第三章 構材補強
第一節 擴柱補強 一、 一般原則
本節內容為柱構材採用擴柱補強(包覆 RC)來增加柱之韌性、側向承載能力或軸向 承載能力，達到提昇建築耐震性能之目的。當鋼筋混凝土柱斷面之強度不足，而欲 提升其軸力及彎矩強度時，可採用RC 包覆補強的方式，以擴大柱斷面積來達到補 強作用。此方法係將擴大柱斷面的主筋貫穿上下樓層，且於柱頂與柱底之間不留間 隙，如此將使得力量傳遞不被間斷，以提高補強後構件抵抗彎矩與軸力之能力，同 時因加大柱斷面時均會加設箍筋，故亦能提供圍束作用及剪力強度。
不管在進行結構系統補強或構件補強，在補強後由於勁度的改變，建築物的重量 與傳力行為亦有所變化，因此皆需進一步檢核基礎之承載力是否足夠，如果有不足 的情況，則需針對各補強方案進行基礎補強規劃，詳細基礎補強細節需搭配不同補 強型式進行探討。
因為不同補強目標下所對應之施作方法與細節並不相同，所以補強設計時須先定 義補強目標及採用之適當施作方法與細節。
二、 規劃
擴柱補強工法係增加結構構件面積之補強方式，可提高補強構件的承載能力與構 件剛度，改善其耐震性能，該方法可增加柱剪力強度，同時又可提升撓曲強度、軸 向強度，因而對韌性亦有補強，係屬強度及韌性同時補強的工法。雖然擴柱補強可 同時提升強度及韌性，但是進行設計時，可單純以提升強度為考量，視提升韌性為 額外貢獻。
柱構材補強須根據既有結構耐震評估所得之破壞模式來判斷，若某些柱構材之 破壞將會明顯降低整體建築物之耐震性能，則須針對該柱進行適當之補強。但若柱 補強後會造成破壞機制由柱破壞轉為梁破壞時，則應加以注意是否會造成短梁現象 及梁之強度與韌性是否與補強柱能相匹配。
以下所列為建築物可利用擴柱補強來有效提昇其耐震性能的情形(中華民國地震 工程學會，2015)。
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
(1) 柱之破壞模式為剪力破壞模式，且該柱之破壞將明顯降低建築物之耐震性能。
(2) 建築物具有勁度與強度相對較強之構架，且僅具有少量牆体與剪力破壞模式之 柱構材。
(3) 該建築物具有軟弱層，且該軟弱層不宜增設新的構架、構材。
(4) 補強方向需求：雙向均需提高建築物耐震強度。
(5) 材料特性需求：柱混凝土品質不佳(抗壓強度低於 120kgf/cm²、高氯離子或混凝 土品質差，參見照片3.1)，不適合植筋工法時適合採用。
(6) 構材特性：柱上下錯位，斷面太小或柱內埋設落水管等不適合植筋工法時適合 採用。
使用特性
擴柱補強工法相對於翼牆及剪力牆工法之特性為：
(1) 對採光、通風影響較小。
(2) 補強後具凸出面、對通行空間及視覺壓力造成影響。
照片3.1 混凝土品質差，植筋工法不適合
【資料來源：本研究製作】
三、 設計程序
RC 包覆補強來達到提昇柱之撓曲強度與韌性時，其撓曲強度建議先依
第三章 構材補強
照(3.1a)式簡單計算並取側推分析之塑性轉角值為 0.02(七層以下建物)及 0.015(八層 以上)，於側推分析評估程式中以此簡易塑鉸性質先行初步分析評估所需之擴柱數 量，後再使用國震TEASPA、SERCB 或 FEMA 建議方式詳細計算確認，如此可省 略許多試算時煩瑣之重覆輸入工作。
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
圖3.1 擴柱立面詳圖、斷面詳圖、施工步驟說明 【資料來源：本研究製作】
圖3.2 擴柱主筋續接範圍 圖 3.3 擴柱柱頂處理
第三章 構材補強
5. 若屋頂防水層不易處理，補強柱頂可採不貫穿屋頂層樓版處理，但柱頂分析塑 鉸參數須配合修正為原有柱斷面條件。
6. 若採貫穿樓版設計，則需使柱主筋具足夠錨定長度。
7. 擴柱工法頂部混凝土澆置後，劣質混凝土應打除，並以無收縮水泥砂漿或樹脂 砂漿填補(見圖3.3)。
8. 擴柱工法柱主筋頂部及混凝土澆築頂面亦可設置於梁底，版下空隙可採裝修方 式自行設計，惟應注意避免裝修材墜落。
斷面詳圖
1. 每一個案柱、梁、牆相對關係均可能不同，設計者應依現場實際相對關係繪製 柱、梁、牆相對關係立面詳圖，梁、柱接頭鋼筋細節及窗台牆面位置之影響方 能清楚表達。
2. 原有柱每側擴大15-20 cm乃僅供參考，設計者應考慮設計應力需求、鋼筋施工 條件、通道寬度等條件綜合評估後決定。
3. 擴柱部分柱四角落之垂直直通主筋為分析輸入主筋，柱面配置垂直向防裂筋因 非設計應力需求，遇梁可以標準彎鉤錨定，建議配置#4@15~20 cm。
4. 斷面詳圖三種方案主要差異為繫筋形式之不同。
