超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬

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(1)超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬. 內政部建築研究所協同研究報告中華民國 98 年 12 月.

(2) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬. 研究主持人：林建宏協同主持人：廖慧明研究員：邱昌平、蔡江洋、鄒本駒. 內政部建築研究所協同研究報告中華民國 98 年 12 月.

(3) 目次目次圖次摘要第一章緒論第一節研究緣起與背景第二節研究範圍及方法第三節預期目標. Ⅱ Ⅲ 1-1 1-6 1-8. 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性第一節使用高強度材料之注意點第二節使用高強度鋼筋混凝土建築的基本條件第三節高強度鋼筋混凝土構材之特性第四節預鑄混凝土構材之結構性能要求與施工要點第五節超高層鋼筋混凝土建築之耐震設計第六節製造與施工管理. 2-14 2-15 2-17. 第三章結論與建議第一節結論第二節主要建議事項. 3-1 3-1 3-3. 附件一. 新世代超高強度鋼筋混凝土造建築技術研討會座談會內容紀錄. 附件二. 工作會議紀錄. 附件三. 98 年度建築產業技術發展計畫協同研究計畫甄選會議記錄. 附件四. 期中審查會議紀錄. 附件五. 期末審查會議紀錄. 參考書目附錄超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針( 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針(草案) 草案). I. 2-1 2-8 2-9.

(4) 圖次圖次圖 1.1.1 日本建築中心(BCJ)之性能評估流程圖. 1-5. 圖 1.2.1 研究流程圖. 1-7. 圖 2.1.1 各種鋼材之應力-應變關係. 2-5. 圖 2.1.2 高強度鋼筋之要求性能. 2-5. II.

(5) 摘要摘要關鍵字：關鍵字：超高強度鋼筋混凝土、預鑄混凝土構材、塑鉸、降伏機構高強度鋼筋混凝土構造之建築，可節約構材材料，增加室內可利用空間，有利於四、五十層以上的高層建築發展，於日本已為普遍應用的技術，但在國內尚乏實際案例，如予引進，必須有審慎的對策，初期宜視為新技術新工法來處理，故本研究案所列條文及解說，係以指針(Guideline)亦即準則的模式呈現。特別是施工者與設計者之間對於引用本指針，應有全盤的瞭解，並有共同的認知之智能與技術，不得斷章取義，未能引用之部分，須有具體的資料或實驗，證明其另行採用的技術為安全無虞。一、緣起鋼筋混凝土(RC)結構勁度較大，高樓居住品質之服務性相對較佳，且材料便給，成為建築投資者、住戶所青睞。是以，國內建築以 RC 結構為主要建材，佔建築總量之 85%以上。工程技術上，因為一直援用美國 ACI 設計施工規範，三十幾層之高層建築已為極限，且大量的耗用砂石、水泥，對自然環境影響頗大，故常被誤認為不夠環保建材。鄰國-日本，自 1988 年度開始積極推動高強度鋼筋混凝土研究發展計畫，為五年期的國家型研究計畫，簡稱 New RC 研究計畫，其主要成果有高強度鋼筋混凝土用材料之開發、施工基準之開發、結構性能評估方法之開發、設計方法之開發等。將重點置於地震時之動態行為的設計體系，要求安全率的明確化。國內高強度混凝土及鋼筋材料產製技術也漸成熟，無須太多重複的研究下，除可參考日本研究應用的成果，援引有關設計施工經驗，應可儘速導入超高強度鋼筋混凝土建築技術，促進國內 New RC 建築之應用發展。二、研究方法說明超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬，可整合國內外之相關研究，建議出合乎國內需求之設計施工指針，將超高強度鋼筋混凝土的品質管理、施工計畫等具體化，混凝土建築之非線性構架分析明確化。有助於國內使用超高強度鋼筋混 III.

