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SRC 構造之設計方法

混凝土摻料之使用,應以能達到混凝土性能要求且對其他混凝土性質無妨害為 原則。加入混凝土之摻料,應以符合 CNS 規範之混凝土用摻料為限。各種摻料於使 用前應有可靠資料以作為配比設計之依據,必要時應進行試驗測試其性能。施工所 用之摻料應與選用配比設計時所使用之摻料相同。摻料之性能與使用時之溫度相 關,因此應注意使用季節之氣溫,做相同溫度下之性能試驗。

另一方面,為防止材料腐蝕,混凝土中之最大氯離子含量不得大於 CNS 12891 [混凝土配比設計準則] 與 CNS 3090 [預拌混凝土] 中之規定,其值如表 2 所示。混 凝土氯離子含量之控制應注意所使用的水、膠結材料、粒料及摻料等各方面是否符 合要求。有關氯離子含量之試驗方法可參照 CNS 13407 [細粒料中水溶性氯離子含 量試驗法] 及 CNS 13465 [新拌混凝土水溶性氯離子含量試驗法] 處理。

3.5 輻射量之檢驗

為防止遭受輻射污染,SRC 構造中所使用的鋼材及鋼筋應不超過行政院原子能 委員會所訂最低輻射量之標準。建築物中鋼鐵材料輻射量之檢驗應按原子能委原會 所頒佈「輻射污染鋼鐵材鑑定暫行規範」之規定辦理,其主要內容如下:

(1) 鑑定輻射污染鋼鐵材應使用可度量伽馬劑量率之輻射偵測儀器並應按規定接受 合格校驗單位定期校正。

(2) 鑑定輻射污染鋼鐵材之標準規定如下:

(a)以鋼鐵材表面之伽馬劑量率超過 0.5 微西弗/小時(即 0.5 Sv/h)或 50 微侖目/

小時(即 50 rem/h)為鑑定標準(包括背景輻射)。

(b)以污染偵測儀器計測率超過背景輻射之五倍值為鑑定標準。

(3) 偵測方法以可近表面偵測為原則,偵測人員應接受原子能委員會認可之訓練。

第四章 SRC 構造之設計方法

4.1 極限強度設計法

依據極限強度設計法之設計邏輯,SRC 構材及接合之「設計強度」必須大於或 等於由因數化載重組合所計得之設計載重效應(又稱為「需要強度」),即

Rn  iQi (1)

第四章 SRC 構造之設計方法

其中:

Rn = 設計強度

iQi = 設計載重效應(需要強度)

 = 強度折減係數 Rn = 標稱強度

i = 載重放大係數

Qi = 載重效應,指組合載重所引致之軸力、剪力、彎矩或扭力等

建築物從設計、施工至使用過程中有許多之不確定因素,例如﹕結構分析之假 設與載重預估之不準確性、材料強度及施工之變異性等。早期的設計理念主要是單 方面以折減材料強度作為安全係數,稱為容許應力設計法。後來的設計法傾向以可 靠度分析為基礎之極限強度設計法。此法以機率模式將材料強度與載重變異性當作 決定強度折減係數 與載重放大係數 的依據,使結構設計的安全性更趨合理。

此法的基本要求是使結構物的設計強度 ( Design Strength, 即 Rn ) 大於或至少等 於其需要之強度 ( Required Strength, 即 iQi)。

4.2 載重係數與載重組合

在載重係數與載重組合方面,由於國內缺乏此方面較深入詳細之調查資料,而 美國方面曾進行大規模之研究調查 ,故 我國 SRC規範乃建議採用1998年ASCE (American Society of Civil Engineers)所發佈的ASCE-7-98 “Minimum Design Loadsfor Buildingsand OtherStructures” 作為載重係數與載重組合之主要依據,待將來國內有 新的本土研究成果時,再依其建議修正之。

依據我國 SRC 規範,SRC 構造所需提供之強度須依因數化載重組合後之臨界狀 況決定之。臨界狀況之決定須檢核下列之載重組合:

(1) 1.4(D + F) (2)

(2) 1.2(D + F + T) + 1.6(L + H) + 0.5(Lr或 S 或 R) (3) (3) 1.2D + 1.6(Lr或 S 或 R) + (1.0L 或 0.8W) (4) (4) 1.2D + 1.0L + 1.6W + 0.5(Lr或 S 或 R) (5) (5) 1.2D + 1.0E + 1.0L + 0.2S (6) (6) 0.9D + 1.6W+ 1.6H (7) (7) 0.9D + 1.0E + 1.6H (8)

第四章 SRC 構造之設計方法

其中:

