鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂
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(2) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC) 設計規範之檢討修訂. 受 委 託 者：國立交通大學 研究主持人：王榮進 協同主持人：翁正強 研. 究. 員：陳誠直、陶其駿、施祖涵. 研 究 助 理：王琳、林意晴. 內政部建築研究所研究報告 中華民國 97 年 12 月 31 日.
(3) ARCHITECTRUE AND BUILDIG RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR. A Study on Revision of the Taiwan SRC Building Code. By. R. J. Wang and C. C. Weng C. C. Chen, C. C. Tao and C. H. Shih L. Wang and Y. C. Lin. December 31, 2008.
(4) 鋼骨鋼筋混凝土構造. 設計規範之檢討修訂 (SRC). 內政部建築研究所研究報告. 年度. 97.
(5) 目次. 目. 次. 目. 次 .............................................................................................. I. 表. 次 ........................................................................................... IV. 圖. 次 .............................................................................................V. 照片目次 ...................................................................................... VII 摘. 要 ........................................................................................... IX. 第一章 緒論 ................................................................................... 1 1.1 前言.................................................................................... 1 1.2 研究背景與目的 ................................................................. 3 1.3 研究方法及過程 ................................................................. 4 1.4 研究內容 ............................................................................ 6 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討 ................................. 9 2.1 前言.................................................................................... 9 2.2 我國 SRC 設計規範相關規定 ............................................ 9 2.3 SRC 構造「韌性容量 R 值」之檢討.................................11 2.4 國內相關之研究成果 ....................................................... 13 2.5 建議修訂之規範條文與解說 ............................................ 19 第三章 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之檢討 ................ 25 3.1 前言.................................................................................. 25 3.2 我國 SRC 設計規範相關規定 .......................................... 25 3.3 國內相關之研究成果 ....................................................... 27 3.4 日本相關之研究成果 ....................................................... 30 3.5 日本 AIJ-SRC 規範相關規定 ........................................... 33 3.6 建議修訂之規範條文與解說 ............................................ 34 第四章 SRC 柱「圍束箍筋」需求量之探討 ............................... 37 I.
(6) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 4.1 前言.................................................................................. 37 4.2. SRC 柱圍束箍筋需求量相關文獻回顧 .......................... 37. 4.3. SRC 柱之圍束箍筋設計方法 ......................................... 41 4.3.1 AISC Seismic Provisions (2002)....................................... 42 4.3.2 AISC Seismic Provisions (2005)....................................... 43 4.3.3 Taiwan SRC Code (2004).................................................. 44 4.3.4 Strength Reduction Approach ........................................... 46 4.3.5 Area Reduction Approach ................................................. 50. 4.4 設計方法之觀察與比較 ................................................... 51 4.4.1 混凝土強度與主筋用量之影響...................................... 51 4.4.2 鋼骨斷面尺寸之影響...................................................... 55 4.4.3 SRC 柱之全斷面尺寸影響 ............................................ 58 4.4.4 SRC 柱之長度影響 ........................................................ 63 4.5 建議修訂之規範條文與解說 ............................................ 67 第五章 其它建議新增或修訂之條文與解說 ................................ 73 5.1 前言.................................................................................. 73 5.2 SRC「特殊同心斜撐構架系統」 ...................................... 73 5.2.1 動機與目的 ...................................................................... 73 5.2.2 建議修訂之規範條文與解說.......................................... 74 5.3. SRC 梁之「扭力強度」 ................................................. 76 5.3.1 動機與目的 ...................................................................... 76 5.3.2 建議修訂之規範條文與解說.......................................... 78. 5.4 採用「五螺箍」設計之 SRC 柱....................................... 80 5.4.1 動機與目的 ...................................................................... 80 5.4.2 建議修訂之規範條文與解說.......................................... 81 5.5 SRC 柱「最小鋼骨比」限制 ............................................ 83 II.
(7) 目次. 5.5.1 動機與目的 ...................................................................... 83 5.5.2 建議修訂之規範條文與解說.......................................... 84 5.6 SRC 柱「最大鋼筋比」限制 ............................................ 86 5.6.1 動機與目的 ...................................................................... 86 5.6.2 建議修訂之規範條文與解說.......................................... 88 5.7 採用螺旋箍筋之 SRC 柱「強度折減係數」.................... 89 5.7.1 動機與目的 ...................................................................... 89 5.7.2 建議修訂之規範條文與解說.......................................... 89 5.8 SRC 梁柱接頭採用補強或減弱式接頭之必要性探討 ...... 92 5.8.1 動機與目的 ...................................................................... 92 5.8.2 研究發現與初步建議...................................................... 92 第六章 結論與建議 .....................................................................105 6.1 結論.................................................................................105 6.2 建議.................................................................................109 附錄一. 期初報告會議意見回覆……………….……………….113. 附錄二. 第一次學者專家座談會會議紀錄...............................115. 附錄三. 第二次學者專家座談會會議紀錄...............................125. 附錄四. 第三次學者專家座談會會議紀錄...............................129. 附錄五. 期中報告會議意見回覆 ..............................................133. 附錄六. 期末報告會議意見回覆 ..............................................139. 參考書目 ......................................................................................145. III.
(8) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 表. 次. 表 2.1 SRC 結構系統之韌性容量 R 值………………..…………………11 表 3.1 鋼梁接 SRC 柱接頭撓曲強度 ....................................................... 28 表 3.2 鋼梁接 SRC 柱接頭試驗結果 ....................................................... 29 表 3.3 日本鋼梁接 SRC 柱接頭之試驗結果 ........................................... 31 表 4.1 設計例 1：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 53 表 4.2 設計例 2：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 54 表 4.3 設計例 3：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 56 表 4.4 設計例 4：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 57 表 4.5 設計例 5：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 59 表 4.6 設計例 6：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 60 表 4.7 設計例 7：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 61 表 4.8 設計例 8：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 62 表 4.9 設計例 9：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ................................. 64 表 4.10 設計例 10：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ............................. 64 表 4.11 設計例 11：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ............................. 65 表 4.12 設計例 12：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ............................. 65 表 4.13 設計例 13：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ............................. 66 表 4.14 設計例 14：SRC 柱圍束箍筋設計法之比較 ............................. 66 表 5.1 SRC 柱之鋼筋比試算表 ................................................................. 87 表 5.2 鋼梁接 SRC 柱之接頭相關文獻資料 ........................................... 93. IV.
(9) 圖次. 圖. 次. 圖 1.1 .SRC 梁柱構件示意圖 ...................................................................... 2 圖 1.2 研究步驟流程圖............................................................................... 5 圖 2.1 早期「配筋太密」的 SRC 梁與 SRC 柱斷面 ............................. 10 圖 2.2 目前我國 SRC 規範建議之 SRC 梁斷面配筋圖 ......................... 12 圖 2.3 目前我國 SRC 規範建議之 SRC 梁斷面配筋圖 ......................... 13 圖 2.4 .SRC 梁柱之鋼骨與鋼筋配置示意圖 ............................................ 14 圖 2.5 鋼骨、鋼筋組立及 SRC 梁柱接頭區試驗後之情形 ................... 15 圖 2.6 「SRC 柱接鋼梁」試體受反復載重作用之遲滯迴圈 ................ 15 圖 2.7 鋼骨、鋼筋組立及 SRC 梁柱接頭區在混凝土灌漿前之情形... 16 圖 2.8 「SRC 柱接鋼梁」試體在試驗前及層間變位角達 5.0%弧度之情 形 ................................................................................................... 17 圖 2.9 「SRC 柱接鋼梁」試體受反復載重作用之遲滯迴圈 ................ 17 圖 2.10 「SRC 柱接 SRC 梁」試體在試驗前及層間變位角達 5.0%弧度 之情形.......................................................................................... 18 圖 2.11 「SRC 柱接 SRC 梁」試體受反復載重作用之遲滯迴圈 ........ 18 圖 3.1. 鋼梁接 SRC 柱接頭反復載重與位移遲滯迴圈圖 ..................... 30. 圖 4.1 SRC 柱中混凝土受圍束之情形 .................................................. 39 圖 4.2. 三角形圍束模式........................................................................... 40. 圖 4.3. 矩形圍束模式............................................................................... 40. 圖 4.4 鋼骨對混凝土圍束範圍大小之變化：鋼骨用量相同但翼寬不同 ....................................................................................................... 46 圖 4.5 SRC 柱內鋼骨翼板寬度為零：鋼骨未能對核心混凝土提供圍束 ....................................................................................................... 46 圖 4.6 包覆填充型鋼管 SRC 柱中混凝土受圍束之情形 ....................... 48 V.
(10) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 圖 4.7 包覆十字型鋼骨 SRC 柱中混凝土受圍束之情形：矩形圍束模式 ....................................................................................................... 49 圖 4.8 包覆 H 型鋼骨 SRC 柱中混凝土受圍束之情形：三角形圍束模式 ....................................................................................................... 49 圖 4.9 包覆 T 型鋼骨 SRC 柱中混凝土受圍束之情形：三角與矩形組合 圍束模式 ....................................................................................... 50 圖 5.1 配置「五螺箍」之矩形 SRC 柱斷面示意圖 ............................... 80 圖 5.2 低鋼骨比 SRC 柱加配繫筋(Cross-tie)之斷面配置參考圖.......... 84 圖 5.3 SRC 柱之主筋配置示意圖............................................................ 86 圖 5.4 SRC 柱配置輔助筋示意圖............................................................ 87 圖 5.5 SRC 構造接頭區混凝土扮演「補強式接頭」之功能................ 95 圖 5.6 鋼梁接 SRC 柱之反復載重與位移遲滯迴圈圖 ........................... 96 圖 5.7 鋼梁接 SRC 柱之反復載重與位移遲滯迴圈圖 ........................... 97 圖 5.8 鋼梁接 SRC 柱之反復載重與位移遲滯迴圈圖 ........................... 99. VI.
(11) 照片目次. 照片目次 照片 5.1 鋼梁接 SRC 柱接頭試驗之鋼梁塑性變形情況 ..................... 100 照片 5.2 鋼梁接 SRC 柱接頭試驗之鋼梁塑性變形情況 ..................... 101 照片 5.3 鋼梁接 SRC 柱接頭試驗之鋼梁塑性變形情況 ..................... 103. VII.