5. 柱外箍筋由兩L型箍筋組成，L型箍筋末端均為135度彎鉤，綁紮時箍筋彎鉤應 交錯配置。
6. 斷面詳圖方案一之角隅繫筋兩端均可為90度彎鉤；斷面詳圖方案二及方案三之柱 內繫筋一端為90度彎鉤，另一端為135度彎鉤，綁紮時彎鉤於平面及立面應交錯 配置。
7. 擴柱補強處原有柱面保護層或面層飾材須敲除打毛，以利新舊混凝土界面應力 傳遞，若界面剪應力強度不足時再考慮界面植筋。
8. 本圖所提三方案(參見圖3.4)僅供參考，實際配筋應由設計者視需求決定。
9. 接觸雨水面窗台外牆應考量防水設計。
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
圖3.4 擴柱斷面詳圖
【資料來源：本研究製作】
第三章 構材補強
直接基礎詳圖
1. 新設補強基礎可直接置放於原有基礎上方，參見圖3.5a。
2. 補強柱主筋應向下錨定於新設補強基礎內。
3. 原基礎小於新設補強基腳尺寸時，以與補強基腳同強度之混凝土填充整平至新 設補強基礎底面。
4. 新設補強基礎配筋應依個案特性分析設計。
5. 擴柱新設補強基礎若無設計應力需求，頂層鋼筋無需過度配筋，可採溫度筋配 置。
6. 原有柱邊新設基礎主筋無法直通，應於原有柱兩側底層增設補強筋(基礎頂部視 設計需要配置)。
7. 基礎開挖後之回填材料及地坪作法，設計者應依個案特性繪製相關圖說。
圖3.5a 直接基礎基礎詳圖
【資料來源：本研究製作】
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
有地下室(非外牆處)基礎詳圖
1. 振動基面位於 1FL 樓版面時，且 1FL 橫隔版可以將地震力傳遞至四周外牆情況 下，地下室柱底柱筋可無須錨定，分析塑鉸參數須配合修正為原有柱斷面條件，否 則需使柱主筋具足夠錨定。設計者應依實際條件研判設計。
2. 典型一字型校舍若長向長度過大，1FL 橫隔版可能無法將地面以上地震力傳遞 至四周外牆，設計者應考慮分析基面之適當性，並考慮增設RC 牆體傳遞 1FL 橫隔 版地震力或採降低一層樓層之分析模式，地下室柱底柱筋是否需要錨定應視實際行 為決定。
3. 立面與斷面詳圖與地面上立面與斷面詳圖相同，參見圖3.5b。
圖3.5b 有地下室(非外牆處)基礎詳圖
【資料來源：本研究製作】
第三章 構材補強
五、施工步驟說明與施工照片(照片 3.2-3.4) 1.擴柱位置周邊管路及設施先行遷移。
2.擴柱及基礎放樣。
3.原有柱保護層敲除&粉刷層敲除至 6mm 粗糙度。
4.擴柱範圍之樓版及基礎範圍之地坪敲除。
5.以人工&機械進行基礎土方開挖，至原有基礎頂面深度。
6.基礎繫梁保護層敲除，原有柱保護層敲除及&粉刷層敲除至 6mm 粗糙度。
7.敲除時不可損傷鋼筋，敲除完後以高壓空氣清理粉塵及鬆散混凝土塊，如有夾雜 木塊亦應予清除。
8.柱敲除面如有大於 0.3mm 之裂縫，須以環氧樹脂灌注；柱面如有較大之缺損，
須以環氧樹脂砂漿填補。
9.擴柱箍筋進行植筋可行性評估。
10.基礎繫、梁原有柱及基礎面以高壓水柱清洗表面污泥。
11.基礎鋼筋綁紮、擴柱鋼筋預埋及水電管路配置。
12.基礎混凝土澆置及試體取樣。
13.底層原有柱及周邊構材面以高壓水柱清洗。
14.底層擴柱鋼筋綁紮(含續接器扭力測試)及梁柱接頭區植筋。
15.水電管路配置及模版組立（上方預留開孔或喇叭口以利灌漿，下方預留清潔孔 以利混凝土澆置前清洗底面）。
16.底層擴柱混凝土澆置及試體取樣（混凝土澆置前潤濕原結構體表面，澆置時需 以模外振動器配合施工；澆置完成後清除頂面混凝土殘渣，喇叭口附近混凝土敲 除，以無收縮水泥砂漿填實空隙）。
17.依序重複 13~16 步驟至頂層擴柱完成。
18.補強範圍。柱牆面飾材依設計圖施作。
19.若有移除或改道之管線或設施，需復原並恢復原有功能。
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
窗台地坪敲除 保護層敲除
基礎開挖 基礎鋼筋綁紮
樓版敲除 梁保護層敲除
鋼筋加工 鋼筋加工（梁柱接頭區）
照片 3.2 【資料來源：本研究製作】
第三章 構材補強
混凝土澆置 箍筋&繫筋綁紮
梁柱接頭箍筋植筋 擴柱封模側撐
混凝土澆置 拆模後混凝土面
窗台復原 窗框嵌縫
照片 3.3 【資料來源：本研究製作】
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
磨石子地磚復原 擴柱飾材
續接器扭力測試 可行性評估試驗
照片 3.4 【資料來源：本研究製作】