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九二一震後修復補強工法力學行為初步探討

本計畫經向各方廣泛蒐集九二一地震震損建築物之修復補強設計 案例,將實際所採行之修復補強工法歸納彙整並試行分類,原則上分成 結構元件修復補強工法及結構系統改善補強工法兩大類。其中各類所包 含之細項工法,或由於因地制宜之考量,或由於業主之特殊需求、甚或 由於非結構因素之干擾,雖工法之名義相同,其設計細部卻有差異。為 免枝節過細,本文所錄以較具代表性者為主,惟對於差異較大者則予分 述。

本節之內容主要針對所蒐集之各種結構修復補強工法原始設計資 料,儘量按照固定格式,依據結構力學原理與現行規範,初步探討各種 修復補強工法設計的合宜性,其重點包括可靠度分析、工法可能之疑義 與改善方式、及實際施工細節與施工可行性探討等。其中部分內容如設 計原意之討論,原則上係依據原始圖說或計算書所述推估;原始資料未 述者則依照該工法一般應用時機補充。其後則根據原設計資料檢附之單 價分析、或目前市場資料,評估各種修復補強工法之成本與經濟效益 等。最後,本報告為使參閱者能有更具體之印象,特將原始設計圖說依 原狀重新繪製,保留所有優缺點,以便與文字方面的評估探討相對照。

換言之,本報告於本節表列各種修復補強工法之圖說,並未全然經學理 證實可靠,非必然正確,讀者宜自行參酌。

5-1 結構原件修復補強工法

5-1-1 樑構件修復補強工法分析與探討

(一)樑 U 型鋼板補強工法案例

1.案例出處:築巢專案-協助受損集合式住宅擬定修繕補強計畫。

2.建物類別:集合式住宅(B1/17F)。

3.基本力學初步分析

(a)設計原意探討:

依原設計圖說內容,針對樑構件近柱端範圍內(L= 1500mm)採 U 型鋼鈑補強方式,其中鋼鈑與柱端保有約 50 mm 距離,但無 任何錨錠或加勁鈑設計,故初步推估應為補強樑構件剪力強度 不足之設計。

(b)對應 RC 基本力學之說明與可能疑義:

原設計補強鋼鈑於近柱端留有約 5cm 間距,可避免鋼鈑因變形 而損及柱面,或因密接擠壓而間接造成鋼鈑出現局部膠結剝離 現象,故其設計應屬可靠。另樑兩側補強鋼鈑設有 M12@225mm 化學錨栓,因無法與鋼鈑形成完整封閉型式,故將其視為有效 箍筋以提昇原樑構件不足剪力強度之可靠度有待進一步確認。

(c)建議改善方式:

建議可改採以貫穿螺栓取代化學錨栓之方式,以使補強鋼鈑後 能形成有效封閉型式,充分發揮近似箍筋圍束作用,並提高原 樑構件剪力補強效應之可靠度。

(d)對建築物服務性之影響:

樑構件表面因施作補強鋼鈑之影響,故施工完成後原樑構件斷 面將略微增加,另其外觀亦有局部明顯變化,如增加鋼鈑表面 之化學螺栓接頭。

4.施工可行性探討

原設計化學錨栓施做位置採於樑腹中間附近,應已考量一般慣見 樑構件中分佈於上下端主筋範圍,避免施做過程破壞樑主筋;然 為求慎重起見,實際施做時仍應先以鋼筋掃瞄檢測施做區域,尤 需注意垂直向箍筋配置範圍與間距,以使化學錨栓施做過程在不

影響原構件鋼筋配置下順利完成。

5.參考單價分析表

單位:元 號數 62 工程項目 樑兩側包覆鋼板補強 單位 m

2

工 料 名 稱 說明 單位 數量 單價 複價 備註 鋼板fy=2500kg/cm

2

加工 kg 121.50 15.0 1,822.5 裂縫灌注環氧樹脂 m 0.45 800.0 360.0 灌注環氧樹脂 kg 10.00 220.0 2,200.0 裂縫灌注

