本研究建議法之設計理念

本研究經由20支SRC短柱之軸向載重試驗結果發現兩點重要的現象：(1) 由 於SRC柱中之鋼骨分擔了一大部分的柱軸力，因此使得SRC柱中混凝土所需要承 擔之軸力相對的降低，故SRC柱中所需之圍束箍筋用量亦得以減少；(2) 當SRC 柱中之鋼骨翼板寬度愈寬時，鋼骨能夠提供SRC柱核心混凝土愈好的圍束效果，

因此當SRC柱內鋼骨之翼板愈寬，SRC柱中所需之圍束箍筋用量將可酌予減少。

本研究綜合試驗之結果發現，若欲合理的放寬SRC柱中圍束箍筋之用量，則其設 計公式中之參數應同時包括SRC柱中之「鋼骨用量」及「鋼骨翼板寬度」兩者共 同之影響。

基於上述發現，本研究根據理論模式分析及試驗結果，提出一套新的SRC柱 圍束箍筋量之設計方法，其主要的設計理念在於SRC柱內「高度圍束區之混凝土」

可藉由柱內「鋼骨翼板」提供良好的圍束，亦即不再需要額外的箍筋量去圍束這 部份混凝土，如圖5.1(a)、圖5.2(a)及圖5.3(a)之高度圍束區所示。換言之，SRC 柱內高度圍束區的混凝土由鋼骨翼板圍束之，而SRC柱內需要箍筋去圍束的混凝 土區域將只侷限於「普通圍束區內之混凝土」，如圖5.1(a)、圖5.2(a)及圖5.3(a) 之「淺灰色」部分所示。本研究之建議公式中將同時考量「鋼骨用量」及「鋼骨 翼板寬度」兩者共同的影響，以一個新的折減係數來放寬SRC柱中所需之耐震設 計圍束箍筋量，詳如下節所述。

5.2 本研究建議之 SRC 柱圍束箍筋量設計公式

本研究建議的SRC柱圍束箍筋量之新設計方法，本文簡稱為「(SRC)PROP

法」，其設計公式如以下：

SRC柱之矩形閉合箍筋之總斷面積(Ash)不得小於下列二式之規定：

公式(5-1)與公式(5-2)中之 Phcc為「高度圍束區混凝土(Highly Confined Concrete)」

之軸向受壓強度，由於此區的混凝土可以由鋼骨翼板來提供圍束，故不需要再由

之Phcc，來考量鋼骨翼板對SRC 柱核心混凝土圍束效應的貢獻，以達到降低圍束 箍筋用量之目的。反觀目前AISC-Seismic Provisions 之設計公式中則未能反映鋼 骨翼板寬度變化對SRC 柱中混凝土圍束效應所造成之影響。

5.3 本研究建議法之特色與合理性

圖5.1至圖5.3分別顯示當SRC柱內包覆不同型式之鋼骨時，本研究建議法與 ACI-318規範對柱中箍筋所需圍束之混凝土面積的不同考量，由圖中可以發現，

本研究建議法的主要特色在於考量SRC柱中高度圍束區之混凝土不需由箍筋提 供圍束，故相對於ACI-318規範考量柱中全區之混凝土皆由箍筋提供圍束的情況 下，SRC柱中之箍筋用量將因此得以減少。再者，若將本研究提出的SRC柱圍束 箍筋量之新設計方法應用於「包覆填充型鋼管SRC柱」之箍筋量設計時，將更能 夠彰顯出其設計邏輯之合理性。如圖5.3所示，在SRC柱中鋼管內部之混凝土已 受到鋼骨翼板良好圍束的情形下，需要靠箍筋去圍束的混凝土區域只剩下鋼骨翼 板外面至箍筋之間的混凝土，如圖5.3(a)之淺灰色部分所示。但是若依ACI-318 規範之考量來設計，箍筋所需要圍束的混凝土區域將是箍筋範圍以內(包括鋼管 內部)之「所有混凝土」，如圖5.3(b)所示。

此外，當SRC柱內之鋼骨翼板寬度為零時，如圖5.4所示，其高度圍束區混 凝土之面積(Ahcc)將為零，本研究建議法可以合理的反映出鋼骨翼板無法對混凝 土提供有效的圍束作用；反之，AISC-Seismic Provisions因只考慮到「鋼骨用量」