(6) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬凝土的發展及確保鋼筋混凝土建築施工品質之提升。研究之具體做法為彙整國內相關之研究成果，並參考日本建築研究所之 New RC 計畫研究內容、日本建築學會出版之各種相關指針及日本建築中心「高層 RC 建築技術審查會」之審查內容及機制，擬定國內適用的設計及施工指針。同時建議國內須進行的研究項目，包括結構分析方法、構材性質實驗、高強度構材與構造之材料製作及施工技術等，商請學術單位及相關業者參與實際之研究，研究過程中邀請專家學者以座談方式檢核指針之可行性。三、初步研究成果摘述超高強度鋼筋混凝土建築使用高強度混凝土和高強度鋼筋，有效率的組成構材，由於構材斷面的縮小或構材數之減少等，可合理的進行 RC 造建築物的設計。但是，高強度材料比起一般強度之材料有韌性降低的傾向等，因此處理上有很多必須注意的地方。進行設計時必須首先充分理解材料的性能。此外，高強度材料從製造到施工必須有充分的品質管理，所以也必須有對應的施工體制及品質管理體制。高強度混凝土設計上的要求性能為，混凝土的抗壓強度及影響建築物勁度的彈性模數等。其中，彈性模數隨著混凝土強度而變化，但根據使用骨材的種類也會不同必須注意。其抗壓強度隨著水灰比的降低而提高，而併用矽灰等混合材，使用硬質骨材時，即使相同水灰比也可得到更高的強度。此外，高強度混凝土的品質受到使用材料品質變動的影響很大。特別是骨材表面水的安定化很重要。高強度鋼筋為，比普通強度的鋼筋強度高、斷面縮小等可有效率的形成構材。另一方面，有伸長、彎曲加工性能以及焊接性能降低的傾向。必須理解此特徵，合理的使用方法、適切的施工及品質管理。一般鋼筋的續接有搭接續接、瓦斯壓接續接、焊接續接及機械式續接等各種續接。而高強度鋼筋，根據成分調整和控制延壓及熱處理所製造，瓦斯壓接及焊接續接等加熱類型的續接，其鋼筋母材的金屬組織將起變化，很難得到與母材同等的強度，因此一般使用套管續接或注漿續接等機械式續接器。建議之耐震設計法除確認對於中小度地震防止結構構材及非結構構材產生損壞、對於設計地震防止結構體嚴重損壞、最大考量地震結構物不致崩塌外，同時採用靜力彈塑性分析(Pushover)確認架構的降伏機構及樓層極限剪力強度。對於確認高層結構物之安全性建議採用動力歷時分析。關於結構物的動力歷時分析，當然以 IV.

(7) 摘要構材模型最為精準和直接，但是卻須較長計算時間和龐大的記憶容量，因此實際上經常採用，將整體建築物進行側推分析後，定出各樓層等值彎曲剪力型(質點系)之恢復力特性，再針對輸入地震進行彈塑性分析。判斷建築物和地盤動力互制作用大時，也考慮其影響加入分析模型內。工程的管理重要的是施工中的過程(施工計畫、施工管理、安全對策、法令遵守等)，因此詳細之施工計畫書的製作以及其後適宜的修正相當重要的。施工計畫書之內容可包括①工程概要，②計畫工程表，③現場組織表，④安全管理，⑤指定機械，⑥主要資材，⑦施工方法(含使用機械、臨時設備計畫、工程用地等)，⑧施工管理計畫，⑨階段確認、隨時檢查計畫，⑩緊急時之體制及對應，⑪交通管理計畫，⑫環境對策，⑬現場作業環境之整備，⑭再生資源利用之促進和建設副產物之適正處理方法，⑮其他。四、初步研究結論透過本研究得到下述之結論： (1) 本研究研擬的超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針，可供業界推展超高強度鋼筋混凝土建築構造的指引，依循其設計施工之要求與要點的指導，引進開發優質的建築個案；個案之設計施工依工程目標與特色，仍有其發揮的空間，其中需要的特別細部要求，宜另訂個案的規範，以為其執行的基本依據。 (2) 對於超高層建築，如擬設計的建築物形狀複雜，因載重、應力、變形不能明確的計算，本指針中特別提示，應注意不要進行設計此類建築物，亦即不適用本指針。 (3) 超高強度鋼筋混凝土構造，可以有效的縮小結構構材斷面尺寸，大幅減少混凝土與鋼筋用量，合於國內推動節能減碳的政策目標，值得大力推動。惟其將常應用於高層建築，在施工時絕大多數以預鑄或半預鑄工法來實現，在設計施工上對於精確度必須更加嚴格的要求。 (4) 配合本案的研究，台灣混凝土學會在相關團體的支援下，對超高強度鋼筋及高強度混凝土材料的開發應用上亦已進行有關研究探討，為使高強度鋼筋的生產本土化，業界已研發並能夠產製高強度鋼筋。而在高抗壓強度混凝土方面，過去研發成果已在國內應用多年，早有相當多的業績與成功範例。只要進一步結合產官 V.

(8) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬學研之力道，加強專業督導培訓與品質管理，有計畫的推展，預期超高強度鋼筋混凝土建築應得以在短中期期間於國內生根增長。 (5) 超高強度鋼筋混凝土建築於 1988~1993 年間日本曾以專案計畫進行一系列的研究發展；其後於實用階段，業界大型的建設公司亦有大量的開發研究個案，值得借鏡。國內在推動超高強度鋼筋混凝土構造之際，可以蒐集參考其相關的成果，不用實施太多的研發工作，但較屬於本土化，或國內創新的案例，或應用特別的材料、工法部分，乃需要實驗予以檢驗測試、證明其適用性。. VI.

