澳洲氣旋調查：鐵皮屋頂被掀走，先裂的是螺絲孔周圍的鋼板

那則提問

2024 年 10 月 3 日下午，颱風正吹過高雄（底下有人推文說剛趁風雨稍停去陽台補強），PTT Kaohsiung 板的 medama 貼了一篇〈這次颱風後 會全盤檢討鐵皮屋嗎？〉。 他看到好幾段鐵皮屋被掀開的影片，認為新的鐵皮屋應該比較耐風，舊的則是「鎖鐵皮的螺絲都生鏽了」，颱風一來就容易被吹翻，掉到路上會砸到人。

底下一百多則推文多半在談違建與選票，碰到技術面的只有幾則。一則說「一堆新建廠房照樣吹走」，另一則說這種風勢就算螺絲沒生鏽，可能也照樣拔起來。 如果生鏽是唯一的原因，就很難解釋新廠房也被吹走。這些推文都沒有附證據，但它們提出了一個值得回答的問題：螺絲沒鏽、屋頂還是被掀，中間發生了什麼？

這個問題澳洲在五十年前問過，而且是用整座城市的屋頂換來的答案。

1974 年的 Darwin：問題出在鋼板與螺絲的接點

Amy Lovisa 2015 年在 James Cook University 的博士論文，第一章就從 Tracy 氣旋寫起。 依她引用的 Walker（1975）災後報告，Darwin 超過 90% 的住宅與 70% 的其他建物嚴重損失屋面； 各種屋面裡，壓型鋼板的失效比例最高，根本原因是「鋼板與螺絲連接處的疲勞」。

在那之前，澳洲評估屋面板只做靜態拉穿試驗：用一個逐漸增加的力把螺絲往上拉，看鋼板什麼時候被扯破。 Lovisa 在第二章整理了兩種拉穿的差別。靜態拉穿要等到力大到讓螺絲周圍深深下陷、孔邊放射狀撕開，是一次就發生的事； 疲勞拉穿則是在小得多的力之下，反覆的負壓讓螺絲附近長出裂紋，裂紋慢慢擴大成一個洞，螺絲頭就從洞裡穿出去。

颱風的風壓不是一個定值，而是一陣一陣的。Lovisa 引用 Holmes（2001）與 Ginger 等（1997）指出，屋簷與屋角是氣流分離的地方，負壓的起伏最大， 牆面若被吹破一個大開口，室內正壓加上屋外負壓，屋頂承受的淨上揚力會再往上疊。 澳洲建築規範用來模擬一場颱風的 Low-High-Low 試驗，大約是 10,000 次循環（Myuran 與 Mahendran 2017 引 NCC）；一片屋面板在一場颱風裡受到的是反覆的拉扯，不是一次。

失效的順序：從屋簷第一排內側開始

Morgan 與 Beck（1977）把 Tracy 災後的屋面板裂紋，拿去跟實驗室重現的裂紋比對，整理出一條逐步失效的路徑。 這篇原文本站沒有讀到，以下照 Lovisa 論文 §2.4 的轉述：

1. 屋簷附近高負壓區，第一排內側的螺絲周圍先出現疲勞裂紋。
2. 裂紋在持續的風壓下擴大，螺絲頭穿過鋼板。
3. 這支螺絲原本承擔的力，轉給旁邊的邊緣螺絲。
4. 邊緣螺絲多出來的力，大到直接把它靜態拉穿。
5. 整張屋面板脫離屋頂。

照這條路徑，先失效的是螺絲周圍的鋼板：螺絲頭穿過擴大的孔出去，兩份研究都沒有檢查災後螺絲本身的狀態。 依 Lovisa 的轉述，最後讓邊緣螺絲脫開的是靜態拉穿，起頭的則是內側螺絲周圍的疲勞裂紋。只看最後一刻，會以為是螺絲不夠多或風太大。 至於要反覆多少次才起裂，下面 Table 3.3 是定振幅實驗的數字，不能直接當成 Tracy 那些屋頂實際承受的次數。

Myuran 與 Mahendran（2017）在論文開頭寫得更直接：颱風後的調查與過去的研究都顯示，螺絲孔周圍的低週疲勞開裂是拉穿失效的原因， 而且在低斜度屋頂的屋簷與屋脊附近，這種失效的可能性最高。

裂紋從鋼板的下面開始

Lovisa 的論文主題就是這個裂紋怎麼起頭。她從澳洲常用的波浪板上切下 720 × 150 mm 的一段，四邊固定，只在中央留一支螺絲， 用試驗機反覆拉這支螺絲，同時用顯微鏡與應變規盯著孔邊。試片全部取自 BlueScope 同一卷 0.42 mm 的 G550 鋼板。