而未包含「鋼骨翼板寬度」之影響，故未能做出合理的反映。表5.1為本研究建 議之(SRC)PROP法及ACI、AISC與我國SRC設計規範中考量對SRC柱中圍束箍筋用 量之折減參數的比較。

圖5.5至圖5.7為3組本研究假設之實尺寸SRC柱斷面，分別依不同設計法所求 得圍束箍筋間距之比較，圖中採用之設計法包括ACI-318規範、AISC-Seismic Provisions 、 試 驗 中 所 採 用 的 (ACI)M法 與(AISC)M法 、 我 國SRC 規 範 ( 簡 稱

(SRC)Taiwan)以及本研究建議之(SRC)PROP法。

經過比較各設計法所得之結果可以發現，本研究建議之(SRC)PROP法所得到 的設計結果與AISC-Seismic Provisions之設計結果較為接近，而ACI-318規範之設 計結果則顯得非常保守。以圖5.7之「包覆填充型鋼管SRC柱」計算所得之結果 為例，若依ACI-318規範設計，SRC柱中容許的最大箍筋間距為60mm；在考量SRC 柱內「鋼骨用量」之貢獻後，依AISC-Seismic Provisions計算所得之箍筋間距放 寬至154mm；至於依本研究建議法進一步再考量「鋼骨翼板」的圍束貢獻之後，

計算所得之箍筋間距則可再放寬至為170mm。此一現象顯示，本研究建議之設計 法因為考量鋼管內部之混凝土已經由鋼骨翼板提供足夠的圍束，所以箍筋所需要 圍束的混凝土區域即相對的減少，故SRC柱中所需之箍筋量亦因此得以放寬，而 此一考量將有助於使SRC柱之圍束箍筋配置更為合理，並可以達到較經濟的設計 結果。

以圖5.5至圖5.7所假設的SRC柱斷面為例，本研究亦分別比較各種不同的設 計方法所求得之SRC柱最小箍筋需求量及其所採用的「箍筋量折減係數」之差 異，詳如表5.2所示。以包覆十字型鋼骨SRC柱斷面之設計結果為例，依本研究 建議法計算所得SRC柱中最小所需之箍筋比ρh為0.24%，而依ACI-318規範計算則 為0.6%，可以發現若依本研究建議法來配置SRC柱中之圍束箍筋將可以較 ACI-318規範節省約40%的箍筋用量。

值得一提的是，AISC-Seismic Provisions與我國SRC規範採用相同之折減係 數，

(

1−AsFys Pn

)

，來考量SRC柱中鋼骨用量對分擔柱軸力之貢獻，卻得到不同 的設計結果，造成此差異的原因在於此兩設計規範在計算SRC柱之軸向抗壓強度 Pn時，是採用不同的計算方法。AISC-Seismic Provisions在計算SRC柱之軸向抗壓 強度時是依AISC-LRFD規範計算得之，而由表4.3可以發現，依AISC-LRFD計算 所得之軸壓強度值趨於保守，如此一來將使得鋼骨所能分擔柱軸力的貢獻較實際 上提高，換言之，鋼骨實際上沒有分擔如此高比例的軸壓力，因此依AISC-Seismic

Provisions計算所得之箍筋間距會略大於依我國SRC規範計算所得之箍筋間距。

再者，圖5.8 至圖 5.11 分別顯示本研究建議法與 ACI-318 規範對一般 RC 柱 圍束箍筋及我國SRC 規範中對 SRC 柱圍束箍筋設計公式在使用不同鋼骨用量與 鋼骨翼板寬度時，其箍筋間距設計結果之比較，本研究建議法與ACI-318 規範及 我國SRC 規範中所求得之箍筋間距主要的差異性謹概述如下：

