第四章 結構系統補強
第二節 鋼造斜撐或鋼板剪力牆 一、一般原則
當結構系統的整體側向抗剪強度或側向勁度不足時，可考慮本補強方法進行補 強，以提升結構系統之強度、韌性。但在設計時需考量其梁柱接頭是否尚有足夠之 強度，且是否有適當之位置或空間配置鋼斜撐構架。此工法主要是藉著新設置之構 材承擔系統額外之側向力，以提高結構系統橫向之抗剪能力，並增加側向勁度。適
鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
當的設計，不影響原有內部空間動線、採光及通風之機能。鋼斜撐之勁度較剪力牆 低，因此其對基礎產生之傾倒力矩較小，對基礎上舉、下壓力之檢核較容易設計。
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 隙以無收縮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 4.8 增設鋼構材補強示意圖
【資料來源：本研究製作】
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 4.8-4.9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，直接式為指藉由錨錠螺栓、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，
本報告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。
第四章 結構系統補強
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 4.9 常見之鋼構架型式示意圖
【資料來源：本研究製作】
二、規劃
一般鋼框斜撐構架依其附掛方式又可分成兩種型式，一種為外附式之鋼框斜撐構 架，此種型式之鋼框架係直接附掛於既有結構物外圍梁、柱結構之外側上，所以對 於既有結構之空間與動線響影不大，且施工快速亦不影響內部空間之運作，非常適 用於醫院、學校或百貨公司等建築物；另一種型式為內嵌式鋼框斜撐構架，此構架 是直接內嵌於既有梁、柱構架之內側，相對於外附式鋼框構架，其與原結構之結合 界面比較容易處理，但由於鋼框構架內嵌於原結構梁、柱構架中，會對原結構物的 空間與動線造成影響，因此在配置上會有較多的限制。
在考量施工性之情況下，於既存 RC 結構之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。
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第四章 結構系統補強
(c) 補強鋼構之極限強度計算，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。
補強設計步驟
(a) 斜撐構架設計步驟
(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，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。
(2) 斜撐有效強度
對於採用構架式鋼斜撐補強，斜撐構材於補強設計分析時之標稱壓力強度 Pn 與拉力強度 Tn依下式計算
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表 4.2-2 補強鋼構架之塑性轉角容量
破壞形式 塑性轉角容量u
梁柱之撓剪破壞 梁柱之剪力破壞
依附錄 B 計算其塑性轉角 摩擦剪力破壞
偶板破壞
u
=
0.5% rad.RC 構架整體之撓曲破壞(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 鋼斜撐之破壞 依圖 4.10 與表 4.2-3 取值模擬
極短柱之剪力破壞 補強鋼構架之 Ra值=1.5 連結地梁破壞 土壤承載力控制:u=1.5% rad.
地梁剪力或撓曲破壞:依附錄 B 計算塑性轉角
【資料來源：本研究製作】
圖 4.10 鋼造構材之載重-變形曲線示意圖
【資料來源：本研究製作】
四、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
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19@150
2-16@150 H200x200x8x12
H200x200x12x16
SYM.
抗挫屈型鋼 水泥砂漿
圖 4.11 鋼斜撐及鋼構與 RC 構架接合配置示意圖。
【資料來源：本研究製作】
(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、膨脹螺栓或植筋，且不宜混用；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 構架之混凝土表面需打毛至粗糙 度大於 6mm。
(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。
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(g) 錨錠螺栓之設置符合以下要求(圖 4.13)
(i) 錨錠螺栓之直徑不小於 16mm，且錨錠螺栓之間距不大於 25 cm。
為了使錨栓應力分散，原則上於鋼筋混凝土梁、柱全範圍配置，且在設計時須檢 核錨栓之拉力強度。但經由實驗可發現，在具有鋼框架且全範圍配置錨栓的情況 下，錨栓主要受剪斷力作用。在具有鋼框架情況下，未有使用金屬型錨栓之實例，
若使用接著型錨栓，對於錨栓尺寸、配置及長度，有以下規定：
(a) 接著型錨栓使用尺寸同樣為 D16 以上。
(b) 錨栓配置間距須 250 mm以下。
(c) 錨栓於混凝土打毛後表面算起，在砂漿中之伸展長度n應確保在 6da以上 (da：錨栓直徑)，且錨栓端部應搭配螺帽；對於錨栓之有效埋深 則確保 7da以 上。
(ii) 鋼框架與既有鋼筋混凝土構架打毛後之間距h建議為 150~250 mm 之間，以 保持良好施工性，並在其間灌入無收縮砂漿。而對於配置於鋼框架上之剪力釘間 距限制可參考圖 4.13，圖中 e1表斷面配置中剪力釘中心與鋼框架外側之邊距，e2
則為長向配置中，第一根剪力釘中心與鋼框架之邊距，g 為剪力釘斷面配置中之 雙跟剪力釘中心距，並有以下限制：
1 60
e mm；60mme2 30mm；g60mm 此外，鋼框架與剪力釘相連之板厚 t 須滿足：
s 4
td 以確保剪力釘和鋼板有良好接合，而式中 ds 表剪力釘軸部之直徑。
(iii) 設計時應皆採用16或19之剪力釘。若須採用其他規格或尺寸之剪力釘，
則須再透過實驗確認其性能及強度。對於剪力釘之配置及長度，有以下規定：
(a) 間距限制和錨栓相同，須 250 mm 以下，而在設計時，將剪力釘與錨栓配 置相同間距為佳。
(b) 對於剪力釘之長度s，由鋼框架表面算起至剪力釘頭部下端，應確保 6da
以上，同樣與錨栓規定相同。
(c) 剪力釘尺寸若採用16，建議為雙排配置；若採用19，則可雙排或單排 配置。
(iv) 剪力釘與錨栓搭疊長度及間隔: 對於剪力釘與錨栓在砂漿中搭疊長度 L，
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則有以下限制：
n s
L h, Lmax(n 2 ,s 2)
而一般將剪力釘與錨栓長度設計相同，即 sn，而補強接合部深度h一般採用 150~250 mm。
(v) 鋼框架與既有鋼筋混凝土構架之間隙，原則上灌入無收縮水泥砂漿，以防止 既有與鋼筋混凝土梁有間隙產生，並確保補強接合部剪力強度。為了確保灌入之 砂漿能使鋼架與既有構架緊密接合及施工更加容易，期望能確保以下性質：
(a) 砂漿之壓縮強度需要高(建議 300 kgf/cm2以上)。
(b) 既有混凝土表面及鋼框架表面接著力良好。
(c) 可具有膨脹性，且硬化後體積不可變化(無收縮)。
(d) 流動性良好、施工性良好。
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 4.14 接合灌漿部位示意圖
【資料來源：本研究製作】
(vi) 對於補強接合部之箍筋型式，有螺旋箍筋、閉合箍筋、階梯式箍筋等型式。
其中螺旋箍筋及閉合箍筋具有較高之應力且對於砂漿之圍束效果較佳，並可幫助
其中螺旋箍筋及閉合箍筋具有較高之應力且對於砂漿之圍束效果較佳，並可幫助