EPOXY另計

鋼板噴砂處理 m

2

1.00 200.0 200.0 表面塗刷EPOXY m2 1.00 220.0 220.0 安裝組立工資 式 1.00 1,200.0 1,200.0 打除原有裝修層(粉刷層) m2 1.00 110.0 110.0 表面研磨 工 0.25 1,400.0 350.0 表面清潔整理(小工) 工 0.25 1,400.0 350.0 廢方處理及運棄 m

3

0.05 850.0 42.5 零星工料 式 1.00 45.0 45.0

每 m2 單價計 6,900.0

M12 化學錨栓

15cm15cm 45cm

一底二度水泥漆

SB6(40*60)樑段鋼版補強示意圖 L=1600mm 3. 樑裂縫先以遞增壓力注射裂縫工法灌注Epoxy補強

4. RC結構體起砂處及崩裂處去除後先以Epoxy塗刷,在以輕質環氧樹脂砂漿修補平齊 5. 鋼鈑應依現場尺寸在工廠裁製,內面不可有污染,外側防銹處理後假固定,

假固定不得作為化學錨栓位置

6. 鋼鈑貼附並以化學錨栓固定,化學錨栓間距如圖示 7. 鋼鈑焊接採用自動潛弧焊或電熱熔渣焊

8. 鋼鈑與混凝土空隙,須在3~5mm左右,並以還氧樹脂灌滿,不可有空隙

9. 鋼鈑與錨栓四周以Epoxy風塞劑封邊處理,以防高壓力灌注爆裂漏漿,並於高處預留排氣孔 10. 鋼鈑與現場RC樑間由底部高壓灌注Epoxy鋼鈑接著劑,直至排氣孔溢出為止

11. 隔日檢核鋼鈑內Epoxy鋼鈑接著劑灌注程度,若有不足者則須在補足至灌滿為止 12. 注入孔,通氣孔由承包商繪製施工詳圖經監造單位審核同意後始得施工

13. 完工須附責任施工證明書及原廠供料證明

(二)樑單側鋼板補強法案例 1

1.案例出處:築巢專案-協助受損集合式住宅擬定修繕補強計畫。

2.建物類別:集合式住宅(B1/8F)。 3.基本力學初步分析

(a)設計原意探討:

依原設計圖說內容,補強鋼鈑貼付於原樑構件兩端斜剪裂縫較 顯著處,且僅施作於單側,故研判設計原意應僅單獨針對防止 樑構件剪力裂縫延伸及惡化。

(b)對應 RC 基本力學之說明與可能疑義:

補強鋼鈑另以化學錨栓植入原樑構件,若鋼鈑與原樑構件間環 氧樹脂膠結作用良好,則應可防止裂縫延伸及惡化。

(c)建議改善方式:

考量貼付單側鋼鈑亦可能增加樑構件自重,及改變原樑構件均 質與對稱性,故若單純針對防止樑裂縫延伸與惡化,建議可考 量以裂縫灌注環氧樹脂方式,應能達成原設計目的。

(d)對建築物服務性之影響:

因僅部分樑表面施作貼覆鋼鈑,故其整體外觀變化並不明顯。

4.施工可行性探討

(a)化學錨栓施作時,仍需謹慎避免破壞原構件鋼筋或水電管線。

(b)另補強鋼鈑之化學螺栓孔可考慮視實際鑽孔位置後,再於現場 點銲或切割開孔。

5.參考單價分析表

單位:元 編號 1-2 工程項目 梁鋼板PL6 補強(內灌EPOXY) 單位 m2

工 料 項 目 說明 單位 數量 單價 複價 備註 鋼板fy=2500kg/cm

2

kg 47.10 15.0 706.5 6mm 厚

灌注環氧樹脂 kg 12.00 250.0 3,000.0 (不含裂縫灌注)

鋼板噴砂處理 m

2

1.00 800.0 800.0 一底二度防鏽漆 m

2

1.00 100.0 100.0

安裝組立工資 式 1.00 2,600.0 2,600.0 化學錨栓另計 零星工料(含垃圾清運) 式 1.00 793.5 793.5 粉刷層敲除 工 0.40 2,000.0 800.0 每 m