LPD 是鎖住的波峰被壓平、旁邊沒鎖的波峰鼓起來的那個點，Beck 與 Stevens（1979）發現屋面板的疲勞表現跟這個載重直接相關。 Lovisa 的描述是：載重低於 LPD 時，孔邊通常長出「星形」裂紋；載重循環跨過 LPD 時，通常是「H 形」。 下表氣箱試驗的 H 形組，以風壓計算的載重比是 0.86–0.97，所以不能簡化成「超過 LPD 才是 H 形」。

她觀察到的過程是：星形裂紋的縱向分支，從鋼板下面受拉的區域開始，沿著最大剪應力的斜面穿過板厚； 一旦整個板厚被切穿，裂紋才快速往板面展開。她把「縱向 0.9 mm、橫向 0.5 mm」定為裂紋起始與擴展的分界，那時裂紋剛好穿透板厚。 依這個過程推論（論文沒有做現場檢查的試驗）：裂紋要穿透板厚才會出現在上表面，而孔邊又被螺絲的華司與墊圈蓋住，只從屋頂上面看，早期的裂紋可能看不到。 Lovisa 在實驗裡也是從板底觀察，理由是板底看孔邊不受遮擋。

要多少次才會裂？Table 3.3 把她自己的結果與 Henderson（2010）在全尺寸氣箱（airbox）試驗的結果並列，以長度超過 1 mm 的裂紋為準：

氣箱試驗裡 LPD 對應的風壓是 4.5 kPa。也就是說，在還沒把波峰壓扁的力之下，一支螺絲周圍反覆拉扯一千多到七千次就會起裂。 載重比接近時次數也會差開，0.79 的那組 1,215 次、0.80 的那組 3,351 次，差了近三倍。Lovisa 整理 Mahendran、Henderson 等人的試驗，失效次數的變異在論文一處寫 30%–40%、另一處（全尺寸試驗）寫 30%–50%， Henderson 與 Ginger（2011）把這歸因於螺絲的對位、鎖緊程度與位置。這一點後面談施工時會再用到。

板補強之後，換下一層先壞

Tracy 之後三十多年，澳洲改了試驗與屋面設計，屋面板的疲勞拉穿變少了。 Myuran 與 Mahendran（2017）引 Boughton 與 Falck（2007）對 George 氣旋的調查指出，失效移到了下一個最弱的連接： 檁條鎖在椽或桁架上的那支螺絲。風把板往上拉，板把力交給檁條，檁條再交給桁架，哪一環最弱就從哪一環斷。

兩層的拉穿長得不一樣。屋面板是從孔邊裂開；檁條則是螺絲頭周圍的鋼板被撕開，螺絲頭穿過帽形檁條的兩片下翼緣。 所以替屋面板發展出來的試驗方法不能直接套到檁條上。他們用 G550、0.75 mm 厚的帽形檁條與 10g Teks 螺絲， 做了全尺寸氣箱試驗與三種小尺寸試驗，量出每支螺絲的靜態拉穿強度（SPC）與循環載重下的壽命。 全尺寸試驗中央那個關鍵連接，為了避免先被拔出，改用螺栓與螺帽，配一片用 10g Teks 螺絲頭做的特殊華司來模擬螺絲頭：

50% 以下循環次數一路拉長（兩跨試驗 50% 是 12,290 次，41% 是 41,617 次），作者據此把耐久限放在 40% SPC，結論寫的是： 工業用 G550-0.75 檁條的疲勞拉穿強度可以保守取靜態拉穿強度的 40%。 他們也提醒這可能太保守：40% 的載重下最少也撐了約 24,000 次，而澳洲建築規範模擬一場颱風的 Low-High-Low 程序大約 10,000 次； 以 10,000 次為準，疲勞強度是 50% SPC，要求不起裂則取 45%。設計式把這個折減寫成 Rf，放進靜態拉穿公式： φF_ov = φ × 8.68 × R_f × t² × f_u，φ = 0.6，t 是接觸螺絲頭的鋼板厚度，f_u 是實測抗拉強度。

這組數字容易被傳成「鐵皮的疲勞強度只有靜態的四成」。原文的 40% 量的是檁條鎖到桁架那一層，不是屋面板。 屋面板那一層，Lovisa 引用的文獻只說疲勞拉穿發生在「小得多」的載重，沒有給一個比例。

論文裡還有一個跟施工直接相關的觀察。從屋頂上往下鎖屋面螺絲時看不到檁條，螺絲容易偏離檁條中線或打斜，檁條因此扭轉， 兩支下翼緣螺絲受力不均：其中一支多吃 33%–50% 的力，一直持續到壽命的九成左右，然後它先被拉穿，另一支接著以靜態方式被拉穿。 研究者為了排除這個變因，在試驗屋面上先畫線再鎖。