(12) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. VIII.
(13) 摘要. 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC) 設計規範之檢討修訂 摘. 要. 關鍵詞：鋼骨鋼筋混凝土(SRC)構造、設計規範、檢討修訂、結構系統韌性容量、 梁柱接頭撓曲強度比、SRC 柱圍束箍筋. 一、研究緣起 內政部於民國九十三年七月一日公佈我國首部「鋼骨鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete, SRC）構造設計規範」以後，對於提昇國內 SRC 建築工程之 品質已經產生正面的效益。不過，早期在研擬 SRC 規範時(民國 83 至 86 年間)， 有部份條文尚缺乏充分的理論或實驗佐證，暫時採取比較保守的規定，因此實有 檢討修訂之必要，以使我國 SRC 規範更為合理。本計畫主要針對近年來工程界反 映 SRC 構造設計規範之中有部份條文規定過於保守的問題進行探討，其中主要包 括以下三項主題： （一）結構系統「韌性容量 R 值」之檢討； （二）梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之檢討； （三）SRC 柱「圍束箍筋」需求量之檢討。 除了上述三項主題之外，本研究亦針對 SRC 構造設計規範中其他部份條文，提出 相關檢討修訂之建議，以使我國 SRC 規範更臻完善。 二、研究方法及過程 本研究首先收集近年來國內外發表有關 SRC 構造之研究報告與論文，同時針 對國內與國外先進國家之 SRC 構造相關設計規範進行研讀與分析，並將這些文獻 及實驗結果與我國 SRC 規範相關條文之規定互相比較，以探討其對我國 SRC 構造 設計規範修訂之參考價值。本研究亦舉辦學者專家咨詢座談會，以充分交換意見. IX.
(14) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 與集思廣義。最後本研究小組提出具體的 SRC 規範條文修訂建議，作為未來修訂 我國 SRC 構造設計規範之參考。 三、重要發現 本研究針對目前我國 SRC 構造設計規範之中部份條文規定過於保守或不盡合 宜的問題進行深入檢討，期望本研究之成果可作為未來修訂 SRC 規範之參考與依 據，謹綜合歸納如下： 1. SRC 結構系統「韌性容量 R 值」方面： 依據本研究之分析研討與學者專家討論的結果，建議取消我國 SRC 規範第九 章第 9.3.2 節之中對於 SRC 結構系統「韌性容量 R 值」打九折之作法，亦即將折 減係數 αB、αC 恢復至 1.0。這主要是由於目前美國 AISC Seismic Provisions (2005) 之中，對於 SRC 構造採取類似鋼結構之「R 值」並未有打九折之「懲罰」作法。 此外，由於內政部已公佈「SRC 設計規範」作為 SRC 構造配筋之依據，只要依照 規範設計與施工，SRC 梁柱配筋過密與混凝土澆置的問題應可避免。因此實在沒 有必要再對 SRC 構造的 R 值施以打九折的懲罰規定。 2. SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」方面： 目前日本 AIJ-SRC 規範(2001)之中，對於 SRC 梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」 時，鋼梁與 SRC 柱中之鋼骨的「撓曲強度比值」下限為 0.4；而我國 SRC 規範則 要求不得小於 1.0，實在過於保守。本研究根據蒐集之國內外試驗研究資料及學者 專家討論之結果，認為該項「撓曲強度比值」應可參考日本 SRC 規範之作法以予 適度放寬。因此，建議目前 SRC 規範第八章第 8.4.2 節之中，對於 SRC 梁柱接頭 採用「SRC 柱接鋼梁」時，鋼梁與 SRC 柱中之鋼骨的「撓曲強度比值」下限以予 適度調整為 0.6。 3. SRC 柱「圍束箍筋」需求量方面： 由於 SRC 柱中之鋼骨可以分擔 SRC 柱的軸力，使得混凝土所需承受之軸力降 低；同時鋼骨之翼板也對其所包圍之混凝土提供有效的圍束作用，形成「高度圍 束區混凝土」 。因此，相較於一般純 RC 柱，本研究認為 SRC 柱之圍束箍筋用量應 X.
(15) 摘要. 該可以適度折減。本研究並提出一組新的設計公式作為未來修訂 SRC 規範第九章 第 9.7.3 節之中對於 SRC 柱圍束箍筋用量計算法之參考。 除上述三項之外，本研究亦針對 SRC 規範中其他部份條文，提出新增或修訂 之建議。本研究建議新增之條文包括： 「SRC 特殊同心斜撐構架系統」 、 「SRC 梁之 扭力強度」與「採用五螺箍設計之 SRC 柱」。 本研究建議修訂之條文包括： 「SRC 柱最小鋼骨比限制」 、 「SRC 柱最大鋼筋比 限制」 、 「採用螺旋箍筋 SRC 柱之強度折減係數」及「SRC 梁柱接頭之鋼梁補強與 切削之必要性探討」等。 四、主要建議事項 綜合本研究之分析研討與學者專家討論的結果，本研究針對我國 SRC 構造設 計規範提出下列檢討修訂之建議： (一) 立即可行之建議： 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署 1. SRC 結構系統「韌性容量 R 值」之修訂： 修訂 SRC 規範第九章第 9.3 節「結構系統與韌性容量」之條文與解說，調整 SRC 結構系統分類與韌性容量 R 值，取消 αB、αC 打九折之折減係數。目前我 國「建築物耐震設計規範與解說」亦進行修訂中，本次建議修訂之 SRC 結構 系統分類與韌性容量 R 值將與新修訂之建築物耐震設計規範的規定相同。 2. SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」之修訂： 修訂 SRC 規範第八章第 8.4.2 節「梁與柱接合處之撓曲強度比」之中，有關梁 柱接頭為「鋼梁接 SRC 柱」時之撓曲強度比值限制，由原本的 1.0 放寬為 0.6。 本建議主要反映近年來有關 SRC 梁柱接頭之實驗與研究成果，並參考日本 AIJ-SRC 規範之作法以予適度放寬。 3. SRC 柱「圍束箍筋」需求量之修訂： 修訂 SRC 規範第九章第 9.7.3 節「柱之設計細則」對於 SRC 柱「圍束箍筋」需 XI.
(16) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 求量之計算公式，以反映 SRC 柱內之鋼骨翼板對其所包覆之混凝土可以提供有 效圍束作用之貢獻，形成 SRC 柱內之「高度圍束區混凝土」。 4. SRC「特殊同心斜撐構架系統」之增訂： 新增 SRC 規範第九章第 9.9 節「特殊同心斜撐構架」 ，並取消原本第 9.9 節「同 心斜撐構架」之規定。本建議主要反映內政部新訂之「鋼結構極限設計法規範」 及修訂中之「建築物耐震設計規範」均已納入「特殊同心斜撐構架」之規定。 5. SRC 梁「扭力強度」之增訂： 新增 SRC 規範第五章第 5.6 節「設計扭力強度」 。本建議主要反映近年來有關 SRC 梁扭力強度之實驗與研究成果。 6. 採用「五螺箍」設計之 SRC 柱之增訂： 建議 SRC 規範第四章第 4.3.5 節「柱之箍筋」的解說中，納入有關「五螺箍」 應用於 SRC 柱之內容。本建議主要反映近年來有關「五螺箍」應用於 SRC 柱 之實驗與研究成果。 7. SRC 柱之「最大鋼筋比」之修訂： 修訂 SRC 規範第九章第 9.7.3 節「柱之設計細則」，將「SRC 柱鋼筋比」之上 限由原本 4%調降為 3%，以免 SRC 柱配筋過密。 8. 採用螺旋箍筋之 SRC 柱「強度折減係數」之修訂： 修訂 SRC 規範第二章第 2.6 節「載重係數與強度折減係數之配合」之解說及第 六章第 6.4.1 節「強度疊加法」之本文與解說，調整「SRC 柱中 RC 部分之強 度折減係數」。本建議主要針對採用螺旋箍筋之 SRC 柱，其 RC 部分之強度折 減係數 φc 應參照 ACI 318-08 之新規定，由 0.7 提升為 0.75。 (二) 中長期建議： 本研究建議以下之課題可列為修訂我國 SRC 構造設計規範之中長期項目： 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署. XII.
(17) 摘要. 1. SRC 柱之「最小鋼骨比」之修訂： 建議 SRC 規範第六章第 6.3 節「一般要求」中，對於 SRC 柱「最小鋼骨比」 之限制由原本 4%調降為 1％，且應採取相關配套規定。本建議主要反映新版 AISC 鋼結構設計規範(2005)已將 SRC 柱之最小鋼骨比由 4%降為 1%。 2. SRC 梁柱接頭之「鋼梁補強與切削之必要性」檢討修訂： 本研究初步建議，當採用 SRC 梁柱接頭時，在滿足強柱弱梁及梁柱交會區具備 適當剪力強度等條件下，SRC 梁柱接頭處之鋼梁可以不需採取減弱(切削翼板) 或補強(蓋板或肋板)措施。本建議主要反映近年來 SRC 梁柱接頭之實驗與研究 成果，發現 SRC 梁柱接頭區之鋼筋混凝土可以扮演類似「補強式接頭」的角色， 能夠發揮保護梁柱接頭區銲道之功能。 最後，為提昇我國 SRC 構造在設計與施工上的品質，並且適當反映工程界之 意見及研發創新之成果，建議我國 SRC 設計規範宜每三到五年檢討修訂一次，且 建議應持續贊助 SRC 相關之試驗研究，俾使我國的 SRC 設計規範更臻完善。. XIII.
(18) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. XIV.
(19) 摘要. A Study on Revision of the Taiwan SRC Building Code Abstract Keywords: Steel Reinforced Concrete (SRC), Taiwan SRC Building Code, Revision, Structural System, Response Modification Coefficient, Beam-to-Column Connection, Moment Capacity Ratio, Column Confinement Reinforcement. For the last decade, the steel reinforced concrete (SRC) buildings have become increasingly popular in Taiwan. In July 2004, the Ministry of Interior Affairs announced an amendment to the government’s building code and published the first edition of the ”Design Code for Steel Reinforced Concrete (SRC) Structural Buildings.” It is the first time that Taiwan has her own official document to regulate the design of SRC buildings. However, according to recently published research results, some of the design provisions in the Taiwan SRC building code have been found to be too conservative, which may result in unnecessarily waste of the construction materials. Thus, an immediate revision of the SRC building code becomes essential. Among the overly conservative design provisions in the Taiwan SRC building code are those related to the structural system response modification coefficient “R” for seismic design, the limitation of the moment capacity ratio at the beam-to-column connection, and the consumption of the confinement reinforcement of the SRC column. The first step of this study is to investigate the above-mentioned conservative design provisions of the SRC building code in more depth. Then, based on the recently published research results and test data, this study has concluded with appropriate amendments to the current Taiwan SRC building code so that those overly conservative design provisions can be properly revised.. XV.
