4-1 鋼筋混凝土構件基本力學行為概述
鋼筋混凝土構件（版、樑、柱、牆）之理論，係經完整之學理推演 與試驗證實，而得到目前被廣泛採用的鋼筋混凝土結構系統。本節限於 篇幅不擬重複贅述鋼筋混凝土的詳細力學理論，但有必要將鋼筋混凝土 的基本力學行為作一適當的說明，以作為初步評估相關結構補強設計的 可靠度（或不可靠度）。以下依版、樑、柱、牆等四種鋼筋混凝土構件 的基本力學行為作一簡單說明，並於說明中探討既有構造物在結構物補 強設計及施工中不易克服之處，最後再以本研究計畫執行期間所蒐集到 九二一震後實際採用於災區震損建築物之修復補強設計工法案例，探討 其可靠或不可靠之處，以作為後續研究及實務設計上參考之用。
4-1-1 鋼筋混凝土版的基本力學行為與細節需求
鋼筋混凝土版的鋼筋配置細節需求如圖 4-1 所示。
主筋延續至鄰跨（連續端）
主筋以彎鉤型式錨碇（不連續端）
負彎矩區 正彎矩區 負彎矩區
圖 4-1 鋼筋混凝土版鋼筋配置細節需求 其基本力學行為包括：
＊屬於撓曲構材，樓版平面內尚需傳遞地震橫力。
＊剪力由混凝土本身直接承受（一般無剪力鋼筋設計）。
＊負彎矩鋼筋需延續至鄰跨或以彎鉤型式錨錠。
＊正彎矩鋼筋需延伸足夠發展長度。
4-1-2 鋼筋混凝土樑之基本力學行為及細節需求
鋼筋混凝土樑之鋼筋配置細節需求如圖 4-2 所示。
負彎矩區 正彎矩區 負彎矩區
CL CL
箍筋需為封閉型式
主筋以彎鉤型式錨碇（不連續端） （連續端）
主筋延續主鄰跨
圖 4-2 鋼筋混凝土樑鋼筋配置細節需求
其基本力學行為包括：
＊屬於撓曲構材，承受垂直力與地震橫力。
＊剪力由混凝土（V
c
）與箍筋（Vs
）共同承擔，箍筋需為封閉形式。＊樑兩端皆為正負彎矩區（地震反覆載重），中央為正彎矩區，故兩 端主筋皆須延伸至鄰跨（連續樑）或以彎鉤型式錨錠（不連續端）。
＊樑中央正彎矩鋼筋需延伸足夠發展長度。
4-1-3 鋼筋混凝土柱之基本力學行為及細節需求 鋼筋混凝土柱之鋼筋配置細節需求如圖 4-3 所示。
圖 4-3 鋼筋混凝土柱鋼筋配置細節需求 其基本力學行為包括：
＊屬於軸力與撓曲共同作用構材，承受垂直力與地震橫力。
＊剪力由混凝土（V
c
）與箍筋、繫筋（Vs
）共同承擔，箍筋需為封 閉形式，另需有繫筋以防止主筋挫屈。＊柱主筋需連續直通上下層，若有搭接需在非圍束區內搭接。
＊樑柱接頭區仍需有圍束箍筋。
圍束區
梁柱接頭仍需有箍筋圍束
主筋需連續直通上、下層，不得中斷 非圍束區
圍束區
主筋需於非圍束區搭接
箍筋需為封閉型式，且需有繫筋以防止主筋挫屈
4-1-4 鋼筋混凝土牆之基本力學行為及細節需求
鋼筋混凝土牆之鋼筋配置細節需求如圖 4-4 所示。
圖 4-4 鋼筋混凝土牆鋼筋配置細節需求 其基本力學行為包括：
＊主要為抵抗地震橫力構材，亦可分擔部分垂直力。
＊剪力由混凝土 Vc與牆雙向主筋共同承擔。
＊牆主筋需延伸至樑或柱內以提供足夠發展強度，亦可連續延伸 上、下樓層。
＊剪力牆需注意兩端構材（兩端柱）之設計。
牆筋亦可延伸連續至上、下層 牆筋需延伸進柱內以
提供足夠發展強度
牆筋需延伸進梁內以提供足夠發展強度
4-2 植筋的探討
一般鋼筋混凝土構件的補強，植筋是最常採用也最常被誤用的一種 修復補強方法。在既有鋼筋混凝土構造物增加新的構件或延伸（補強），
為了兩者間界面的連續性，植筋似乎成了目前最常被採用的萬靈丹。然 而，仔細思考鋼筋混凝土學的基本力學行為與細節需求，植筋的採用似 有必要作更進一步審慎的考量。
事實上，新舊混凝土間的界面，在混凝土施工規範有明確的處理方 式。若新舊混凝土的介面依循規範所定的處理方式，如連接面打毛濕潤 等，則通常可視為一體澆置的混凝土。若以混凝土主要承擔之壓應力而 言，此界面大致上不會存在明顯的弱面。故在補強作業上，新混凝並不 是問題，新增鋼筋的處理細節才是應特別注意的重點。
一般的補強設計，目前植筋之考慮係以植入深度足夠，使植筋在舊 混凝土表面之拉拔應力達到f
y