試驗程序怎麼一路改過來

Tracy 之後澳洲換過好幾套屋面疲勞試驗，Lovisa 在 §2.4 整理了這段歷史。試驗方法改變的理由，正好說明了疲勞跟靜態的差別在哪：

載重的先後順序會影響疲勞壽命，所以澳洲最後用「先低、再高、再低」去模仿颱風靠近又離開的過程，而不是只看最大風壓。 TR440 那一列也值得記住：同一套程序，對梯形板跟波浪板的結論方向相反，板型本身就是變因。

效果有回饋。Lovisa 引 Boughton 等人（2011）對 Yasi 氣旋的調查：只看到少數屋面板疲勞失效， 而所有觀察到的案例，螺絲間距都大於廠商規定，每支螺絲分到的力因此變大。 她也提到，經歷接近設計等級的氣旋之後，即使屋頂沒飛，螺絲周圍也會有裂紋與變形；有裂紋的屋面板要更換，以免漏水與生鏽。

颱風前後，檢查與施工可以怎麼做

以下是本站依上面兩份研究整理的判斷順序。兩份研究都沒有提出現場巡檢程序，也沒有替台灣的屋頂做過這些試驗，用的時候請配合下一節的限制。

1. 先看屋簷、屋脊與屋角的第一排內側。 Morgan 與 Beck 的失效路徑從屋簷第一排內側開始，Myuran 與 Mahendran 指出低斜度屋頂的屋簷與屋脊附近最容易出現疲勞拉穿， Lovisa 引用的風壓研究則說屋簷與屋角的負壓起伏最大。把這三處合在一起當成優先順序，是本站的整理。

2. 看螺絲周圍的鋼板，不只看螺絲頭。 裂紋從板的下面開始，穿透之後才往外長，孔邊又被華司蓋住，只從上面看可能漏掉早期的裂紋。 兩份研究都沒有建立從屋頂上方判斷的徵象，本站也不替它列清單。能從室內看到板底的，可以從板底看孔邊；這是本站依 Lovisa 的觀察方式推的建議，論文沒有驗證過現場效果。

3. 颱風過後，孔邊已經開裂的板，換板。 Lovisa 寫的是有裂紋的屋面板要更換；只有變形、還沒裂的板要不要換，論文沒有單獨說。 只把螺絲換新、或在旁邊補一支，裂紋還留在原來的板上；這是本站的判斷，兩份研究沒有測過換螺絲或補螺絲的效果。

4. 螺絲間距照板材廠商的規定，邊緣區不要省。 Yasi 的疲勞案例全部是間距超過規定。螺絲少一支，旁邊每一支分到的力就多一份，在前面那張表裡，載重比 0.71 的那組撐到 6,830 次才起裂，0.77–0.80 的四組在 1,215–3,351 次。

5. 屋面螺絲要打在檁條中線、垂直鎖入。 打偏或打斜會讓檁條扭轉、兩支螺絲受力不均。Myuran 與 Mahendran 的試驗屋面是先畫線再鎖，看不到檁條時，可以照這個做法先放線。 鑽尾螺絲本身的鑽孔能力與夾持範圍，本站另有一篇：夾持範圍與鑽孔能力。

6. 下一層也要看。 澳洲改善屋面板那一層之後，失效移到下一個最弱的連接，也就是檁條鎖桁架的那支螺絲。論文沒有制定巡檢程序，把這一層列進檢查是本站的建議。 螺絲鎖在薄板上的螺紋咬合是另一個靜態問題，見板太薄，就咬不住螺紋了。

至於提問裡說的生鏽：這兩份研究都沒有測鏽蝕的影響，所以本文不判斷生鏽在這次颱風裡占多少，也不替它估一個數字。 螺絲在倉儲階段的白鏽是另一個題目，本站另有一篇：螺絲還沒鎖就白鏽了。

澳洲的 G550 鋼板，不一定等於台灣常見的鐵皮

兩份研究用的都是澳洲的 G550 高強度薄鋼板：屋面板 0.42 mm、檁條 0.75 mm。Lovisa 把 G550 寫成規定最小降伏 550 MPa，Myuran 與 Mahendran 對檁條寫的是最小抗拉強度 550 MPa，本文不替兩篇統一用語。Lovisa 那一卷實測降伏到 796 與 877 MPa， 應力應變曲線顯示它延性很低、接近脆性。Myuran 與 Mahendran 也明講，正是因為板與檁條是「高強度、低延性」的薄鋼，連接處才容易在循環上揚力下拉穿。