(20) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. XVI.
(21) 第一章 緒論. 第一章 緒 論 1.1 前言 自從「九二一集集大地震」之後，台灣民眾對建築物耐震能力與安全性的要 求大幅提高，政府相關部門更是十分重視此一問題。民國八十八年的九月二十一 日是台灣歷史上最悲傷的日子之一，也是作為土木與建築工程界一份子，心中最 沉痛的時刻之一。由於強烈地震的侵襲，使得台灣島上許多鋼筋混凝土(Reinforced Concrete，RC)建築受到重創，也間接的使民眾慎重思考是否有另一種更好的建築 構造可提供選擇。近年來，在國內新增的建築中，鋼骨鋼筋混凝土(Steel Reinforced Concrete，SRC)構造所佔的比例逐漸增加，顯示這種新型的建築構造日益受到建築 業者與一般民眾的歡迎。 從工程專業的觀點而言，SRC 構造可以經由適當的設計，將鋼骨(S)與鋼筋混 凝土(RC)有效的結合起來，使它成為一種更安全與經濟的結構體。因此，SRC 構 造設計之目標在於有效的結合「S」與「RC」兩種構造，使它兼具這兩種構造的優 點。換言之，一個經過適當設計的 SRC 構造可以擷取「S」與「RC」構造的優點， 並可以利用彼此互相「截長補短」，進而達到更安全與更經濟的「雙贏目標」[1]。 從「優生學」的觀點而言，我們可以比喻說： 「一個經過適當設計的 SRC 構造， 就像是 S 構造與 RC 構造結婚之後所生的『優生寶寶』」[2]。優生學之目標在於結 合不同的個體以產生更優良的下一代或新品種，其主要的作法是經由擷取被結合 者各自的優點，讓優點儘可能充份發揮出來，並藉以彌補原本個體的缺點。不過， 反觀一個未經用心設計的 SRC 構造，不但可能沒有享受到 S 構造與 RC 構造的優 點，反而可能弄巧成拙衍生出更多的問題。因此，如何能夠設計出 SRC 優生寶寶 而不是 SRC 低能兒，實在是一個成功的 SRC 構造設計者所欲努力達成的目標。 由於 SRC 構造具有許多建築與力學方面的優點，因此逐漸受到業主、建築師、 土木與結構技師的青睞。圖 1.1 顯示兩種常見的 SRC 梁柱的配置情況[2]。設計者. 1.
(22) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 可以選擇採用包覆十字型鋼骨 SRC 柱，或採用包覆填充型鋼管 SRC 柱。以 SRC 柱為例，包覆於鋼骨表面的混凝土主要可以發揮以下功能：(1)提供鋼骨柱防火被 覆；(2)增進鋼骨柱防銹功能；(3)提昇鋼骨柱之抗壓能力；(4)增加鋼骨柱之結構勁 度；(5)避免鋼骨發生局部挫屈。. 圖 1.1 SRC 梁柱構件示意圖 (資料來源：參考書目 2) 相對於一般鋼骨(S)構造與鋼筋混凝土(RC)構造而言，SRC 構造的主要優點可 以摘要說明如下[2]： (一) SRC 構造相對於一般鋼骨(S)構造： 1. 包覆鋼骨的混凝土可以成為良好的防火被覆，也可進一步降低成本。 2. 包覆鋼骨的混凝土可有效的減少鋼骨發生局部挫曲的問題。 3. 相對於一般鋼骨建築，SRC 建築的梁柱勁度較大，若以 SRC 柱取代純鋼柱， 可以增加建築物的勁度，減少大樓側向位移。. 2.
(23) 第一章 緒論. 4. 相對於純鋼柱，SRC 柱利用混凝土抗壓的優點提高抗壓能力，有助於降低成 本，並減少超厚鋼板的使用，有助於減少發生銲接缺陷的機率。 (二) SRC 構造相對於一般鋼筋混凝土(RC)構造： 1. 對高層集合住宅而言，採用 SRC 柱取代傳統 RC 柱，能夠減少柱斷面積，增 加實際可用空間。 2. 對辦公大樓而言，若採用鋼管混凝土柱，可在不增加柱斷面積的情況下，提高 柱的抗壓強度與建築物之勁度，非常經濟有效。 3. 若採用鋼管混凝土柱，鋼管亦是澆注混凝土時的模板，並可以提供混凝土良好 的圍束效應，提高混凝土的抗壓能力。. 1.2 研究背景與目的 在民國九十三年之前，由於我國「建築技術規則」中尚未明訂 SRC 構造設計 之規定，使得國內從事 SRC 構造設計之業者與審查機構缺乏一套依循的標準規 範。因此基於提昇國內 SRC 建築工程品質之目標，在內政部建築研究所的大力推 動之下，乃於民國八十三年以專案研究計畫之方式委託中華民國結構工程學會進 行草擬我國 SRC 構造設計規範之研究，並由國立交通大學翁正強教授擔任計畫主 持人[3]。經過研究小組多年持續不斷的努力，由資料收集、問卷調查、徵詢學者 專家之意見與密集的研究過程，我國「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」草 案終於在民國九十二年底正式經過內政部審議通過[4]。 由於國內所採用的鋼結構與RC結構設計規範主要係參考美國AISC(American Institute of Steel Construction)[5,6]及ACI(American Concrete Institute)設計規範[7]而 訂定，因此有關SRC規範的研擬係朝結合上述AISC與ACI規範的方向進行，其主要 目的在於使國內的S、RC及SRC三種設計規範能夠具有一貫性。此外，由於日本在 SRC構造方面經驗頗豐，因此國內SRC規範的發展亦適度的參考日本建築學會 (Architectural Institute of Japan，AIJ) SRC規範[8]的經驗，特別是在SRC構造細則與 強度疊加的概念方面。 3.
(24) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 內政部於民國九十三年一月十六日公佈修正我國「建築技術規則」之建築設 計施工編第二百四十條及建築構造編部份條文[9]。從此以後，我國「建築技術規 則」的建築構造編中增列「第七章：鋼骨鋼筋混凝土構造」 ，由第 496 條至 520 條 明訂 SRC 構造之設計相關規定，內容包括設計原則、材料、構材設計、接合設計 與施工等。隨後，內政部並公告我國第一部「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解 說」[10]自民國九十三年七月一日起正式施行，使得國內從事 SRC 構造設計之業 者與審查機構有明確的 SRC 構造設計規範可以依循。 自從內政部公佈 SRC 構造設計規範以後，對於提昇國內 SRC 建築的工程品質 已經產生相當的正面效益。不過，早期在研擬 SRC 規範時(民國 83 至 86 年間)， 有部份條文尚缺乏充分的理論或實驗佐證，因此暫時採取比較保守的規定，其中 包括 SRC 構造之結構系統「韌性容量 R 值」、SRC 梁柱接頭之「撓曲強度比值」 限制、SRC 柱之「圍束箍筋需求量」等方面。 近年來，國內外陸續有許多 SRC 構造之研究報告與學術論文發表，其中不乏 大尺寸的實驗結果，證實經過適當設計的 SRC 構造可以具備良好的強度與韌性。 此外，許多土木技師、結構技師與相關的公會及工程顧問公司之設計者亦反映目 前 SRC 構造設計規範確實有部份規定過於保守且不盡合理，並可能造成不必要的 浪費，實有儘速檢討修訂之必要，以使我國 SRC 構造設計規範能夠更為合理。. 1.3 研究方法及過程 本研究針對工程界反映 SRC 構造設計規範中，部份過於保守之條文規定的， 進行深入且有系統的探討。首先，將收集近年來國內外發表之 SRC 構造相關研究 報告與論文，同時針對國外先進國家之 SRC 構造相關設計規範進行瞭解，接著研 讀與分析這些文獻與法規，並檢視新的 SRC 構造實驗結果，以探討其對我國 SRC 構造設計規範修訂之參考價值。 本計畫在研究過程中針對以下三項主題進行深入的分析： (1) 4. SRC 構造耐震設計之結構系統「韌性容量 R 值」之合理性；.
(25) 第一章 緒論. (2). SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之合理性；. (3). SRC 柱「圍束箍筋需求量」之合理性。 本研究亦舉辦學者專家咨詢座談會，邀請對象包括學術界、工程顧問業者、. 建築師、土木技師、結構技師及相關公會等代表，以期充分交換意見與集思廣義。 最後本研究小組提出具體的規範條文修訂建議，以使我國 SRC 構造設計規範更為 合理完善，研究步驟流程圖如圖 1.2 所示。. 收集國內外發表之 SRC 構造 相關研究報告與學術論文. 瞭解美、日等先進國家 SRC 構造 設計法規之新發展. 研讀與分析重要 SRC 構造. 檢視與分析 SRC 構造. 文獻與法規. 實驗結果. 主要檢討項目 1. SRC 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討 2. SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」之檢討 3. SRC 柱「圍束箍筋」需求量之檢討. 舉辦學者專家咨詢座談會 交換意見與集思廣義. 研擬 SRC 規範建議修訂條文解說. 撰寫本研究報. 圖 1.2 研究步驟流程圖(資料來源：本研究繪製). 5.