2

單 價 計 8,800.0

1B8(40×175)

裂縫位置大小示意圖

1B8(40×175)

樑側鋼鈑補強側視圖

1B8樑側鋼鈑補強剖面圖

註:1.化學錨栓鑽孔時應避開樑主筋

界面接著劑塗刷,再以環氧樹脂(EPOXY)輕質膠膏修齊補

9.最後塗一面漆防銹(顏色配合現場為準)

6.鋼鈑四周環氧樹脂(EPOXY)封塞劑封塞以防高壓灌注爆裂 7.以環氧樹脂(EPOXY)接著劑由底部高壓灌注至鋼鈑內,至由 8.隔日檢查鋼鈑內環氧樹脂灌注程度,再予以補足灌滿 4.A-36-6mmTH鋼鈑噴砂防銹,一底漆一中塗漆防銹處理 5.鋼板貼付與化學錨栓固定,錨栓水平中心距@301±2.5公分, 3.RC結構體起砂處及崩裂去除後,先以環氧樹脂(EPOXY) 2.樑裂縫先行以環氧樹脂(EPOXY)灌注補強

1.將穿樑之管線暫時改管,並將粉刷層敲至R.C結構體

漏漿,並於高處預留排氣孔 排氣孔溢出為止

邊距@15±2.5公分

樑鋼板補強施工步驟:

(三)樑單側鋼鈑補強工法案例 2

1.案例出處:築巢專案-協助受損集合式住宅擬定修繕補強計畫。

2.建物類別:集合式住宅(B1/8F)

3.基本力學初步分析

(a)設計原意探討:

依原設計圖說內容,補強鋼鈑貼付於原樑構件兩端斜剪裂縫較 顯著處,且僅施作於單側,故研判設計原意應僅單獨針對防止 樑構件剪力裂縫延伸及惡化。

(b)對應 RC 基本力學之說明與可能疑義:

補強鋼鈑另以化學錨栓植入原樑構件,若鋼鈑與原樑構件間環 氧樹脂膠結作用良好,則應可防止裂縫延伸及惡化。

(c)建議改善方式:

考量貼付單側鋼鈑亦可能增加樑構件自重,及改變原樑構件均 質與對稱性,故若單純針對防止樑裂縫延伸與惡化,建議可考 量以裂縫灌注環氧樹脂方式,應能達成原設計目的。

(d)對建築物服務性之影響:

因僅部分樑表面施作貼覆鋼鈑,故其整體外觀變化並不明顯。

4.施工可行性探討

(a)化學錨栓施作時,需謹慎避免破壞原構件鋼筋或水電管線。

(b)另補強鋼鈑之化學螺栓孔可考慮視實際鑽孔位置後,再於現場 點銲或切割開孔。

5.參考單價分析表

單位:元 編號 1-2 工程項目 梁鋼板PL6 補強(內灌EPOXY) 單位 m2

工 料 項 目 說明 單位 數量 單價 複價 備註 鋼板fy=2500kg/cm

2

kg 47.10 15.0 706.5 6mm 厚

灌注環氧樹脂 kg 12.00 250.0 3,000.0 (不含裂縫灌注)

鋼板噴砂處理 m

2

1.00 800.0 800.0 一底二度防鏽漆 m

2

1.00 100.0 100.0

安裝組立工資 式 1.00 2,600.0 2,600.0 化學錨栓另計 零星工料(含垃圾清運) 式 1.00 793.5 793.5 粉刷層敲除 工 0.40 2,000.0 800.0 每 m

2

單 價 計 8,800.0

裂縫位置大小示意圖

4.A36-6mmTH 鋼鈑噴砂防銹,一底漆一中塗漆防銹處理。

5.鋼鈑貼付與化學錨栓固定,錨栓水平中心距@30±2.5公分,邊

3000psi

fc'=

4000psi

fc'=

3000psi

M16 7370 1941 1941 1516

(四)樑兩側鋼鈑補強工法案例

1.案例出處:築巢專案-協助受損集合式住宅擬定修繕補強計畫。

2.建物類別:集合式住宅(B1/12F)