的程度，即視為可有效續接新舊結構物間 的界面。但若在補強設計時對於界面鋼筋之細節需求僅止於此，則對應 於新建結構體的鋼筋設計，又何必規定主筋必須延伸至鄰跨或彎鉤錨錠 等設計需求，兩者間似有可商榷的空間。更何況植筋除植入深度外，另 有植筋膠結劑品質與施工品管問題，以及植筋間距可能造成拉拔破壞錐 體重疊等問題，為何要求反而更低？茲舉一例如圖 4-5 所示，對於撓曲構件(樑或版)之補續，一般補強 工程設計之植筋若僅需在舊混凝土面使植筋達到 fy，即認為有效(圖 4-5 左)，則全部新建工程的鋼筋配置細節如採用類似補強設計似亦屬可行 (圖 4-5 右)。而若新建工程的鋼筋配置細節必須要有彎鉤或延伸至鄰 跨，則顯然補強設計的植筋使用，似有其不足之處，實有再深入研究之
必要。一般人或許認為「補強」是權宜之計，與「新建」在立足點上有 其先天的差異性，不宜相提並論。然而，在目前維修補強工程案例如此 廣泛，且大家對其成效之期盼又是如此殷切的情況下，諸如此類的疑 慮，確有需要再深入探討以予澄清。
圖4-5 撓曲構件補強之植筋
由前例所示，主鋼筋的延伸連續，若單純靠植筋似乎並不十分可 靠。不過，在另一方面，若植筋的配置是剪力摩擦筋的行為，則此植筋 的補強設計，顯然較具可靠度。例如圖4-6 所示之新增剪力牆設計，不 論是補強工程或新建工程，植筋之功能在提供剪力摩擦方面多於拉力，
基本上其結構行為應屬可靠。惟需注意剪力摩擦筋的設計在一體澆置與 分兩次澆置的摩擦係數μ值並不相同（一體澆置μ=1.4，新舊兩次澆置 μ=1.0）。
標準主筋配置彎鉤
補強工程 舊有結構物 結構物
新增補強
全部新建工程 是否可靠？
補強工程如此植筋
是否允許？
新建工程如此配筋 接續主筋
植筋，深度為使介面
處植筋能夠發揮fy 類似植筋
圖 4-6 新增剪力牆設計之植筋
剪力摩擦面
補強工程 全部新建工程
新建工程與補強工程之配筋較為類似 摩擦剪力筋行為
剪力摩擦面 類似植筋
4-3 貼片補強的探討（鋼鈑或複合纖維材料貼片）
鋼筋混凝土構件包覆鋼板或複合材料之工法通常稱為「貼片補 強」，目前在鋼筋混凝土結構補強上被大量採用。基本上，其補強設計 之理念，均將外加貼片（鋼板或複合材料）視為鋼筋，據以作為補強設 計的計算依據。但在鋼筋混凝土學理中，鋼筋係假設必須完全被混凝土 所握持，因此計算所需鋼筋量之配置細節必須符合相關規範規定。例如 主筋的錨碇長度或延伸連續、封閉型的箍筋等，否則鋼筋混凝土學的設 計算式將不具實質意義。
相對於此，在貼片補強中，諸如不具封閉型設計的樑鋼板剪力補 強，或不具主筋連續性性能的柱鋼板補強等，若仍將鋼板視同鋼筋，並 據以計算補強成效，實有違鋼筋混凝土規範的基本精神。更何況貼片與 混凝土界面所使用之粘著材料（如環氧樹脂或無收縮砂漿等）之品質與 施工品管等，更是其實際行為與成敗之關鍵因素，不應忽視。
以下圖中數例所示皆為常見的貼片補強設計方法，設計時多半將外 加貼片視同鋼筋作為計算依據，但卻忽略了鋼筋的基本配置細節，其可 靠度顯然有待釐清。如圖4-7 所示之樑 U 型貼片剪力補強工法，鋼板貼 片若僅以化學錨栓固定，屬非封閉型式，其補強效果尚有待確認。若採 用貫穿螺栓使成封閉型式，在學理上較符合鋼筋混凝土箍筋設計，而其 成效也確已經實驗證實【32∼33】。
圖 4-7 樑 U 型貼片剪力補強
如圖4-8 所示之樑 U 型貼片彎矩補強工法，鋼板貼片並未延伸至樑 柱接頭內，在學理上與鋼筋混凝土正彎矩主筋設計並未完全相符。
圖4-8 樑 U 型貼片彎矩補強
如圖4-9 所示之既有 RC 牆貼片補強工法。依據實驗證實，RC 牆貼 片確實可增加抗橫力強度，然而，貼片本身並未延伸至與樑或柱交接之 剪力摩擦面內，在學理上與鋼筋混凝土牆之主筋設計並不完全相符，地 震橫力是否會傳達到牆內仍有疑慮。
建議封閉型貼片 非封閉型貼片
僅補強單側
效果應屬不佳 單側補強，補強
非封閉型貼片，補強 效果有待再確認
A
貼片無法延伸錨錠主樑內
圖4-9 既有 RC 牆貼片補強
如圖4-10 所示之 RC 柱貼片補強工法。不論其為鋼板或複合纖維貼 片，其圍束之效果確已經實驗證實。然上下層之連續性則為最大之疑 慮，在學理上與鋼筋混凝土柱之主筋連續設計並不完全相符，其彎矩之 補強效果尚有待確認。
圖4-10 RC 柱貼片補強
既有RC牆
A
貼片補強 強效果有待再確
剪力摩擦面，補 貼片無法延伸至
認。
貼片補強圍束增加，韌 性應屬尚可，惟上下層 無法連續，補強效果有 待確認。
鋼鈑貼片補強，其上下 層部分藉此化學螺栓錨 錠，是否真能達成類似 柱主筋上下層連續之效 果，有待確認。
柱主筋需上下層連續，
或有適當搭接。