(26) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 1.4 研究內容 本研究係針對目前我國 SRC 構造設計規範之中部份條文規定過於保守或不盡 合宜的問題進行深入檢討，期望研究成果可提供未來修訂 SRC 規範之參考與依 據。本研究共分為六章，其主要內容如下： 第一章：緒論。本研究首先介紹 SRC 構造之特性、相關研究背景與目的，並說明 本計畫之研究方法與內容。 第二章：結構系統「韌性容量 R 值」之檢討。早期研擬我國 SRC 構造設計規範時， 考慮到國內 SRC 構造常發生梁柱配筋過密的問題，導致混凝土澆置易產 生蜂窩，因此乃對 SRC 結構系統「韌性容量 R 值」暫時採用「打九折」 保守方式來設計。依據本研究之分析研討與學者專家討論的結果，建議 取消我國 SRC 規範第九章第 9.3.2 節之中對於 SRC「韌性容量 R 值」打 九折之作法，亦即將折減係數 αB、αC 恢復至 1.0。這主要是由於目前美國 AISC Seismic Provisions (2005)之中，對於 SRC 構造之「R 值」並未有打 九折之「懲罰」作法。此外，由於內政部已公佈「SRC 設計規範」作為 SRC 構造配筋之依據，只要依照規範設計與施工，SRC 梁柱配筋過密與 混凝土澆置的問題應可避免。 第三章：SRC 梁柱接頭 「撓曲強度比值」限制之檢討。本研究考慮目前日本 AIJ-SRC 規範(2001)中，對於 SRC 構造梁柱接頭為「SRC 柱接鋼梁」時之鋼梁與 SRC 柱中之鋼骨的「撓曲強度比值」下限為 0.4，而我國 SRC 規範於訂 定之初因缺乏充分研究成果而採取「撓曲強度比值」限制須大於 1.0 之保 守規定，本章深入探討此種梁柱接頭限制規定予以放寬之可行性。 第四章：SRC 柱「圍束箍筋」需求量之探討。近年來，陸續有許多大尺寸的 SRC 柱實驗結果出現，證實 SRC 柱中之鋼骨可對混凝土提供良好之圍束效 果，因此本計畫針對 SRC 柱之「鋼骨對混凝土之圍束效應」進行深入分 析，採用國內外相關設計公式分析比較，以瞭解此一效應確實有助於降. 6.
(27) 第一章 緒論. 低 SRC 柱之圍束箍筋需求量，並提出相關設計條文的建議。 第五章：其他建議新增或修訂之條文與解說。本研究除了討論結構系統「韌性容量 R 值」、SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」以及 SRC 柱「圍束箍筋」需求 量三項研究主題之外，亦針對目前 SRC 規範部份條文規定，提出其它新 增或修訂建議之條文或解說。內容包括 SRC 構造「特殊同心斜撐構架系 統」 、SRC 梁之「扭力強度」 、採用「五螺箍」設計之 SRC 柱、SRC 柱「最 小鋼骨比」限制、SRC 柱「最大鋼筋比」限制、採用螺旋箍筋 SRC 柱之 「強度折減係數」 、SRC 梁柱接頭之「鋼梁補強與減弱之必要性」等相關 條文規定。 第六章：結論與建議。本章綜合歸納本計畫研究成果與結論，並提出 SRC 構造設 計規範具體修訂之建議等。. 7.
(28) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. .. 8.
(29) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討 2.1 前言 早期在研擬我國 SRC 構造設計規範期間（民國 83 至 86 年間），當時一方面 考慮國內早期許多 SRC 構造常發生梁柱配筋過密的問題（如圖 2.1 所示） ，容易導 致混凝土澆置困難與產生蜂窩；另一方面，由於尚未有適當的實驗資料（特別是 大尺寸 SRC 梁柱接頭往復載重試驗）來佐證 SRC 構造的韌性，因此當時在訂定 SRC 構造的結構系統「韌性容量 R 值」時，暫時採用「打九折」的保守方式來設 計[1,2]。 不過，自從內政部於民國 93 年七月一日公佈 SRC 構造設計規範以後，其中 第四章「構造細則」明確規定 SRC 梁、SRC 柱及梁柱接頭之配筋細則，可以有效 避免 SRC 梁、柱「配筋過密」之問題。 此外，目前美國 AISC Seismic Provisions (2005)[5]之中，對於 SRC 構造之「結 構系統韌性容量 R 值」並未有打九折之「懲罰」作法。再者，這些年來陸續有許 多大尺寸的 SRC 梁、SRC 柱及 SRC 梁柱接頭之相關實驗與論文發表，顯示其強度 與韌性之表現良好，因此應該沒有必要對 SRC 構造的「韌性容量 R 值」施以懲罰 性「打九折」的作法。. 2.2 我國 SRC 設計規範相關規定 目前我國 SRC 規範第九章「耐震設計」第 9.3.2 節「韌性容量」中，對於 SRC 構造之「韌性容量 R 值」採用「打九折」的方式來設計，如表 2.1 所示。表中建議 「結構系統韌性容量 R 值」係以 R = RS × α B × α C 方式計算，其中 RS 之值源自於內 政部頒佈之「建築物耐震設計規範與解說」[11]之鋼結構韌性容量值，而 α B 與 α C 分 別為鋼骨鋼筋混凝土之梁韌性容量折減係數與柱韌性容量折減係數，係用以反映 梁、柱之形式對 SRC 結構系統韌性容量的影響。. 9.
(30) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 當時我國 SRC 規範採用韌性容量折減係數 α B 與 α C 主要是考慮下述原因﹕ 1. 鋼筋施工性之影響﹕ 由於包覆型 SRC 構材中有鋼骨存在，鋼筋之施工將較為複雜，尤其是在 SRC 梁柱接頭處圍束箍筋之施作。 2. 混凝土填充性之影響﹕ 相對於一般 RC 構材而言，包覆型 SRC 構材中因內部有鋼骨存在，澆置混凝土 時難度較高。尤其是在 SRC 梁柱接頭處，或是在 SRC 梁中之鋼骨翼板下方，有時 會發生蜂窩或填充不實之現象，因此構材之韌性可能略受影響。. 圖 2.1 早期「配筋太密」的 SRC 梁與 SRC 柱斷面 (資料來源：參考書目 1、2). 10.
(31) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. 表 2.1 SRC 結構系統之韌性容量 R 值 結構系統. αB. 韌性容量 R SRC 結構系統. R = RS × α B × αC. 鋼梁. αC. 包覆型 SRC 梁. 填充型. 包覆填充. 鋼管混. 型鋼管混. 凝土柱. 凝土柱. 包覆型 SRC 柱. SRC 韌性抗彎矩構架 R = 4.8 × α B × α C. 1.0. 0.9. 1.0. 0.9. 0.9. SRC 同心斜撐構架. R = 3.6 × α B × α C. 1.0. 0.9. 1.0. 0.9. 0.9. SRC 偏心斜撐構架. R = 4.0 × α B × α C. 1.0. 0.9. 1.0. 0.9. 0.9. R = 4.4 × α B × α C. 1.0. 0.9. 1.0. 0.9. 0.9. R = 4.8 × α B × α C. 1.0. 0.9. 1.0. 0.9. 0.9. R = 4.8 × α B × α C. 1.0. 0.9. 1.0. 0.9. 0.9. SRC 二元結構系統 韌性抗彎矩構架與 同心斜撐構架 SRC 二元結構系統 韌性抗彎矩構架與 偏心斜撐構架 SRC 二元結構系統 韌性抗彎矩構架與 剪力牆. (資料來源：參考書目 10). 2.3 SRC 構造「韌性容量Ｒ值」之檢討 基於以下幾項理由，本研究小組認為目前 SRC 規範對 SRC 構造韌性容量 R 值「打九折」的方式顯得過度保守，亦可能造成不必要的浪費：. 1.. 目前美國 AISC Seismic Provisions (2005)[5]之中，對於 SRC 構造之「結構系統 韌性容量 R 值」並未有打九折之懲罰作法。. 2.. 自從內政部於公佈「SRC 設計規範」作為 SRC 構造配筋依據以後，對於提昇. SRC 構造的工程品質已產生正面效益。由於 SRC 規範已訂有專章( 第四章： 「構造細則」)明確規定 SRC 梁、柱及 SRC 梁柱接頭之配筋細則(如圖 2.2 至 圖 2.4 所示[1,10])，故可有效避免 SRC 梁、SRC 柱以及 SRC 梁柱接頭「配筋. 11.
(32) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 過密」之問題。. 3.. 近年來由於國內混凝土科技快速進步，混凝土的工程品質與工作度大幅提 升，使得 SRC 梁、柱及接頭混凝土發生澆置困難或產生蜂窩之問題可以獲得 有效改善。. 4.. 近年來陸續有許多大尺寸的 SRC 梁 (文獻[12~19])、SRC 柱(文獻[20~31])及. SRC 梁柱接頭 (文獻[32~46] )的試驗結果出現。許多研究顯示，依據我國 SRC 規範設計出來的 SRC 構材與梁柱接頭，其強度與韌性表現良好，似乎沒有必 要再對 SRC 構造韌性容量 R 值乘以「打九折」的折減係數 α B 與 α C 。 整體而言，針對「韌性容量 R 值」的問題，經過研究分析與學者專家座談會 討論的結果 (如附錄二所示)，大多數學者專家認為目前內政部已公佈「SRC 設計 規範」作為 SRC 構造配筋之依據，只要依照 SRC 規範設計與施工，SRC 梁柱配筋 過密與混凝土澆置的問題應可避免。因此，應該沒有必要再對 SRC 構造的 R 值施 以「懲罰」性打九折，建議將 SRC 構造的 R 值「恢復」到與一般 RC 構造及鋼構 造相同等級之水準。. 圖 2.2 目前我國 SRC 規範建議之 SRC 梁斷面配筋圖 (資料來源：參考書目 1、10). 12.
(33) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. (a) 包覆 I 型 SRC 柱. (b) 包覆十字型 SRC 柱. (c) 包覆 T 型 SRC 柱. 圖 2.3 目前我國 SRC 規範建議之 SRC 梁斷面配筋圖 (資料來源：參考書目 1、10). 2.4 國內相關之研究 過去幾年來陸續有許多大尺寸的 SRC 梁柱接頭的試驗結果出現，顯示依據我 國 SRC 規範所設計出來的 SRC 構件與接頭，其強度與韌性之表現良好。限於篇幅， 本研究小組將摘錄文獻[37]與[45]中部分 SRC 梁柱接頭試驗結果，藉以說明經過適 當設計之 SRC 梁柱接頭在受反復載重下，具有卓越的韌性與耐震性能，對於保障 大地震來襲時之生命與財產安全有重要意義。 首先， Weng 等 [37] 進行之大尺寸 SRC 梁柱接頭試驗，採用「 SRC 柱接 鋼梁」之型式，此種梁柱接頭主要特點在於能夠利用 SRC 柱側向勁度與抗壓 強度之優點，又可以享受到鋼梁的韌性與施工方便性，同時避開 SRC 梁施工 較複雜的缺點。一般而言，若以鋼梁取代 SRC 梁，將有助於簡化施工、縮短 工期與提高品質，並且鋼梁上方之樓板亦可採用鋼承板 (Steel Deck) 施作。 13.
