第三章 構材與構架之補強設計
3.4 增設鋼造斜撐或鋼板剪力牆
3.4.1 概要
採用鋼構材補強方式區分為構架式斜撐(鋼板剪力牆)及直接式斜撐 (鋼板剪力牆)兩種，圖 3.18-3.19為幾種補強形式示意圖。鋼構材與既有 RC 結構之連接方式則分為直接式與間接式兩種，直接式為指藉由螺 桿、銲接等方式直接將鋼構材連接於既有RC 結構上，間接式為指於 RC 結構與鋼構架上預設螺栓，後再填充砂漿接合，本手冊對於鋼構材補強 方面，主要適用於鋼構架四邊皆與既有RC 結構採間接緊密結合之補強 方式。
現有的RC結構
翼牆
RC結構部份
設置錨錠螺栓
先打除既有之牆體後再設置錨錠螺栓
RC構架中設置鋼構架, 並於四週 間隙以混凝土砂漿加壓填充
X型斜撐
剪力釘
防止挫屈
翼板 加勁材
無開孔之鋼 板剪力牆
剪力釘均勻銲接於鋼構架四週 開孔之鋼板
剪力牆
開孔 K型斜撐
斜撐
圖3.18 增設鋼構架補強示意圖 3.4.2 需求性能
(1) 構架式鋼斜撐補強
採用構架式鋼斜撐(鋼板剪力牆)補強之結構，主要包括既有 RC 構
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開孔
翼板
加勁材 (e) 鋼板牆
(b) K型斜撐 (a) X型斜撐
(c) 門型斜撐 (d) 菱型斜撐
(g) Y型斜撐 (f) 偏心斜撐
圖3.19 常見之鋼構架型式示意圖
表 3.4-2 補強鋼構架之韌性容量
損壞機制 既有RC 構架破壞形式 容許韌性容量Ra
第一類 -梁柱之撓曲破壞 -梁柱之撓剪破壞
補強鋼構架之 Ra值= 既有 RC 構架之Ra值
第二類: 強度控制(破 壞於連接構件)
-梁柱之剪力破壞 Ra=1.5 第三類: 韌性控制 -RC 構架整體之撓曲破壞
為 主(柱之承壓或承拉控 制)
補強鋼構架之 Ra值= 既有 RC 構架之Ra值
第四類: 強度控制 -極短柱之剪力破壞 補強鋼構架之Ra值=1.5 第五類: 基礎、地盤或
連接梁控制
-連結地梁、或連接原 RC 構架之梁的剪力或撓曲破 壞
土壤承載力控制: Ra=2.5 地梁破壞: Ra=地梁之 Ra值 連接構架之梁的剪力或撓曲破 壞: Ra=梁之 Ra值
第六類: 補強鋼構架 破壞控制
無破壞 補強鋼構架剪力型破壞Ra= 2.5 補強鋼構架撓曲型破壞Ra= 3.5
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Fy = 標稱降伏應力(t/cm2) E = 彈性模數(t/cm2) L = 構材無側撐長度(cm2)
r = 對挫屈平面之最小迴轉半徑(cm2) k = 有效長度係數，可取為 2.0。
3.4.3 規劃配置
在考量施工性之情況下，於既存RC 結構之外部構架增設鋼構架補強 為使施工較簡速之方式；若補強RC 構架發生整體之撓曲破壞時，補強 效果可能無法達到預期，所以於配置鋼構架時需考慮此因素來達到最佳 之補強效果；另由於補強鋼構架與既存RC 結構間之接合會嚴重影響補 強效果，所以此些部位需設計成使內力可均勻之傳遞。同其他補強方 式，補強鋼構架對平面偏心、立面強度勁度分佈之影響亦需考量於設計 規劃中。
3.4.4 施作方式與結構細節 (1) 施作方式
鋼構架補強時需注意以下所述各項之建議:
(a) 採用斜撐鋼構架補強時，對於 K 型或 X 型之鋼斜撐，需注意其寬厚 比，鋼斜撐亦需具有正向與反向載重下對稱之耐震容量。
(b) 採用鋼板剪力牆構架補強時，鋼板剪力牆開孔位置對剪力降伏強度 之影響需要進行考量，另需適當配置橫向加勁材以防止嚴重之剪力挫 屈，當牆開孔甚大時，則需注意鋼板剪力牆構架整體之撓曲強度是否會 高於剪力強度。
(c) 鋼構架與既存 RC 構架間之接合部位的強度需滿足需求。
(2)結構細節
(a) 斜撐鋼構架之各別鋼桿件的斷面選擇以不產生局部挫屈為原則。
(b) 鋼構架與既存 RC 構架間之接合部位不可有應力集中現象