3.基本力學初步分析

(a)設計原意探討:

原設計補強鋼鈑僅施做於樑兩端 L/4 處,且近柱端未見有錨錠 或加勁鋼鈑設計,故初步推估應屬樑構件剪力強度不足之鋼鈑 補強設計。

(b)對應 RC 基本力學之說明與可能疑義:

原設計補強鋼鈑於近柱端留有約 5cm 間距,可避免鋼鈑因變形 而損及柱面,或因密接擠壓而間接造成鋼鈑出現局部膠結剝離 現象,故其設計應屬可靠。另化學錨栓與補強鋼鈑因無法完全 達成封閉型式,而充分發揮類似箍筋作用,故其整體圍束效應 可靠度有待進一步確認。

(c)建議改善方式:

建議可改採以貫穿螺栓取代化學錨栓之方式,以使補強鋼鈑後 能形成有效封閉型式,充分發揮近似箍筋圍束作用,並提高原 樑構件剪力補強效應之可靠度。

(d)對建築物服務性之影響:

因僅部分樑兩側表面施作貼覆鋼鈑,故其整體外觀變化並不明 顯。

4.施工可行性探討

(a)樑兩側貼付鋼鈑補強方式,可視為對原建物使用空間影響較小 之補強方式之一。

(b)化學錨栓施作時,需謹慎避免破壞原構件鋼筋或水電管線。

(c)另補強鋼鈑之化學螺栓孔可考慮視實際鑽孔位置後,再於現場 點銲或切割開孔。

5.參考單價分析表

單位:元 項次 3 工程項目 梁兩側包覆鋼板 單位 m2

工料項目 說明 單位 數量 單價 複價 備註 鋼板fy=2500kg/cm2加工 kg 47.00 15.0 705.0

裂縫灌注環氧樹脂 m 0.45 985.0 443.25

灌注環氧樹脂 kg 10.00 220.0 2,200.0 裂 縫 灌 注 EPOXY另計

鋼板噴砂處理 m2 1.00 200.0 200.0 表面塗刷EPOXY m2 1.00 220.0 220.0 鋼絲網粉刷 m2 1.00 400.0 400.0 安裝組立工資 式 1.00 1,200.0 1,200.0 打除原有立面裝修表層(粉刷層) m2 1.00 110.0 110.0 表面研磨 小工 工 0.05 1,400.0 70.0 表面清潔整理 小工 工 0.02 1,400.0 28.0 廢方處裡及運棄 m3 0.05 850.0 42.5

每 m2 單價計 5,680.0

樑腰部貼覆側面鋼板補強立面示意圖

M16化學錨栓@200mm

樑兩側鋼板補強剖面圖

RC結構體(去除粉刷層) A36-10mmTH鋼板 鋼板與RC之間(3 5mm) M16化學錨栓@200mm

1.0±0.1 400

(kg/cm )

(五)樑兩側鋼鈑補強工法案例

1.案例出處:築巢專案-協助受損集合式住宅擬定修繕補強計畫。

2.建物類別:集合式住宅(B1/13F)

3.基本力學初步分析

(a)設計原意探討:

依原設計圖說內容,補強鋼鈑施做於樑兩側長 L 範圍,近柱端 未見有錨錠或加勁鋼鈑設計,故初步推估應為提昇樑構件剪力 強度不足之補強設計。

(b)對應 RC 基本力學之說明與可能疑義:

原設計補強鋼鈑於近柱端密接而未留有適當間距,鋼鈑可能因 變形而損及柱面,或因密接擠壓而間接造成鋼鈑出現局部膠結 剝離現象,故其設計應屬不可靠。另因補強鋼鈑及化學錨栓無

原設計補強鋼鈑於近柱端密接而未留有適當間距,鋼鈑可能因 變形而損及柱面,或因密接擠壓而間接造成鋼鈑出現局部膠結 剝離現象,故其設計應屬不可靠。另因補強鋼鈑及化學錨栓無

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