(34) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 鋼. 柱箍筋. 柱主筋. 梁主筋. 梁箍筋. 鋼梁. 圖 2.4 SRC 梁柱之鋼骨與鋼筋配置示意圖 (資料來源：參考書目 2). Weng 等 [37] 之實驗結果顯示，在滿足我國 SRC 規範配筋細則與強柱弱 梁等條件下，SRC 梁柱接頭試體在反復載重作用下可以發展出穩定的遲滯迴 圈 (Hysteretic Loop)，且試體之層間變位角可以達到 5.5% 弧度以上。圖 2.5(a) 與 (b) 顯示一組這種 SRC 梁柱接頭的試體組裝與試驗結果照片，圖 2.6 則為 該試體在反復載重作用下發展出的遲滯迴圈。 根據實驗觀察發現，由於鋼梁插入 SRC 柱的部份受到梁柱接頭區混凝 土有效的圍束，使得鋼梁可以在 SRC 柱混凝土面外約 20 公分處發展出穩定 且充分的塑性鉸。 SRC 梁柱接頭試體之鋼梁塑性鉸穩定發生於 SRC 柱的混 凝土面之外，由此顯示接頭區的鋼筋混凝土具有「保護鋼骨梁柱接頭銲道」 的功能，並且成功將鋼梁的塑性鉸逼離銲道。 14.
(35) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. (a) SRC 梁柱接頭試體組立之情形. (b) 試體之鋼梁發展出良好塑性鉸. 圖 2.5 鋼骨、鋼筋組立及 SRC 梁柱接頭區試驗後之情形 (資料來源：參考書目 37) Story Drift Angle ( % rad) -4. -2. 0. 2. 4. 6. 800. 1600. 600. 1200. 400. 800. 200. 400. 0. 0. Beam Moment (kN-m). Load (kN). -6. -200. -400. -400. -800. -600. -1200. -800 -160. -120. -80. -40. 0. 40. 80. 120. -1600 160. Displacement (mm). 圖 2.6 「SRC 柱接鋼梁」試體受反復載重作用之遲滯迴圈 (資料來源：參考書目 37). 15.
(36) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 另一方面，翁正強等[45]進行三組大尺寸 SRC 梁柱接頭試驗，採用「SRC 柱 接鋼梁」與「SRC 柱接 SRC 梁」兩種型式，該研究同時在探討一種新型的複合式 螺旋箍筋（稱為「五螺箍」）應用於 SRC 構造之效益。 三組試體中，一組採用 SRC 柱接鋼梁，另兩組則採用 SRC 柱接 SRC 梁。試 驗結果顯示，三組 SRC 梁柱接頭的層間變位角均可達 4.0%弧度以上，且試體之遲 滯迴圈均相當飽滿。當層間變位角到達 4.0%弧度時，梁之抗彎強度仍可維持大於. 80%之極限彎矩強度，並沒有發生強度驟降的情形，顯示這種新型的梁柱接頭具有 優越之抗震能力。 圖 2.7(a)與(b)顯示該研究兩組五螺箍 SRC 梁柱接頭試體的組裝照片，分別為 「SRC 柱接鋼梁」與「SRC 柱接 SRC 梁」兩種不同的接頭型式。圖 2.8(a)與(b)則 顯示「SRC 柱接鋼梁」試體之試驗裝置與試驗結果，圖 2.9 則為該試體在反復載重 作用下發展出的遲滯迴圈。再者，圖 2.10(a)與(b)顯示「SRC 柱接 SRC 梁」試體之 試驗裝置與試驗結果，圖 2.11 則為該試體在反復載重作用下發展出的遲滯迴圈。. (a)「SRC 柱接鋼梁」試體. (b)「SRC 柱接 SRC 梁」試體. 圖 2.7 鋼骨、鋼筋組立及 SRC 梁柱接頭區在混凝土灌漿前之情形 (資料來源：參考書目 45). 16.
(37) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. (a) 試體受反復載重作用之情形. (b) 層間變位角達 5.0%弧度時之情形. 圖 2.8 「SRC 柱接鋼梁」試體在試驗前及層間變位角達 5.0%弧度 之情形. Drift Angle (%rad.) -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 500 Mmax 450 1400 JBC-SRC1 400 1200 My 350 Pmax = 451 kN 1000 300 △max = 159 mm 800 250 200 Mmax = 1432 kN-m 600 150 θmax = 5.0% rad. 400 100 200 50 0 0 -50 -200 -100 -400 -150 -600 P -200 -250 -800 -300 -1000 -350 -1200 -400 -1400 -450 -500 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175 Lateral Displacement (mm). Moment (kN-m). Lateral Force (kN). (資料來源：參考書目 45). 圖 2.9 「SRC 柱接鋼梁」試體受反復載重作用之遲滯迴圈 (資料來源：參考書目 45) 17.
(38) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. (a) 試體受反復載重作用之情形. (b) 層間變位角達 5.0%弧度時之情形. 圖 2.10 「SRC 柱接 SRC 梁」試體在試驗前及層間變位角達 5.0% 弧度之情形 (資料來源：參考書目 45). -6 -5 -4 -3 3 4 5 6 450 1400 Mmax 400 JBC-SRC2 1200 350 Pmax = 387kN 1000 300 My 800 250 △max = 159 mm 200 Mmax = 1229kN-m 600 150 θmax = 5.0% rad. 400 100 200 50 0 0 -50 -200 -100 -400 -150 P -600 -200 -250 -800 -300 -1000 -350 -1200 -400 -1400 -450 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175 Lateral Displacement (mm). Moment (kN-m). Lateral Force (kN). Drift Angle (% rad.) -2 -1 0 1 2. 圖 2.11 「SRC 柱接 SRC 梁」試體受反復載重作用之遲滯迴圈 (資料來源：參考書目 45) 18.
(39) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. 綜合以上大尺寸的 SRC 梁柱接頭試驗結果，顯示依據我國 SRC 規範所設計出 來的 SRC 構件與接頭，其強度及韌性表現良好。因此，應該沒有必要對 SRC 構造 的 R 值施以懲罰性打九折，建議將 SRC 構造的 R 值「恢復」到與一般 RC 構造及 鋼構造相同等級之水準。. 2.5 建議修訂之規範條文與解說 由於目前美國 AISC Seismic Provisions (2005)之中對 SRC 構造的「韌性容量 R 值」並未有打九折之作法；且目前內政部已公佈「SRC 設計規範」與「SRC 施工 規範」作為 SRC 構造配筋之依據，只要依照規範設計與施工，SRC 梁柱配筋過密 與混凝土澆置的問題應可避免。 國內過去幾年來已有許多大尺寸的 SRC 梁柱接頭試驗結果出現，顯示依據我 國 SRC 規範所設計出來的 SRC 構件與接頭，其強度及韌性表現良好。因此，應該 沒有必要再對 SRC 構造的 R 值施以「懲罰」性打九折，建議將 SRC 構造的 R 值 「恢復」到與一般 RC 構造及鋼構造相同等級之水準，取消 αB、αC 打九折之折減 係數(亦即恢復為 1.0)。 另ㄧ方面，在本計畫的期中報告會議中，王亭復技師建議 SRC 結構系統項下， 所有「韌性抗彎矩構架」之名稱，宜均改為「特殊抗彎構架 (Special Moment Resisting. Frames，SMRF)」。本研究小組十分認同委員之意見，建議目前規範所謂之「韌性 抗彎矩構架」名稱應改為「特殊抗彎構架」較為理想。 此外，由於我國 2007 年「鋼結構極限設計法規範及解說 [47] 已參考 AISC. Seismic Provisions (2005) 新增「特殊同心斜撐構架(Special Concentrically Braced Frames，SCBF)」之設計規定，在考量我國設計規範相互配合的原則下，本研究乃 建議我國 SRC 規範新增「SRC 特殊同心斜撐構架」之設計規定。 再者，目前我國「建築物耐震設計規範與解說」[11]中有關 RC 構造、鋼構造 及 SRC 構造之結構系統韌性容量係數，亦進行全面檢討修訂，本規範採用之 SRC 結構系統韌性容量係數將與最新修訂之建築物耐震設計規範與解說採用之結構系 19.
(40) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 統韌性容量係數相同。 因此，本研究針對我國 SRC 規範之第九章「耐震設計」 ，建議採取以下之修訂：. 1. 第九章之 9.3.1 節、9.3.2 節、9.5 節、9.6.1 節及 9.6.3 節中，所有「韌性抗彎矩 構架」之名稱，均改為「特殊抗彎構架」；. 2. 第九章之 9.3.1 節「鋼骨鋼筋混凝土結構系統」中，增列「鋼骨鋼筋混凝土特殊 同心斜撐構架」及「特殊抗彎矩構架與特殊同心斜撐構架之二元結構系統」；. 3. 第九章之 9.3.2 節「韌性容量」中，修訂「SRC 結構系統之韌性容量 R 值」之 內容。. (以下建議修改與新增之 SRC 規範條文與解說，均以「細明體」之字型表示). 9.3 結構系統與韌性容量 9.3.1 鋼骨鋼筋混凝土結構系統 用以抵抗地震力之鋼骨鋼筋混凝土結構系統主要包括以下幾種形式：. 1. 鋼骨鋼筋混凝土特殊抗彎矩構架 2. 鋼骨鋼筋混凝土特殊同心斜撐構架 3. 鋼骨鋼筋混凝土偏心斜撐構架 4. 特殊抗彎矩構架與特殊同心斜撐構架之二元結構系統. 5. 特殊抗彎矩構架與偏心斜撐構架之二元結構系統 6. 特殊抗彎矩構架與剪力牆之二元結構系統 （…以下規定與原規範相同，故文字部分予以省略）. 20.