1. 若依 ACI 規範對於一般 RC 柱之規定來設計包覆型 SRC 柱之圍束箍筋量，

其結果顯得非常保守。

2. 在我國 SRC 規範方面，該規範考量了鋼骨對 SRC 柱軸力之貢獻，使得混凝 土部分所需承擔之軸力相對降低，進一步對 SRC 柱中所需之箍筋量予以放 寬。不過，我國 SRC 規範並未對鋼骨翼板寬度的大小對混凝土圍束作用所 造成的影響加以適當的考慮。例如圖5.9 所示，當鋼骨翼板寬度分別為零與 40000 mm²時，本研究建議法可以合理的反映出鋼骨翼板寬度所能提供之圍束 作用的差異；反之，我國SRC 規範則未能作出合理的反映。

以圖 5.8 至圖 5.11 所假設的 SRC 柱之鋼骨用量與鋼骨翼板寬度之參數為例，

本研究亦分別比較此三種不同的設計方法所求得之SRC 柱之箍筋量折減係數的 差異，詳如表5.3 至表 5.6 所示。由表中可以發現，ACI-318 規範將 RC 柱之箍 筋量設計法用在SRC 柱，故其箍筋量折減係數為 1；而我國 SRC 規範考慮鋼骨 用量多寡的影響對SRC 柱中箍筋用量折減之，但無法反映出鋼骨翼板寬度變化 所造成的影響，如表5.4 與表 5.6 所示；至於本研究建議法同時考量鋼骨用量與 鋼骨翼板寬度對SRC 柱中混凝土圍束效應的雙重影響，計算所得之箍筋量折減 係數為三者中最小，此一現象亦顯示依據本研究建議法將可以合理的降低 SRC 柱中所需之圍束箍筋用量，而得到較經濟且較具施工可行性的設計結果。

另一方面，由於 SRC 柱中箍筋之功能除了圍束柱核心混凝土之外，尚有固 定主筋、防止主筋挫屈、抵抗剪力等功能。為了避免箍筋間距過大而導致主筋發 生挫屈，本研究初步建議在箍筋最大間距限制方面仍需符合目前我國 SRC 設計

規範之相關規定，亦即於SRC 柱圍束區之箍筋間距不應超過 150mm，非圍束區 之箍筋間距不應大於200mm。

第六章 結論與建議

6.1 結論

本研究依據力學原理與試驗結果針對包覆型SRC柱所需之耐震設計箍筋量 進行探討，初步獲得以下結論：

1. 本研究根據 20 支 SRC 短柱試體之試驗結果顯示，當固定 SRC 柱之鋼骨比與 鋼骨斷面深度時，翼板寬度愈寬的試體，在載重到達極限抗壓強度後，其強 度衰減較慢；且當鋼骨翼板寬度愈寬，試體之韌性愈佳。

2. 本研究之試驗結果顯示，SRC 柱中鋼骨翼板寬度愈寬確實能夠對柱核心混凝 土發揮愈好的圍束功能，因此當 SRC 柱內鋼骨翼板較寬時，將可以適當的減 少其柱中之箍筋用量。

3. 另一方面，考量 SRC 柱中的鋼骨所分擔之柱軸力後，將使得 SRC 柱中混凝 土所需要承擔之軸力得以減少，故混凝土爆開的可能性相對降低，因此 SRC 柱中之圍束箍筋用量亦可酌予減少。

4. 若採取 ACI-318 規範建議之一般 RC 柱圍束箍筋配置方式來設計 SRC 柱中圍 束箍筋量，其設計結果將會過於保守且不經濟，並可能導致箍筋過密而增加 SRC 柱施工的複雜度。

5. 目前 AISC-Seismic Provisions 在放寬 SRC 柱中圍束箍筋量時，雖然已考慮到 鋼骨用量對分擔 SRC 柱軸力之貢獻，但是並未考慮 SRC 柱內鋼骨翼板之寬 度 變 化 對 柱 核 心 混 凝 土 所 造 成 之 圍 束 效 應 的 影 響 ， 此 為 AISC-Seismic Provisions 設計法不足之處。

6. 本研究根據試驗結果與理論模式分析，提出一套 SRC 柱圍束箍筋量之耐震設

6. 本研究根據試驗結果與理論模式分析，提出一套 SRC 柱圍束箍筋量之耐震設

在文檔中 鋼骨鋼筋混凝土柱圍束箍筋量之試驗與耐震設計 (頁 43-0)