平向鋼筋

40 80 120 160 200 240

Lateral Force (tf)

-163 -98 -33 33 98 163

Displacement (mm)

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Drift (%)

specimen 1 specimen 2 specimen 3 specimen 4 specimen 5 specimen 6

圖 3-7 配置對角向鋼筋、邊界構 材、牆體圍束鋼筋及密集配置水

平向鋼筋

圖 3-8 各試體遲滯包絡線

3. 非矩形斷面柱之耐震設計

低矮鋼筋混凝土建築一樓使用常須限制柱在沿街方向尺寸，一樓沿街方向容易 形成弱層。此研究提出使用L 形與 T 形斷面柱提升一樓沿街方向耐震性能。相較於 矩形柱，L 形與 T 形柱可將其大部分斷面積埋入牆面內，大幅降低對室內空間之影 響，兼具耐震性與使用性。試驗結果顯示，撓曲破壞控制的柱試體呈現具優良消能

之韌性行為，現行規範可保守計算一體澆置與補強之L 形與 T 形柱標稱抗彎強度及 剪力強度。此研究所提出側推分析方法，可以準確地預估撓曲控制與補強柱的初始 勁度、最大側力強度以及極限位移，對於剪力控制之柱而言，亦可良好捕捉柱之初 始勁度與最大側力強度。

4. 開高窗造成極短柱之補強設計

常見的廁所、樓梯間或地下室因開高窗而造成之極短柱行為研究仍相當欠缺，

此極短柱極可能因所受剪力超過其剪力強度而發生剪力破壞。此研究進行一系列反 覆載重試驗，試驗結果顯示，在構架邊柱增加磚翼牆或RC 翼牆，都能有效提高整 體構架的側向抗剪強度，提高的強度差異不大。值得注意的是增設磚翼牆的極限位 移是增設RC 翼牆的兩倍，因為增設 RC 翼牆使構架邊柱的勁度大幅提高，而非線 性變形能力下降。此研究建議以增加磚翼牆應為較佳的方案，因提高整體構架的側 向抗剪強度大致相同，卻有較佳的非線性變形能力，且增加磚翼牆的施工簡單快 速，費用較便宜。

(二) 建築結構創新技術之研究

1. 韌性抗彎構架隔開 RC 填充牆之耐震設計

國內建築常有隔間或隔戶的鋼筋混凝土填充牆，未連續至基底樓層，形成不利 耐震之軟弱底層結構，為了避免含牆構架形成軟弱底層，此研究提出一種新的隔離 縫工法，可將鋼筋混凝土填充牆與梁柱鋼骨或鋼筋混凝土結構隔開，藉由耐震韌性 抗彎矩鋼構架反復載重試驗來驗證隔離縫工法之可行性。此研究實驗及分析結果皆 顯示，堅硬的鋼筋混凝土填充牆，會侷限建築構架抵抗側力之韌性，於鋼筋混凝土 填充牆底部(或頂部)及兩邊設置隔離縫吸收部分層間變形角，即可大幅提升整體構 架之側向變形能力，避免含牆構架形成軟弱底層。本項研究成果，已透過研討會之 舉辦與國際論文期刊(SCI)發表，提供業界參考使用。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖 3-9 填充與非填充 RC 牆結構構架受測力之反應

圖 3-10 鋼骨構架具隔開與未隔開 RC 牆之損害測試比較

圖 3-11 鋼骨構架具隔開與未隔開 RC 牆之損害測試曲線

2. 施工簡易鋼管混凝土柱接頭

近年來都市建築有高層化趨勢，高層建築基底樓層之柱須承受較高的軸壓力，

適合使用鋼管混凝土柱，惟圓形鋼管混凝土柱因與H 型鋼梁在梁柱接頭交會區施工 不易，應用上受到限制。此研究以梁翼板貫入梁柱接頭方式研擬簡單可行之接合型 式。實驗結果顯示研擬之接合方式安全、經濟且便利可行，以現行規範計算此種接 頭之剪力強度，結果保守安全，此研究對梁寬提出上下限之建議，以確保接頭灌漿 施工性與剪力傳遞有效性、對外柱提出梁翼板貫入接頭端加銲加勁版之設計建議，