(41) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. 9.3.2 韌性容量 計算設計地震力時，應依內政部所定「建築物耐震設計規範及解說」 之規定，惟鋼骨鋼筋混凝土構造之結構系統韌性容量 R 值應依表 9.3.1 決 定之。. 表 9.3.1 鋼骨鋼筋混凝土結構系統之韌性容量 R 值 基本結構系統 一、普通構架系統. 抵抗地震力之結構系統. 1. 剪力牆： (1) 鋼筋混凝土牆配置鋼骨鋼筋混凝土邊 界構材 (2) 鋼板牆配置鋼骨鋼筋混凝土邊界構材 (3) 鋼板鋼筋混凝土牆配置鋼骨鋼筋混凝 土邊界構材 2. 斜撐： (1) 鋼造或鋼骨鋼筋混凝土偏心斜撐及鋼 梁配置鋼骨鋼筋混凝土邊界構材 (2) 鋼造特殊同心斜撐配置鋼骨鋼筋混凝 土邊界構材. 二、抗彎矩構架系統. 1. 特殊抗彎矩構架： (1)鋼骨鋼筋混凝土造. 三、具特殊抗彎矩構架 1. 剪力牆： (1) 鋼筋混凝土牆配置鋼骨鋼筋混凝土邊 之二元系統 界構材 (2) 鋼板牆配置鋼骨鋼筋混凝土邊界構材 (3) 鋼板鋼筋混凝土牆配置鋼骨鋼筋混凝 土邊界構材. 2. 斜撐系統： (1) 鋼造或鋼骨鋼筋混凝土偏心斜撐及鋼 梁配置鋼骨鋼筋混凝土邊界構材 (2) 鋼造特殊同心斜撐配置鋼骨鋼筋混凝 土邊界構材 (3) 挫屈束制支撐配置鋼骨鋼筋混凝土邊 界構材. R 3.6 4.2 4.0. 4.2 3.0. 4.8. 4.8 4.8 4.8. 4.8 4.2 4.8. 21.
(42) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 解說：早期在研擬我國 SRC 構造設計規範時期間，當時一方面考慮國內許多 SRC 構造常發生梁柱配筋過密的問題，容易導致混凝土澆置困難與產生蜂窩； 另一方面，由於尚未有適當的實驗資料（特別是 SRC 梁柱接頭往復載重試 驗）來佐證 SRC 構造的韌性，因此當時在訂定 SRC 構造的「結構系統韌 性容量 R 值」時，暫時採用「打九折」的保守方式來設計。不過，基於以 下理由，對於 SRC 構造之韌性容量 R 值「打九折」的方式顯得過度保守， 亦造成不必要的浪費：. (1) 目前 AISC Seismic Provisions (2005)[5]之中對 SRC 構造的結構系統「韌 性容量 R 值」並未有打九折之「懲罰」性作法。. (2) 自從內政部公佈「SRC 設計規範」與「SRC 施工規範」作為 SRC 構造 配筋之依據以後，對於提昇 SRC 構造的工程品質已產生正面效益。由於本 規範第四章已訂明確規定 SRC 梁、柱及 SRC 梁柱接頭之「配筋細則」 ，可 有效避免 SRC 梁與 SRC 柱配筋過密之問題。. (3) 近年來國內混凝土科技快速進步，混凝土工程品質與工作度大幅提 升，使得 SRC 梁、柱及接頭之混凝土發生澆置困難或產生蜂窩的問題可以 獲得改善。. (4) 這些年來陸續有許多大尺寸的 SRC 梁([12~19])、SRC 柱([20~31])及 SRC 梁柱接頭([32~46])的試驗結果出現。研究顯示依據我國 SRC 規範「配 筋細則」設計的 SRC 構材與梁柱接頭，其強度與韌性表現良好，因此沒有 必要再對 SRC 構造的 R 值乘以「打九折」的折減係數 α B 與 α C ，所以將. SRC 構造的 R 值「恢復」到與一般 RC 構造及鋼構造相同等級之水準。 目前我國建築物耐震設計規範與解說[11]中有關 RC 構造、鋼構造及 SRC 構造之結構系統韌性係數亦進行檢討修訂，本規範之 SRC 結構系統韌性係 數將會與新修訂之建築物耐震設計規範之韌性係數相同。. 22.
(43) 第二章 結構系統「韌性容量 R 值」之檢討. 9.5 特殊抗彎矩構架 鋼骨鋼筋混凝土特殊抗彎矩構架之設計應滿足本規範第 9.5、9.6、9.7 與 9.8 節之規定。 鋼骨鋼筋混凝土特殊抗彎構架若採用包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱或包覆 填充型鋼管混凝土柱時，梁可設計為鋼梁或鋼骨鋼筋混凝土梁；若構架採用 填充型鋼管混凝土柱時，梁應以鋼梁設計之。. 9.6. 梁之設計要求. 9.6.1 梁之彎矩強度 鋼骨鋼筋混凝土特殊抗彎矩構架中梁之設計彎矩強度φbMn 應不小 於其需要彎矩強度 Mu。Mu 為依本規範載重組合所計得作用於梁上之最 大需要彎矩，φbMn 之大小應依第 5.4 節之規定決定之。. 9.6.3 梁之設計細則 鋼骨鋼筋混凝土梁除應符合第四章之規定外，亦應滿足以下要求﹕. 1. 梁之尺度 （…以下規定與原規範相同，故文字部分予以省略）. 4.. 鋼梁之側向支撐 採用鋼梁設計之特殊抗彎矩構架，於可能發生塑鉸處，鋼梁之上下翼 板均須設置足夠之側向支撐。側向支撐間距不得超過 170 ry / Fys，其 中 ry 為鋼梁弱軸之迴轉半徑， Fys 之單位為 tf/cm2。 （…以下規定與原規範相同，故文字部分予以省略）. 23.
(44) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 24.
(45) 第三章 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之檢討. 第三章 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之檢討 3.1 前言 早期在研擬我國 SRC 規範期間(民國 83 至 86 年間)，由於當時國內 SRC 構造 尚缺乏充分的理論及研究成果，因此在訂定 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制 時，初步採用較為保守之規定。然而，近年來國內外陸續有許多大尺寸 SRC 構造 實驗結果、研究報告與學術論文發表，日本方面於此一主題亦有相當之研究成果， 均顯示此規定過於保守，使國內許多土木與結構技師及相關顧問公司之工程師於 設計時造成不必要之浪費，故此條文實有儘速檢討修訂之必要。 本章將引用國內相關之 SRC 梁柱接頭實驗結果、研究報告[43~46]及日本相關 之研究成果[48~52]，並參考日本 AIJ-SRC 設計規範(2001)[8]之相關條文，以作為 本研究對 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制修訂之參考依據。. 3.2 我國 SRC 設計規範相關規定 我國 SRC 設計規範[10]第八章「接合設計」第 8.4.2 節「梁與柱接合處之撓曲 強度比」中，將 SRC 構造梁柱接頭分為以下兩類：(1)採用鋼骨鋼筋混凝土梁與鋼 骨鋼筋混凝土柱接合之梁柱接頭，簡稱為「SRC 柱接 SRC 梁」；(2)採用鋼梁與鋼 骨鋼筋混凝土柱接合之梁柱接頭，簡稱為「SRC 柱接鋼梁」。 採用「SRC 柱接 SRC 梁」之梁柱接頭時，為了確保接頭處之應力能夠平順傳 遞，我國 SRC 規範參考日本 AIJ-SRC[8]規範之規定，對梁柱接頭處鋼骨與 RC 部 份所傳遞的彎矩比例作出限制，該限制主要在避免梁柱接頭處 SRC 柱與 SRC 梁內 鋼骨及 RC 部份所分擔之彎矩比例過於懸殊。故規範規定採用「SRC 柱接 SRC 梁」 之梁柱接頭時，接合處之梁與柱中之鋼骨或鋼筋混凝土，其撓曲強度符合以下規 定之一：. 25.
(46) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. (1) 鋼骨部份：. ∑ (M ∑ (M. ). ns C. ≧ 0.6. ns ) B. (3-1). (2) 鋼筋混凝土部份：. ∑ (M ∑ (M. ). nrc C. ). ≧ 0.6. (3-2). nrc B. 其中： ∑(Mns)C = 梁柱接合處所有柱中鋼骨部份之標稱彎矩強度之總和 ∑(Mns)B = 梁柱接合處所有梁中鋼骨部份之標稱彎矩強度之總和 ∑(Mnrc)C = 梁柱接合處所有柱中 RC 部份之標稱彎矩強度之總和 ∑(Mnrc)B = 梁柱接合處所有梁中 RC 部份之標稱彎矩強度之總和 當採用「SRC 柱接鋼梁」之梁柱接頭時，接合處之鋼梁與 SRC 柱中之鋼骨， 其撓曲強度應符合以下之規定：. ∑ (M ∑ (M. ). ns C. ). ≧1.0. (3-3). ns B. 其中： ∑(Mns)C = 梁柱接合處所有柱中鋼骨部份之標稱彎矩強度之總和 ∑(Mns)B = 梁柱接合處所有梁中鋼骨部份之標稱彎矩強度之總和 上述SRC規範8.4.2節中，對於梁柱接頭採用「SRC柱接鋼梁」時，規定其撓曲 強度須符合公式3-3；然而，公式3-3中僅考慮SRC柱內鋼骨撓曲強度與鋼梁撓曲強 度之比值，而將SRC柱內混凝土對撓曲強度之貢獻忽略不計；因此設計上，往往造 成柱斷面過度的浪費，使得設計者寧可採用較難施工的SRC柱接SRC梁，也較不願 選用容易施工的SRC柱接鋼梁。 目前SRC規範在8.4.2節之解說中特別提到，訂定規範時因缺乏充分的研究成 果，所以此處撓曲強度比值暫時採用較保守之1.0規定，若將來有進一步的研究成. 26.