D = 靜載重 L = 活載重 W = 風力

E = 地震力,依內政部所定「建築物耐震設計規範及解說」之規定,其中 之起始地震力降伏放大係數αy 之值取為 1.0。

R = 雨載重 Lr= 屋頂活載重 S = 雪載重

F = 液體力,因液體之重量與壓力所造成之載重

T = 溫度、潛變、乾縮與不均勻沉陷等力所造成之效應 H = 土壤力,因土壤、土壤中水的重量與壓力所造成之載重

例外﹕公式(4)、(5)與(6)中,若結構物之用途非為車庫、公眾集會場所或活載重大 於 0.5 t/m2時,L 之載重係數可取為 0.5。

4.3 載重係數與強度折減係數之配合

基本上,我國 SRC 規範所採用的 ASCE-7-98 載重係數與載重組合與內政部所定

「鋼結構極限設計法規範」(1998)中的內容相近。不過,此一規定與國內工程師熟悉 的 1999 年版或更早的 ACI-318 鋼筋混凝土設計規範所採用的載重係數有明顯差 異。例如,對於靜載重與活載重組合所採用之載重係數大小,鋼結構極限設計法規 範中採用 1.2D 與 1.6L,但是 ACI-318-99 規範則採用 1.4D 與 1.7L,亦即這兩種規 範所採用的載重係數並不一致。

不過,由於 ASCE-7-98 的載重係數與載重組合方式逐漸獲得認同,因此 2002 年出版的 ACI-318 規範已經在第九章中採用 ASCE-7-98 的載重係數與組合,亦即由 舊版的「1.4D 與 1.7L」改為新版的「1.2D 與 1.6L」。此外,新版的 ACI-318-02 規 範為維持其與舊版規範對 RC 構造設計結果安全度的一致性,在調整載重係數( ) 之後亦「同時調整」其所應該相對採用的強度折減係數()。

有鑒於 ACI-318-02 規範對於載重係數與強度折減係數所作之配合,如表 3 所 示,我國新公佈的 SRC 設計規範對於 SRC 構造中的 RC 部份所採用的強度折減係

第四章 SRC 構造之設計方法

數()已採用新版 ACI-318-02 規範第九章中之規定,而不再沿用舊版 ACI-318-99 規 範的規定。

換言之,在 2002 年版的 ACI-318 規範之前,由於國內 RC 構造與鋼構造設計規 範所採用的載重放大係數並不相同,因而造成 SRC 構造設計時的一些困擾;但是在 2002 年之後,ACI-318-02 規範與 AISC-LRFD-99 規範已經一致採用 ASCE-7-98 的載 重標準,因此目前國內 S、RC 與 SRC 這三種規範在載重係數與組合方面已經一致,

而不再有先前的困擾。

另一方面,如 4.1 節所述,在極限強度設計法中,結構物的安全度主要受到載 重放大係數()與構材強度折減係數( )兩者之影響。一般而言,對於不確定程度愈 高之載重,其放大係數( ) 愈大,例如公式(3)中活載重之放大係數為 1.6,靜載重 則為 1.2。對於力學行為愈複雜之構材,其強度折減係數()愈小,例如柱之力學行 為比梁要複雜許多,故其強度折減係數()就比較小。如果我們將載重放大係數( ) 除以構材強度折減係數(),可以得到一個大致上介於 1.5 至 3.0 的安全因子,此一 安全因子類似於容許應力設計法中的安全係數(Factor of Safety)。

4.4 使用性(Serviceability)之考量

進行結構設計時,不僅要考慮強度極限狀態 (Strength Limit State) 之因素(如 降伏、斷裂、挫屈、傾倒、疲勞等),亦應考量到使用性極限狀態 (Serviceability Limit State) 之影響。使用性是指在正常使用下,建築物之功能、外觀、耐久性、可維修 性及居住者的舒適感等都保持合乎使用要求之一種狀態。

為維持正常使用性,設計者應依該建築物所欲發揮之功能,適當限制其結構行 為之極限值。因此諸如過大的撓度變形、側向位移或振動等現象均應予避免,以免 影響建築物的正常運作。雖然功能不正常未必會造成結構之崩塌,但可能導致昂貴 的修復費用及居住者之不舒適等。

限制 SRC 構材在使用載重下之撓度或側向位移,主要是為確保不致發生使用性 之失敗。側向位移過大可能會導致建築外覆層之分離及水密性的喪失,造成功能性 的破壞及使用者之不適;此外,過大的側向位移可能導致結構物與相鄰結構之碰撞,

故應加以限制。由地震造成建築物每一樓層之層間相對側位移除以層高,稱為層間 相對側位移角,其值應符合內政部所定之「建築物耐震設計規範及解說」之規定。