(9) 摘要 ABSTRACT Keywords: super-high strength reinforced concrete, structural member performance, precast concrete design, construction, yield mechanisms Highrise building with high-strength reinforced concrete construction (New RC) has many advantages such as material saving of structural members, increase of available interior spaces, feasibility of technique and cost-down of 50-story and above for highrise buildings. Such construction has been prevailed in Japan for more than 15 years, but there is still no any application in Taiwan. It shall be considered as a new technique construction method as well as new materials and shall be applied with precautions. All the sections and the related commentaries presented herein are defined as “guidelines” instead of “building code”. These guidelines shell be carefully followed by a jointly- correlated contractor and design group with profound knowledge and careful skills. If any special design or construction method may be new or may not be a well-developed one, then a series of experimental proof-tests are required. 1. Development of “New RC” –its history background Up to now, more than 85% of buildings in Taiwan are mainly reinforced concrete construction. Its greater stiffness or its relative better serviceability as well as its easy acquisition make it so popular among investors and consumers. According to the local building code, comparative low strength of RC structure is allowed to use which resulted in the building height to around 40 stories. Besides, common RC structure is also a non-Eco material because it consumes tremendous amount of aggregates and cement and makes a negative impact to the environments. The so-called “New RC” research project in Japan, conducted in 1988~1993 and fully developed and applied in the construction of super-high rise buildings afterwards, has been emphasized on the manufacture of super-high strength concrete and reinforcing bars, the. VII.

(10) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 structural behaviors, the sophisticated analytical and design methods, to ensure structural safety under seismic motions, and the right and effective construction methods and managements, and so on. The success of “New RC” technology in Japan can be transferred to Taiwan with less effort at this right time. 2. Brief description and the output of research project Outlines and major important features of “New RC” are introduced herein, which are included as the compositions and physical properties of high-strength concrete and bars, the proposed structural plan of a high-rise building, basic structural member performances and their evaluations by tests, the analytical and design methods required, precast members, special manufacture or construction methods which are suitable and time-saving for highrise. Japanese scholars and experts were invited to deliver from topics related and conveyed their experiences in an arranged seminar that is aimed at the promotion of “New RC” application in Taiwan. 3. The important features of the outlines a.. About high-strength concrete of 30~150 N/mm2 To increase the strength of binder and the use of selected aggregates with high strength make it possible to obtain high-strength concrete, which require also a series of tests and many propertied quite different from ordinary concrete can also be found.. b. About high strength Re-bars Proposed standards for high strength rebars similar to USD 685A, USD 685B, USD980 as axial reinforcement for beam and columns used in Japan are introduced. c. About New RC structural elements The structural behaviors of beams and columns of a high-rise building. VIII.

(11) 摘要 should be well understood in order to execute a more accurate analytical analysis of the whole structure under seismic motions specified. So the development of evaluation methods or experimental works become necessary. d. Special techniques of precast concrete manufacture and construction methods as well as construction managements are also presented. Acknowledgement Thank to the financial support from Building Research Institute and all the help and opinions contributed to the completion of this project.. IX.

(12) 第一章緒論第一章緒論第一節研究緣起與背景 1971 年 2 月 9 日美國加州發生 San Fernando 地震以後，加州結構技師協會(SEAOC)首先提出有關鋼筋混凝土造抗彎矩韌性立體剛構架之耐震設計法之修訂。此修訂是引用上述地震之 RC 建築結構災害實況調查報告及 PCA 研究所(Portland Cement Association Research Laboratory) RC 抗彎矩韌性立體剛構架實驗報告而所制訂的。此後 1972 年 L.A 市完全採用上法。U.B.C 也同時增加此鋼筋混凝土造抗彎矩韌性立體剛構架之有關耐震設計法。在台灣 1974 年內政部全盤修訂了建築技術規則，其 4 章耐震規範部份就是參考 UBC 之規定。規則內有關鋼筋混凝土造抗彎矩韌性立體剛構架之特別規定完全參照 UBC 之規定。此法引進當時至 1980 年代尚未考慮台灣的地震本土鋼筋混凝土產業之水準，及本土鋼筋混凝土韌性耐震結構之強度與韌性等之實驗證明。歷經 1985 年花蓮地震及 1999 年集集大地震以及 331 地震，如果確有依此韌性立體剛構架耐震觀念設計之建築並未聞有嚴重之破壞與倒塌。倒是有很多未依此基本耐震設計觀念而興建的 RC 高層建築嚴重的破壞與倒塌。日本跟我們一樣開始是參照 1971 年 SEAOC 之規範作為他們發展的起步。並重新研究鋼筋混凝土造抗彎矩韌性立體剛架。國內對使用此鋼筋混凝土造抗彎矩韌性立體剛構架之設計規範應也有 30 多年應該不陌生，建築物高度也受限於當時美國 160 英尺之規定。這麼多年來，此種韌性立體剛構架被質疑著即其韌性配筋之複雜與施工難度。. 1- 1.

