身部份是採用一般的鋼浪板舖設，所以目前會發現乙棟校舍屋頂上方有一間突兀的鐵皮屋，而產生校園違章建築的外觀。
2.結論：
         校方在進行任何工程前，皆需審慎考量如何將有限的經費作最有效益之使用，同時應採用對校方整體最有優勢之抉擇。
         在A個案中，應該將解決目前漏水校舍為優先考量，且在經費有限的情況下，去選擇一個最適合的工法，不應該為了響應”屋頂美化的政策”，而使目前有漏水的校舍無法獲得改善。雖然在經費受限的情況下，若不堅持全部採用「架設鋼架屋頂」工法，可以在甲棟漏水校舍選擇「架設鋼架屋頂工法」，而乙棟漏水校舍採用經費較低的「PU工法」，即使目前有漏水的校舍進行改善。
(二)案例二：桃園縣復興鄉B國民小學
1.問題說明：
         (1)B個案位於桃園縣復興鄉的公立國民小學，校內共有二棟校舍。全校建物具有原住民風貌之建築，且屋齡平均為10年以上的建築。因二棟校舍屋頂均有漏水情況的產生，故於本年桃園縣政府擴大公共建設補助款中，B個案獲得縣政府150萬元補助款，進行本校校舍漏水之修繕。
         (2)B個案取得經費之後，也因受到營建署推行建物屋頂美化政策的影響，指定設計單位採用「架設鋼架屋頂」工法，來改善目前教室屋頂漏水的情況。
         在B個案中採用「架設鋼架屋頂」工法進行屋頂防水時，遭遇到的問題說明如下：
         (1)經費預算上的問題：B個案在經費有限的情況下，堅持兩棟校舍需同時採用「架設鋼架屋頂」工法，導致開標過程遭遇困難，二次流標，在第三次招標前，在校方及設計單位向外邀請廠商參與投標，才順利完成招標作業。
2.結論：
         在學校進行工程發包作業時，通常是藉由上網公告進行招標。在B個案中，因為校方堅持兩棟校舍需同時採用「架設鋼架屋頂」工法，而造成本工程廠商的施作利潤較低，在招標過程中，因為沒有廠商參與投標，導致二次流標；在第三次招標前，為了使本工程能順利完成招標作業，在校方的相關人員及設計單位向外進行邀標之下，才讓本工程在第三次公開招標時完成招標作業。
         在本案，校方在招標的過程中，經過二次的流標，讓校方警覺到本案是否能完成發包作業的風險。如果無法順利完成招標作業，將會造成本案的廢標，工程無法如期順利的進行及完成。所以在經費有限的情況下，應該要詳加評估所選擇工法的合適性，降低廢標的風險，讓工程能順利的進行，使校舍的漏水情況得以獲得改善。

六、建議與結論

         每種工法都各有其優缺點和適用的情況，如前所述，PU工法的優點為成本低、工期短、不易影響校舍外觀，但是防水的耐久性僅有3-5年；而架設鋼架屋頂工法優點為耐久性可達10年，但是其施做成本高、工期長、對外觀影響明顯。乍看之下，通常會覺得架設鋼架屋頂工法為長久之計，但事實上背後卻隱藏了許多問題，譬如，目前許多校舍都是屬於老舊建築，之後還會面臨重建的問題，那麼之前辛辛苦苦蓋好的鋼架屋頂又必須再多花一筆經費拆除，這不但損耗人力物力，同時也是浪費納稅人的稅金，另外，台灣處於多颱的地帶，若施作架設鋼架屋頂的過程中，構件固定不牢固，易受強風的影響，使其構件剝落，而造成其它的傷害；反觀PU工法，其彈性較大，即使建築物老舊，幾年後需拆除，也不必大費周章的將之前舖設的PU拆除，當然，它的使用年限短依舊是個問題，但是在某些特定的情況下，它的適用性反而優於架設鋼架屋頂工法。
         誠如之前所述，在這兩個案例中，其實PU工法的適用性是不亞於架設鋼架屋頂工法的，但由於政策導向，兩間學校皆因響應屋頂美化政策而選擇了後者，但是，每間學校的需求和情況都不同，華而不實的決策是無法有持久的效應的，因此在進行任何工程前都進行全面且個體性的考量，加上經費來源取得不易，更應在有限的經費下，做最有效益的運用，同時須具備長遠的眼光，讓所有工程能夠發揮最適切的功用。■

參考文獻

1.洪明瑞、林登峰、黃崇仁，「建物防水施工之觀念與技術」，中興工程 第七十九期，2003.04，第91~115頁。
2.趙振平、袁禧霖，「混凝土建物防水工程實務談」，土木工程技術 第八期，1997.03，第129~143頁。
3.陳永成，「防水工程品管概論」，公共工程防水工程品質，1999.09，第29~35頁。
4.廖政治，「建物防水施工及品管」，公共工程防水工程品質，1999.09，第143~157頁。
5.廖大昇，「防水暨樹脂建材工程之應用與品管」，公共工程防水工程品質，1999.09，第211~217頁。
6.中華日報新聞網，2003/02/17 21：14社論二：斜屋頂政策應再評估，http：//www.cdnnews.com.tw/20030218/news/jdxw/103000002003021721145100.htm 7.魏璞強、黃斌，「建築常用高分子防水材料耐久性之研究」，中華民國建築學會　第八屆　建築研究成果發表會論文集，1995.11，第735~740頁。
8.確田 裕、兵井岩夫、伏見雅光、邊見 仁 著，崔晃境 譯，「屋頂防水-材料，細部以及工法的分類詳述」，詹氏，1993.01，第27~33頁。
9.何世明，「建築物防水工程技術」，地景企業股份有限公司，1996.03，第2~7頁，第119~125頁。
10.日本建築缺陷對策研究會 著，鄭瑞全 譯，「建築工程缺陷對策」，胡氏圖書，1982.10，第75頁。
11.Daid R. Dibner, Amy Dibner-Dunlap著，徐明福、吳玉成 譯，「建築增建設計」，總源書局，1991.08，第67~68頁。
12.何象鏞 編，「營造施工安全」，詹氏書局，2002.1，第13-1~13-3頁。
13.謝宗義 編，「自家漏水，怎麼辦？」，社團法人中華民國營建防水技術協會，1999.12，第30~42頁、第113~116頁、第131~132頁。
14.王起平、郭耀琳，「中華民國第四屆結構工程研討會2/3」，1998.09，第1091~1095頁。
15.日本社團法人全國防水工事業協會 著，謝宗義 編譯，「防水施工法」，社團法人中華民國營建防水技術協會，2000.07，第109~111頁。