兩份研究都沒有測台灣的屋面材料，所以台灣鐵皮屋頂用的板材、厚度、強度等級、板型與鎖法跟這兩份研究是否相同，從來源無法確認；本站這次也沒有找到用台灣常見板材做的屋面疲勞試驗。 強度較低、延性較高的鋼板，孔邊是先裂還是先被拉成大凹陷，次數會落在哪裡，這兩份研究都回答不了。 TR440 對梯形板與波浪板結論相反的例子也說明，板型換了，結論就要重新驗證。

能帶走的是機制與順序：反覆風壓、螺絲周圍的鋼板、屋簷第一排、載重轉移、下一層連接。具體的比例與次數，請留在澳洲的條件裡。

這一頁不能下的結論

不能說台灣鐵皮屋被掀走都是疲勞，也不能說生鏽不重要；兩份研究都沒有調查台灣的災後屋頂，也都沒有測鏽蝕。 「40% SPC」是澳洲 G550、0.75 mm 帽形檁條鎖到桁架那一層的耐久限，不是屋面板，也不是台灣任何一種板材的數字。 Table 3.3 的循環次數是固定振幅試驗、單一卷鋼板的結果，不能換算成一場颱風要吹幾小時。 Morgan 與 Beck 的失效路徑是透過 Lovisa 的轉述，原文本站沒有讀到。cyclone washer 在 Myuran 與 Mahendran 的試驗裡只是用來避免板先壞，論文沒有量它的效果。

兩份研究本身也有範圍。Lovisa 的實驗限於單一製造商、同一卷的波浪板，只研究星形裂紋的起始，裂紋擴展與最後的拉穿不在範圍內。 Myuran 與 Mahendran 的設計式只由 G550-0.75 檁條的定振幅試驗建立，作者明說真實氣旋不是定振幅，應改用 Low-High-Low 這類多級載重驗證； 全尺寸試驗的關鍵連接用的是螺栓加模擬螺絲頭，不是直接用 Teks 螺絲；實際屋頂也可能先發生拔出或構件破壞。 澳洲的 Low-High-Low 方法不累計多次氣旋的損傷，前提是大風之後會換板。

這一篇屬於第 1 步，母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件；至於為什麼順序做反了是重工而不是微調，見指定一顆螺絲。

常見問題

颱風把鐵皮屋頂掀走，是螺絲斷了嗎？

不一定。澳洲在 1974 年 Tracy 氣旋後的調查（Walker 1975，Lovisa 2015 引用）發現，壓型鋼板屋面失效的根本原因是鋼板與螺絲連接處的疲勞：反覆的負壓讓螺絲周圍的鋼板開裂，螺絲頭從孔裡穿出去。先壞的是鋼板，兩份研究沒有檢查災後螺絲本身的狀態。

屋頂哪裡最先壞？

依 Morgan 與 Beck（1977）比對 Tracy 災後屋面的結果，屋簷附近高負壓區的第一排內側螺絲周圍先出現疲勞裂紋，螺絲拉穿後載重轉給邊緣螺絲，邊緣螺絲再被靜態拉穿，整張板脫落。Myuran 與 Mahendran（2017）也指出屋簷與屋脊附近最容易發生。

鐵皮的疲勞強度是靜態強度的四成嗎？

這個 40% 來自 Myuran 與 Mahendran（2017），量的是澳洲 G550、0.75 mm 帽形檁條鎖在桁架上那一層的耐久限，不是屋面板。屋面板那一層的文獻只說疲勞拉穿發生在小得多的載重，沒有給比例。兩份研究沒有測台灣常見的鐵皮，也不能套用。

颱風後螺絲周圍的板有裂紋，換螺絲可以嗎？

Lovisa（2015）寫的是孔邊有裂紋的屋面板要更換，以免漏水與生鏽。只換螺絲，裂紋還留在原來的板上；這是本站的判斷，兩份研究沒有測過換螺絲的效果。

參考資料

• Lovisa, A.（2015）—— Characterising the fatigue response of corrugated roof cladding，博士論文，James Cook University（ResearchOnline@JCU，開放全文）
• Myuran, K. & Mahendran, M.（2017）—— New test and design methods for steel roof battens subject to fatigue pull-through failures，Thin-Walled Structures 119:558–571（QUT ePrints 作者版）
• PTT Kaohsiung 板，medama〈[問題] 這次颱風後 會全盤檢討鐵皮屋嗎？〉，2024-10-03
• 板太薄，就咬不住螺紋了
• 夾持範圍與鑽孔能力，是箱子上兩個不同的數字

兩份論文的全文由本站讀過，數據照原文的表與章節。Walker（1975）、Morgan 與 Beck、Boughton 等（2011）、Boughton 與 Falck（2007）、Henderson（2010）都是透過這兩份論文的轉述，原文本站沒有讀到；Morgan 與 Beck 那篇，Lovisa 列為 1977 年，Myuran 與 Mahendran 列為 1976 年，本文採 1977。提問貼文全文由本站讀過。