(c) 接合部位的錨錠需使用化學螺栓或擴張螺栓，且兩者不宜混用；錨 錠螺栓之設置應均勻的配置於構架之梁及柱週圍，既存RC 構架之混凝
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土表面需打毛。
(d) 接合部位之錨錠螺栓設置需使應力能均勻傳遞，接合部位應採用加 壓之無收縮水泥砂漿填充，並以箍筋、螺旋筋為補強筋增加其圍束能力。
(e) 斜撐鋼構架之斜撐的斷面需大於 H150x150x7x10 (mm)。
(f) 鋼板剪力牆構架之鋼板厚度需大於 4.5 mm，橫向加勁材之間距需小 於100 cm。
h約15-25cm
e g
錨錠螺栓
(化學螺栓或膨脹螺栓)
剪力釘
填充水泥砂漿
e
P
t ds
補強筋
(螺箍筋或環箍筋) 既有RC構架
表面打毛
鋼構架 鋼構架
圖 3.20 鋼構架與既存 RC 構架之間接結合方式圖
(g) 錨錠螺栓之設置符合以下要求
(i) 錨錠螺栓之直徑不小於 1.6 cm，且錨錠螺栓之間距不大於 25 cm。
(ii) RC 構架之錨錠螺栓與鋼構架上接合螺栓的搭接長度 Lp 不小於灌漿 處寬度h′之1/2 (如圖3.20所示)。
(iii) 填充用之水泥砂漿的強度不小於 280 kg/cm2。
(iv) 接合部位之補強筋的鋼筋比ρs不小於0.4% (如圖 3.21所示)，補強 筋的鋼筋比依下式計算
s s s
d h
A
= ′
ρ (3.18a) 其中
As= ds間距內補強鋼筋之斷面積和
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h′= 接合灌漿部位之寬度 ds= 補強鋼筋之間距
既有RC結構
補強鋼構架
As為此兩鋼筋斷面積和
填充水泥砂 漿部份
圖3.21 接合灌漿部位示意圖
3.4.5 補強設計程序 (1) 設計原則
(a) 結構以鋼構架補強時其側向強度之計算，應考慮既存 RC 構架極限 強度、補強鋼構架極限強度及接合部位強度三項目後取可能之較小值為 整體之強度。
(b) 既存 RC 構架之柱的極限強度計算以原 RC 斷面為主，除特別考量 外，補強砂漿及鋼構材強度不計入RC 柱之強度。
(c) 補強鋼構架之極限強度計算，一般可假設所有受拉與受壓鋼構材之 強度同時達其極限強度情況下來計算。
(d) 採用鋼板剪力牆補強且補強機制為剪力降伏消能時，需採用適當之 加勁材來避免翼板之撓曲降伏及鋼板之剪力挫屈情況。
(e) 對於次要構架採用鋼構架補強時，鋼構架之抗撓曲降伏強度需小於 RC 構架柱軸向降伏時對應之強度。
(f) 連接補強構架之連接梁、正交梁及基礎之重量，由於構架旋轉效應，
其於計算強度時應考慮此效應。
(g) 接合部位之極限強度應妥加計算，由每一剪力螺栓(釘)貢獻之剪力 強度qsd依下式計算
s
sd A
q =0.64σmax (3.18b)
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As= 剪力螺栓之斷面積(cm2)
σmax= 剪力螺栓之抗拉強度(kg/cm2) (2) 補強設計步驟
(a) 斜撐構架
以下為斜撐構架之設計步驟
(i) 決定斜撐鋼構架承擔之側向力。
(ii) 決定鋼構架與協撐之尺寸與斷面積。
(iii) 決定錨錠螺栓位置與數量、大小，本手冊建議接合部位之剪力強度 不宜小於斜撐鋼構架之側向強度，即控制破壞發生於斜撐鋼構架。
(iv) 設計斜撐與鋼構架之接頭。
(b) 鋼板剪力牆
以下為鋼板剪力牆構架之設計步驟 (i) 先設計鋼板剪力牆構架四周之錨錠。
(ii) 決定鋼板剪力牆之開孔大小與位置。
(iii) 決定鋼板剪力牆構架承擔之側向力。
(iv) 於假設鋼板剪力牆開孔附近為剪力降伏情況下，決定其鋼板厚度。
(v) 設計翼板斷面使於剪力牆開孔附近不產生撓曲降伏、局部挫屈及側 向挫屈。
(vi) 設置加勁材來預防鋼板剪力牆之剪力挫屈。