更提出規範改善建議，並以軟化壓桿模型提出一套可準確計算接頭混凝土剪力強度 之模型，供後續研究或規範修改之參考。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖 3-12 試驗裝置照片

(三) 工程設計與施工實務問題之研究

1. 施工容易及高耐震性能 RC 柱之組合繫筋

國內以鋼筋混凝土(RC)做為建築結構材料的情形相當普遍，RC 柱的箍、繫筋 在圍束核心混凝土及柱撓曲韌性發展上扮演重要的角色。在工程實務上，尤其是高 樓結構，由於柱主筋較多，傳統繫筋的施工時常遇到困難，降低了施工的品質。本 所積極構思研發組合繫筋，來降低繫筋施工的困難度。組合繫筋是由二支一端為180 度彎鉤另一端為直線的J 形鋼筋搭接組合而成。材料實驗中心利用大型力學設備，

完成一系列完整的實驗研究，研究成果證實使用組合繫筋可增進RC 柱的韌性，施 工簡便且施工品質容易控制，可以大幅提升鋼筋施工品質。

圖 3-13 組合繫筋示意圖 圖 3-14 大型鋼筋混凝土方柱試體

承受軸向載重時之情形

2. 耦合剪力牆系統之耐震設計

鋼筋混凝土耦合剪力牆是一種有效的耐震系統，但常常因為使用空間尺寸的限 制，剪力牆間的連接梁行為，會受到剪力控制，要維持良好的耐震機制，規範要求 當深短連接梁承受剪應力過大時，要設計對角線鋼筋，這樣的配筋在實務設計上非 常困難，進而降低施工品質。

本研究主要探討使用低降伏鋼連接梁之可行性，總共測試兩組試體，一組試體 使用對角線鋼筋之鋼筋混凝土連接梁，一組試體使用低降伏鋼連接梁，測試結果證 實使用低降伏鋼連接梁，在達到耐震要求上，具有很大的潛力，而耦合剪力牆設計 須考量整體系統的傳力機制，若使用傳統設計方式，去滿足個別桿件的強度需求，

可能會造成不預期的破壞模式。

圖 3-15 使用低降伏鋼連接梁試 體測試後照片

圖 3-16 使用鋼筋混凝土連接梁 試體測試後照片

(四) 中高樓層耐震性能提升之研究 1. 既有非韌性配筋柱補強設計

國內有許多屋齡超過20 年、樓高 7 樓以上、未滿 50 公尺之老舊鋼筋混凝土結 構大樓，一般僅採非韌性配筋，可能有橫向鋼筋配置不足，造成混凝土圍束效果不 佳、剪力強度較低之問題，但是這類大樓在低樓層之柱所受軸力通常較高，抵抗地

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

(1) 擴柱補強設計：此研究研擬適用中高樓層 RC 建築柱之 RC 擴柱補強 方法，並設計補強試體，設計經驗顯示，大樓擴柱補強之設計，若擴 柱後柱之設計軸力不超過0.3

f 

_c

A

_g，則可按現行規範設計，否則建議 採用新版規範草案設計其橫向鋼筋。此研究提出於斷面角隅間進行繫 筋植筋，繫筋所勾繞的主筋採與角隅補強主筋同號數，惟不連續進上 下樓層，僅停留於該樓層之補強部分內，施工過程顯示所提補強細節 無執行上之困難。反覆載重試驗結果顯示，所提出補強細節可有效提 升柱耐震韌性。

圖 3-17 所提出補強細節之設計圖 圖 3-18 破壞情形

(2) 包覆鋼板補強設計：此研究進行高軸力作用下之鋼筋混凝土柱試體撓 曲行為試驗，包含1 座非韌性配筋設計試體，及 2 座鋼板補強試體(不 配置化學錨栓)。實驗結果發現包覆鋼板補強確實可有效提升 RC 柱之 撓曲韌性。

2. CFB 柱系統耐震性能提升之研究

近年來使用填充混凝土箱型鋼柱(concrete-filled box column，簡稱 CFB 柱)之建 案比例日益增加，常使用在中高樓層及高樓建築中，樓層數越高，所採用之混凝土 強度也越高。國內規範對CFB 柱僅規定寬厚比限制。