(47) 第三章 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之檢討. 果出現，則可考慮修訂之。因此本研究將探討「SRC柱接鋼梁」時，在接合處之鋼 梁與SRC柱中之鋼骨，其撓曲強度比值之限制須大於1.0之合理性。 另一方面，我國SRC規範[10]於第九章「耐震設計」第9.7.1節「柱之彎矩強度」 中亦有如下之規定： 進行耐震設計時，SRC 構造中各梁柱接頭應滿足下述「強柱弱梁」之要求， 設計時若接頭處有兩方向之梁通過時，兩方向應分別檢討：. ∑M ∑M. C. ≧ 1.2. (3-4). B. 其中：. ∑M. C. ＝ SRC 構架中連接於梁柱接頭處各柱在接頭交接面之標稱彎矩強 度之總和。. ∑M. B. ＝ SRC 構架中連接於梁柱接頭處各梁在接頭交接面之標稱彎矩強 度之總和。. 3.3 國內相關之研究成果 國內在梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」之相關研究方面，初期試體規劃皆依 據我國 SRC 規範[10]規定之柱內鋼骨與鋼梁撓曲強度比值大於 1.0 設計，包括 Weng,. C. C.等人[37]、楊宗翰[43]、徐振益[44]等，其實驗結果均呈現良好之韌性行為。 然而，上述實驗試體設計均符合我國 SRC 規範中對於梁柱接合處撓曲強度比值需 大於 1.0 之限制，並無於實驗中探討其比值之限制是否合理。 由於國內對於採用「SRC 柱接鋼梁」梁柱接頭撓曲強度比值限制之合理性並 無相關之研究，故王榮進等[46]進行了六組大尺寸「SRC 柱接鋼梁」之梁柱接頭試 驗，以實驗探討 SRC 構造之鋼梁與 SRC 柱接合時，於梁柱接頭處 SRC 柱內鋼骨 與鋼梁撓曲強度比值大於 1.0 之合理性，試體規劃之撓曲強度如表 3.1 所示。六組 試體均滿足規範強柱弱梁以及梁柱交會區之設計剪力強度大於其最大需求剪力強 27.
(48) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 度之要求，而 SRC 柱內鋼骨撓曲強度與鋼梁撓曲強度之比值則小於 1.0(介於 0.41 至 0.81 之間)。王榮進等[46]之實驗結果如表 3.2 所示，表中鋼梁之塑性彎矩強度. Mp 為依據拉力試片所得之強度計算；最大彎矩實驗值 Mu,test 則為計算當梁端達最 大載重時於柱面之彎矩值。 六組試體之 Mu,test／Mp 比值皆大於 1.0 (介於 1.02 至. 1.14 之間)，其結果表示六組試體之鋼梁已達其塑性彎矩強度；亦即實驗結果顯示， 即使縮小 SRC 柱內鋼骨尺寸，使 SRC 柱內鋼骨撓曲強度與鋼梁撓曲強度之比值小 於 1.0(介於 0.41 至 0.81 之間)，但由於 SRC 柱內鋼骨部分與 RC 部分能有效的結合， 故梁端傳來之彎矩仍可由 SRC 柱內之鋼骨與 RC 部分共同抵抗，使得鋼梁能發 展出其塑性彎矩強度。. 表 3.1 鋼梁接 SRC 柱接頭撓曲強度. 鋼梁彎矩 鋼柱彎矩. SRC柱 彎矩. 鋼柱與鋼梁撓 曲強度比值. SRC柱與鋼梁 撓曲強度比值. 交會區設 計剪力強 度與最大 需求剪力 強度比值. (Mns)B (kN-m). (Mns)C (kN-m). MC (kN-m). Σ(Mns)C/(Mns)B. ΣMC/Σ(Mns)B. φvVn/Vu. SR0.8-R8. 112. 485. 0.81. 3.53. 1.65. SR0.8-R6. 112. 334. 0.81. 2.43. 1.57. 85. 458. 0.62. 3.33. 1.69. 85. 307. 0.62. 2.24. 1.61. SR0.4-R8. 57. 431. 0.41. 3.14. 1.42. SR0.4-R6. 57. 280. 0.41. 2.04. 1.36. 試體編號. SR0.6-R8 SR0.6-R6. 275. (Mns)B為鋼梁標稱撓曲強度。 (Mns)C為鋼柱標稱撓曲強度。 MC為SRC柱標稱撓曲強度。MC=(Mnrc)C+(Mns)C，其中(Mnrc)C為SRC柱中之RC部分之標稱 撓強度。 Vn為交會區整體之標稱剪力強度，φvVn=φvrcVns+φvrcVnrc Vns為交會區鋼骨腹板之標稱剪力強度。 Vu為試驗時交會區需求之最大剪力，Vu=[(Mns)B/db-tf]-VT，(Mns)B為鋼梁之塑性彎矩， db為鋼梁深度，tf為鋼梁翼板厚，VT為柱所承擔之剪力。 (資料來源：參考書目 46) 28.
(49) 第三章 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」限制之檢討. 表 3.2 鋼梁接 SRC 柱接頭試驗結果. 試體提供剪力強度. 最大需 求剪力 強度(實 驗值). 剪力 強度 比值. Vps (kN). Vprc (kN). Vp (kN). Vu,test (kN). Vu,test/ Vp. 1.10. 630. 1362. 1992. 1330. 0.67. 319. 1.03. 630. 1403. 2033. 1238. 0.61. 318. 1.02. 252. 1529. 1781. 1234. 0.69. 357. 1.14. 630. 1259. 1889. 1387. 0.73. SR0.6-R6. 330. 1.06. 630. 1302. 1932. 1283. 0.66. SR0.4-R6. 320. 1.03. 252. 1441. 1693. 1243. 0.73. 鋼梁塑 性彎矩 強度. 柱面最 大彎矩 (實驗值). 彎矩強 度比值. Mp (kN-m). Mu,test (kN-m). Mu,test/ Mp. SR0.8-R8. 343. SR0.6-R8. 試體編號. SR0.4-R8 SR0.8-R6. 311. Mp為依據拉力試片強度所計算出之鋼梁塑性彎矩強度。 Mu,test為MTS施加之水平載重乘以梁端至SRC柱面之距離而得之彎矩。 Vps為依據拉力試片強度所計算出之鋼梁交會區剪力強度。 Vprc為根據混凝土材料及鋼筋強度所計算出之RC交會區提供剪力強度。 Vp為Vprc與Vprc相疊加。 (資料來源：參考書目 46) 另一方面，六組試體之遲滯迴圈如圖 3.1 所示，雖然圖中顯示在原點附近產生 混凝土束縮的現象，但因為該現象之產生是由於柱面之混凝土遭鋼梁翼板壓碎， 以及梁柱交會區之剪力裂縫所造成，而六組試體之遲滯迴圈仍十分飽滿，因此由 遲滯迴圈可顯示六組試體能發展出良好之韌性行為。 綜合上述討論可發現，採用「SRC 柱接鋼梁」之梁柱接頭時，在符合我國 SRC 設計規範[10]所要求之強柱弱梁比值(SRC 規範第 9.7.1 節)以及梁柱交會區擁有足 夠的剪力強度(SRC 規範第 9.8.1 節)下，即使 SRC 柱內鋼骨撓曲強度與鋼梁撓曲強 度之比值小於 1.0(介於 0.41 至 0.81 之間)，其梁柱接頭仍可發揮良好的強度以及韌 性行為。故現有規範對於採用「SRC 柱接鋼梁」之梁柱接頭，其 SRC 柱內鋼骨撓 曲強度與鋼梁撓曲強度之比值 Σ( M ns ) C / Σ( M ns ) B 需大於 1.0 之規定，應可予以放 寬。 29.
(50) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. (a) SR0.8-R8. (d) SR0.8-R6. (b) SR0.6-R8. (c) SR0.4-R8. (e) SR0.6-R6. (f) SR0.4-R6. 圖 3.1 鋼梁接 SRC 柱接頭反復載重與位移遲滯迴圈圖 (資料來源：參考書目 46). 3.4 日本相關之研究成果 在日本相關研究方面，已有多位學者對於較小的 SRC 柱內鋼骨與鋼梁撓曲強 度比值進行研究，如 Yamashita(2000)等[48]、Okayasu(2000)等[49]、Fukuchi(2002) 等[50]、Imanishi(2003)等[51]與 Oshida(2003)等[52]分別採用不同型式之 SRC 柱與 鋼梁之接頭或對於部分試體之交會區加以補強，以探討接頭之耐震行為，其試驗 結果如表 3.3 所示。 日本學者 Yamashita 等人(2000)[48]進行一組 1/2 縮尺之鋼梁接 SRC 柱接頭試 驗。其試體之 SRC 柱內鋼骨與梁鋼骨撓曲強度比值僅為 0.2，但梁柱接頭仍有良好 之耐震行為。然而，Yamashita 等人研究所用之試體斷面在台灣並不常用，因為其 試體採用單一 H 型鋼，柱內鋼骨之斷面甚小，且鋼梁貫穿 SRC 柱。. 30.
(51) 第三章 SRC 梁柱接頭「撓曲強度比值」之檢討修訂. 表 3.3 日本鋼梁接 SRC 柱接頭之試驗結果 試體名稱 Yamashita et al.. 接頭區補強方式 接合處以擺放較密集之箍. (2000)[48]. 筋增加強度 NO.1 NO.2. 鋼梁與 SRC 柱交界面以 FBP 補強. NO.3. (Mns)C/(Mns)B. Vn/Vu. ΣMC/ΣMB. 破壞模式. 層間變位角 θ (%). 0.20. 1.61. 1.30. 鋼梁達全塑性. 5.0. 0.18. 0.83. 0.62. 0.33. 1.05. 0.62. 0.22. 1.00. 0.74. 0.18. 0.83. 0.62. 接合區上下分別以八角形 NO.4. 柱交界面再以 FBP 補強. Okayasu et al. (2000)[49]. 鐵筐補強，且鋼梁與 SRC. NO.5. 接合區上下分別以圓形鐵 筐補強. 鋼梁與 SRC 柱之交 接面之混凝土在受 壓時遭嚴重破壞，實. 0.18. 0.83. 0.62. 驗結束後交會區也 因剪力而破壞. NO.6. 鋼梁與 SRC 柱交界面以 FBP 補強. 0.12. 0.75. 0.48. 0.12. 0.75. 0.48. 接合區上下分別以八角形 NO.7. 鐵筐補強，且鋼梁與 SRC 柱交界面再以 FBP 補強. (續下頁) (資料來源：本研究整理). 31. 8.0.