(13) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬此鋼筋混凝土造抗彎矩韌性立體剛架之耐震設計法在日本 1980 年代引起產官學界特別之注意，因日本土地狹小住宅高層化。此法耐震能力相當高，如能提昇鋼筋混凝土構材之高超強度化，所需材料尺寸縮小有節能減碳之效果，以日本的工業能力應可成功此新鋼筋混凝土高層建築之計劃(New RC 計劃)。此為日本新 RC 公寓或稱 Hi-RC 公寓之開始國內平地少約 3/4 為山坡地，在 1/4 之平地上住宅高層化比日本更迫切需要。本案以國內的經驗與能力提出指針案更能反應我們的 NEW RC 公寓技術之研發應可以比美日本美國的技術與各界的成就。鋼筋混凝土(RC)結構勁度較大，高樓居住品質之服務性相對較佳，且材料便給，成為建築投資者、住戶所青睞。是以，國內建築以 RC 結構為主要建材，佔建築總量之 85%以上。工程技術上，因為一直援用美國 ACI 設計施工規範，三十幾層之高層建築已為極限，且大量的耗用砂石、水泥，對自然環境影響頗大，故常被誤認為不夠環保建材。高強度鋼筋混凝土構造之建築，可節約構材材料，增加室內可利用空間，有利於四、五十層以上的高層建築發展，於日本已為普遍應用的技術，但在國內尚乏實際案例，如予引進，必須有審慎的對策，初期宜視為新技術新工法來處理，故本案所列條文及解說，係以指針(Guideline)亦即準則的模式呈現。特別是施工者與設計者之間對於引用本指針，應有全盤的瞭解，並有共同的認知之智能與技術，不得斷章取義，未能引用之部分，須有具體的資料或實驗，證明其另行採用的技術為安全無虞。鄰國-日本，自 1988 年度開始積極推動高強度鋼筋混凝土研究 1-2.

(14) 第一章緒論發展計畫，為五年期的國家型研究計畫，簡稱 New RC 研究計畫，其主要成果有(1)高強度、超高強度鋼筋混凝土用材料之開發，開發出高強度的混凝土(強度介於 30 至 150N/mm2)及鋼筋(強度介於 400 至 1200N/mm2)，同時製作出其性能評估的試驗方法及判定基準。(2)施工基準之開發，製作出 New RC 施工基準，以別於以往的施工基準，主要之差異為結構體混凝土強度之想法及強度規定。(3)結構性能評估方法之開發，作為混凝土和鋼筋之複合體的鋼筋混凝土，提案有關握裹、錨定、圍束效果、2 方向應力下之平板強度等評估式，將適用範圍擴大到高強度。(4)設計方法之開發，將重點置於地震時之動態行為的設計體系，要求安全率的明確化。目前於日本東京首都圈，應用超高強度 RC 於五十餘層樓超高層建築已習以為常，大幅節約工程材料，環保效益彰顯；而且採用預鑄構材的積層工法施作，工期可縮短，蔚為風氣，值得國內借鏡。國內高強度混凝土及鋼筋材料產製技術也漸成熟，無須太多重複的研究下，除可參考日本研究應用的成果，援引有關設計施工經驗，應可儘速導入超高強度鋼筋混凝土建築技術，促進國內 New RC 建築之應用發展。為加強國人對此 NewRC 之認識，由財團法人台灣建築中心與台灣省土木技師公會主辦，內政部營建署、內政部建築研究所及行政院公共工程委員會之指導下，於 2007 年 7 月 26 日、27 日各在台北、高雄舉辦了「新世代超高強度鋼筋混凝土構造工程技術研討會」，邀請日本學者、專家就 New RC 的發展、結構計畫及分析方法、結構安全的評估方法以及施工實例進行精闢的演講。同時邀請日方專家與國內產官學各界代表舉辦一場座談會，對於 1- 3.