(1) 不同軸力作用下 CFB 柱撓曲韌性行為

許多文獻顯示軸力大小會影響構件耐震性能，然而國內規範對CFB 柱之規定 並未反映此影響因素。此研究完成10 支填充型箱型鋼柱之反覆載重撓曲試驗，皆 承受介於0~50%軸向標稱強度之軸力。根據試驗結果，建議在軸力比介於 25~31%

時，寬厚比上限修正為32，而在軸力比大於 31%時，需要更多研究來確認寬厚比上 限。

圖 3-19 含軸力之撓曲行為試驗裝置

(2) CFB 柱中混凝土圍束之機制

CFB 柱內混凝土之圍束效果會影響構件耐震性能，此研究利用 CFB 短柱軸壓 試驗結果，搭配有線元素分析軟體進行試驗過程中試體受壓行為之模擬。經由與試 驗結果相比對確認分析模型具有良好之準確性，並探討填充型箱型柱中混凝土圍束 的機制。成果已發表SCI 論文，除介紹 CFB 柱內混凝土圍束機制外，也提醒研究 人員避免對於混凝土行為模擬的常見錯誤方法。此外，目前鋼結構設計規範修正草 案也納入此研究對於混凝土圍束機制的介紹。

第三章 實驗中心歷年營運績效評估

圖 3-20 水平拱效應示意圖 圖 3-21 垂直拱效應示意圖

(3) 低軸力作用下 CFB 柱撓曲韌性行為

根據試驗結果，符合規範規定的情況下，方形斷面CFB 柱構件具有足夠之耐 震韌性。而矩形斷面CFB 柱構件，則需要長邊寬度與短邊寬度之比值(簡稱長寬比) 小於1.39，始具有足夠之耐震韌性。

(五) 混凝土與鋼材表面被覆材及塗裝系統耐久性能研究

台灣四面環海，許多沿海鋼筋混凝土或鋼構建築物飽受鹽害影響，隨使用時間 增長而其結構安全性與使用性逐年下降。然而，表面被覆材之設計並無法與建築物 所處環境之腐蝕潛勢進行連結，因此客觀之合理性評估或設計方法非常缺乏。其主 要原因為國內並無混凝土或鋼材之表面被覆材耐久性能評估準則，且多數研究採加 速耐候實驗以了解表面被覆材之性能，然而若無法將其性能以實際現地環境表示 時，則無法應用於建築之維護管理或設計。因此，如何建構混凝土或鋼材之表面被 覆材耐久性能量化方法，並考慮環境劣化因子以進行符合使用性能需求之最適設計 等，已成為台灣永續建築之一大課題。

材料實驗中心以鋼材與混凝土表面被覆材為標的，規劃材料試驗中心進行加速 耐候實驗與現地曝曬實驗之試驗標的與量測項目，藉由水泥砂漿及鋼材為基材之具 表面被覆材試體，進行加速耐候實驗，以探討常用表面被覆材之耐候或防蝕性能曲

線，並做為未來與現地曝曬實驗之比對。

圖 3-22 鋼材試片 圖 3-23 水泥砂漿試片

圖 3-24 試驗後色差計量測 圖 3-25 試驗後光澤計量測

第二節 完成戶外曝曬實驗場與記錄站之建置

本所已於材料實驗中心場地完成曝曬實驗場之建置。本所場地不同於其他曝 曬場，位於北部都會區，為人口集中之區域，所得之實驗資料，可反應實際環境 情況。未來擬充分規劃利用本所曝曬實驗場，建立建築常用材料（如碳鋼、鋁、混

本所已於材料實驗中心場地完成曝曬實驗場之建置。本所場地不同於其他曝 曬場，位於北部都會區，為人口集中之區域，所得之實驗資料，可反應實際環境 情況。未來擬充分規劃利用本所曝曬實驗場，建立建築常用材料（如碳鋼、鋁、混

在文檔中 材料實驗中心實驗設備發展精進策略之研究 (頁 35-49)