(52) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂 32. 表 3.3 日本鋼梁接 SRC 柱接頭之試驗結果(續). Fukuchi et al. (2002)[50]. Vn/Vu. ΣMC/ΣMB. B50-D100. 0.11. 0.61. 0.86. B50-D130. 0.15. 0.68. 0.91. B50-D160. 0.20. 0.74. 0.96. B75-D100. 0.15. 0.62. 0.91. B100-D100. 0.19. 0.63. 0.95. 0.11. 0.61. 0.86. 0.11. 0.61. 0.86. 0.60. 0.80. 1.90. 接頭區剪力破壞，. 8.2. 0.60. 0.22. 1.90. 接合部主筋、繫筋. 3.5. 卜-4. 1.52. 0.70. 2.81. 十-7. 1.30. 1.19. 2.41. 接合處以擺放較密集之箍. 1.30. 0.39. 1.77. 筋增加強度. 0.59. 1.08. 1.88. 0.50. 0.95. 1.10. B50-D100-H50. B50-D100-H30. 接頭區補強方式. 接合處上下以較密集之間 距 50 mm 擺放箍筋 接合處上下以較密集之間 距 30 mm 擺放箍筋. 卜-2 Imanishi et al. (2003)[51]. 層間變位角 θ (%). (Mns)C/(Mns)B. 試體名稱. 卜-3. Oshida et al.. 十-8. (2003)[52]. 十-9 十-10. (資料來源：本研究整理). 接合處以擺放較密集之箍 筋增加強度. 破壞模式. 5.0. 露出. 6.2 8.2. 接頭區剪力破壞，. 8.4. 接合部主筋、繫筋 露出. 7.5 6.0.
(53) 第三章 RC 梁柱接頭「撓曲強度比值」之檢討修訂. 日本學者 Okayasu 等人(2000)[49]進行八組 1/2 縮尺之鋼梁接 SRC 柱接頭試 驗，試體之 SRC 柱內鋼骨與梁鋼骨撓曲強度比值為 0.12 至 0.33。其中五組試體採 用承壓面板(Face Bearing Plate，FBP)補強，兩組試體採用八角形加勁鐵筐補強， 另一組試體則採用圓形加勁鐵筐補強。試驗結果顯示，因補強有效提升接頭區之 強度，故 SRC 柱內鋼骨與梁鋼骨撓曲強度比值即使很小，接頭區能仍發揮優異之 韌性行為。 日本學者 Fukuchi 等人(2002) [50]進行七組鋼梁接 SRC 內柱接頭試驗，其鋼梁 貫穿 SRC 柱，試體之 SRC 柱內鋼骨與梁鋼骨撓曲強度比值為 0.11 至 0.2。試驗結 果顯示每組試體均能達層間變位角 5%弧度，而接合處之強度不致大幅下滑；亦即 表示其接頭區具有良好之韌性行為。 日本學者 Imanishi 等人(2003)[51]進行三組鋼梁接 SRC 邊柱接頭試驗，其中一 組試體交會區內柱鋼骨並無腹板，另外兩組試體之 SRC 柱內鋼骨與梁鋼骨撓曲強 度比值分別為 0.6 與 1.52。實驗結果顯示，除了柱鋼骨無腹板之試體外，其餘試體 皆有良好之韌性行為。 日本學者 Oshida 等人(2003)[52]進行四組鋼梁接 SRC 內柱接頭試驗，試體之. SRC 柱內鋼骨與梁鋼骨撓曲強度比值分別為 1.3、0.59 與 0.5。實驗結果顯示，除 了柱鋼骨無腹板之試體交會區剪力強度不足外，其餘試體皆有良好之耐震性能。 綜合以上多位日本學者之研究成果，發現即便柱梁鋼骨撓曲強度比值小，但 若於梁柱交會區有適當加勁補強或適當之設計，該接頭能保有良好之韌性。而國 內相關之研究亦提出類似建議，故當梁柱交會區之設計滿足現有 SRC 規範相關規 定，則 SRC 柱內鋼骨撓曲強度與鋼梁撓曲強度比值應可適度放寬。. 3.5 日本 AIJ-SRC 規範(2001)相關規定 日本 AIJ-SRC 規範(2001)[8]第四章第 4.20.3 節中對於 SRC 構造梁柱接頭「撓 曲強度比值」之規定如下，當 SRC 構造梁柱接頭內鋼骨部分或混凝土部分之撓曲 強度比值滿足以下公式 3-5 或 3-6，則認定其應力能在梁與柱間平順傳遞： 33.
(54) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. MA ≦ 2.5………………………………………………………...(3-5) sB M A. 0.4 ≦. sC. 0.4 ≦. rC. MA ………………………………………………………………..(3-6) rB M A. 由上述規定中可以發現，日本 AIJ-SRC 規範並沒有如我國 SRC 規範將梁柱接 頭分為「SRC 柱接 SRC 梁」及「SRC 柱接鋼梁」兩種，而是直接檢核鋼骨部分以 及混凝土部分之撓曲強度；亦即當梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」時，SRC 柱內 鋼骨撓曲強度與鋼梁撓曲強度之比值僅需滿足公式 3-5 中 0.4 之下限即可。因此， 我國 SRC 規範對於梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」時，SRC 柱內鋼骨撓曲強度與 鋼梁撓曲強度比值需大於 1.0 之規定過於嚴格，應可參考日本 AIJ-SRC 規範之作法 適度放寬。. 3.6 建議修訂之規範條文與解說 綜合上述國內外相關之研究與學者專家座談會討論之結果，由於目前日本. AIJ-SRC 規範(2001)對於 SRC 構造之梁柱接頭為「SRC 柱接鋼梁」時，鋼梁與 SRC 柱內鋼骨之「撓曲強度比值」下限為 0.4，且國內外相關實驗與研究報告亦顯示此 種梁柱接頭之「撓曲強度比值」小至 0.4 時，其強度及韌性仍有不錯的表現。因此， 本研究小組與大多數學者專家均認為，目前我國 SRC 規範在梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」時， 「撓曲強度比值」限制須大於 1.0 之規定過於嚴格，應可適度放寬。 故本研究小組建議將目前我國 SRC 規範第八章第 8.4.2 節「梁與柱接合處之撓 曲強度比」之本文與解說中，有關梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」時之「撓曲強 度比值」限制，參考日本 AIJ-SRC 規範之作法予以放寬，但由於日本規範對韌性 之要求較低，故乃建議放寬之幅度略縮減為 0.6；亦即將原有規範對於採用「SRC 柱 接 鋼 梁 」 之 梁 柱 接 頭 ， 其 SRC 柱 內 鋼 骨 撓 曲 強 度 與 鋼 梁 撓 曲 強 度 比 值. Σ( M ns ) C / Σ( M ns ) B 需大於 1.0 之規定適度放寬至 0.6，修改後之本文與解說如下 (以下建議修改之規範條文與解說，內容以「細明體」之字型表示)：. 34.
(55) 第三章 RC 梁柱接頭「撓曲強度比值」之檢討修訂. 8.4.2. 梁與柱接合處之撓曲強度比. 1. 採用鋼骨鋼筋混凝土梁與鋼骨鋼筋混凝土柱接合時，在接合處之梁 與柱中之鋼骨或鋼筋混凝土，其撓曲強度應符合以下規定之一：. (1) 鋼骨部分：. ∑ (M ∑ (M. ). ns C. ). ≧ 0.6. (8.4.1). ns B. (2) 鋼筋混凝土部分：. ∑ (M ∑ (M. ). nrc C. ). ≧ 0.6. (8.4.2). nrc B. 2. 採用鋼梁與鋼骨鋼筋混凝土柱接合時，在接合處之鋼梁與鋼骨鋼筋 混凝土柱中之鋼骨，其撓曲強度應符合以下之規定：. ∑ (M ∑ (M. ). ns C. ). ≧ 0.6. (8.4.3). ns B. 其中：. ∑ (M ns )C = 梁柱接合處所有柱中鋼骨部分之標稱彎矩強度之總和 ∑ (M ns ) B = 梁柱接合處所有梁中鋼骨部分之標稱彎矩強度之總和 ∑ (M nrc )C = 梁柱接合處所有柱中鋼筋混凝土部分之標稱彎矩強度之 總和. ∑ (M nrc )B = 梁柱接合處所有梁中鋼筋混凝土部分之標稱彎矩強度之 總和 解說：(…原規範解說之第一段保留不變。) 對於 SRC 構造之梁柱接頭為「SRC 柱接鋼梁」時之鋼梁與 SRC 柱內鋼 骨之「撓曲強度比值」的限制方面，由於目前日本 AIJ-SRC 規範[8]對於 此種梁柱接頭之「撓曲強度比值」下限為 0.4，且根據王榮進等之實驗結 果[46]與國外相關實驗與研究報告[48~52]顯示此種梁柱接頭之「撓曲強. 35.
(56) 鋼骨鋼筋混凝土構造(SRC)設計規範之檢討修訂. 度比值」小至 0.4 時，其強度及韌性的表現良好。因此，先前我國 SRC 規範對於梁柱接頭採用「SRC 柱接鋼梁」時之「撓曲強度比值」限制須 大於 1.0 之規定顯得過於嚴格，應可適度放寬；但由於日本規範對韌性 之要求較低，故乃建議公式 8.4.3 之梁柱接頭「撓曲強度比值」放寬幅度 略縮減為 0.6。. 36.
數據
![圖 3.1 鋼梁接 SRC 柱接頭反復載重與位移遲滯迴圈圖 (資料來源：參考書目 46) 3.4 日本相關之研究成果 在日本相關研究方面，已有多位學者對於較小的 SRC 柱內鋼骨與鋼梁撓曲強 度比值進行研究，如 Yamashita(2000)等[48]、Okayasu(2000)等[49]、Fukuchi(2002) 等[50]、Imanishi(2003)等[51]與 Oshida(2003)等[52]分別採用不同型式之 SRC 柱與 鋼梁之接頭或對於部分試體之交會區加以補強，以探討接頭之耐震行為](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8907608.259377/50.892.138.749.124.766/鋼梁接日本相關之在日本相關柱內鋼骨與鋼梁撓曲強究如試體行為.webp)
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