(15) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 New RC 之相關事項提出問題討論，該座談會之書面紀錄如附件一，可供參考。本研究為了進一步讓國內產官學研單位之專家學者了解日本超高層建築之發展而於 98 年 9 月 23 日由廖慧明（主持人）邀請四位日本最資深之學者專家來台，於新時代超高層鋼筋混凝土構造工程技術第二次研討會演講四個課題(詳參考書目 25)，對於結構計劃和耐震設計的現況和性能評價（相當於我國之特殊結構審查）都有相當深入之介紹。同時介紹了高層建築物由大臣（相當於內政部長）之認定件數（RC 超高層約佔一半，其他還有 CFT、隔減震等構造），技術之變遷、構造種別之推移，混凝土強度與建物高度之關係，主筋及剪力筋強度之使用範圍，固有週期之分佈（約 1,200 棟）等，並包括日本建築中心（BCJ）性能評估之流程（參考圖 1.1.1）以及「超高層建築物之性能評估作業辦法」(如參考資料一)，另外「超高層鋼筋混凝土造之施工計畫及管理」課題，提供現場預鑄工法的相關資訊(如參考資料二)。國內目前已有產業界與學界實質進行 New RC 之相關研發與類似預鑄構材積層工法之應用。為進一步促成國內產官學研能早日使用超高強度之混凝土與鋼筋於高層建築，本研究乃著重於其設計與施工指針(或稱基準)之研訂，此處所謂指針並非一種能定義所有技術細節的類型，而是僅於實際設計和施工上給予基本原理的想法。這種軟性類型指針偏向全世界傾向發展的性能設計。希望各界在此領域發展與應用時可資遵循參考。. 1-4.

(16) 第一章緒論. 接受申請. 審查委員會(註 1)【接受簡報】. 註1 ● 以大學教授為主要成員之評價員 15~16 位構成。 ● 對申請內容提出意見。. 個案評價會(註 2). 審查委員會（個案評價會之報告）. ● 超高層委員會：2 回/月. 註2 ● 評價員 2~3 位組成。 ● 申請內容詳細審查後提. 性能評價書發行. 出意見、待修正後再審查。. 大臣認定申請. 圖 1.1.1 日本建築中心(BCJ)之性能評估流程圖. 1- 5.

(17) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬第二節研究範圍及方法研究範圍及方法超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬，可整合國內外之相關研究，建議出合乎國內需求之設計施工指針，將超高強度鋼筋混凝土的品質管理、施工計畫等具體化，混凝土建築之非線性構架分析明確化。有助於國內使用超高強度鋼筋混凝土的發展及確保鋼筋混凝土建築施工品質之提升。研究範圍針對下述各項： ‧ 超高強度鋼筋混凝土設計施工相關研究之收集檢討。 ‧ 超高強度鋼筋混凝土設計外力之設定與應力、變形反應之界限。 ‧ 超高強度鋼筋混凝土構材之非線性歷時分析方法。 ‧ 等同現場澆置之預鑄混凝土結構設計之要求。 ‧ 超高強度構材之製作及品質管理。 ‧ 超高強度鋼筋混凝土品質管理與施工計畫之製作要求 ‧ 超高強度鋼筋混凝土預鑄工法之規劃與施工管理之規定。研究之具體做法為彙整國內相關之研究成果，並參考日本建築研究所之 New RC 計畫研究內容、日本建築學會出版之各種相關指針及日本建築中心「高層 RC 建築技術審查會」之審查內容及機制，擬定國內適用的設計及施工指針。同時建議國內須進行的研究項目，包括結構分析方法、構材性質實驗、高強度構材與構造之材料製作及施工技術等，商請學術單位及相關業者參與實際之研究，研究過程中邀請專家學者以座談方式檢核指針之可行性。研究之流程如圖 1。. 1-6.

(18) 第一章緒論. 研究動機及目的. 研究範圍內容及預期成果. 國內相關研究彙整. 日本 New Rc 計畫. 設計研究項目選定. 日本相關指針彙整設計施工指針架構及內容擬定. 施工研究項目選定. 內容修正及條文化. 提出結論及建議. 圖 1.2.1 1.2.1 研究流程圖. 1- 7.

(19) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬第三節預期目標本研究案之預期目標如下： 1. 完成超高強度鋼筋混凝土設計建議指針編輯。 2. 完成超高強度鋼筋混凝土施工建議指針編輯。 3. 建議未來超高強度鋼筋混凝土實驗研究課題方針。 4. 超高強度鋼筋混凝土施工、營運管理與人員培訓建議。. 1-8.

(20) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性第二章超高強度鋼筋混凝土建築超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性鋼筋混凝土建築之特殊性第一節使用高強度材料之注意點本章所提及超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性為，其於設計、製造與施工上之特點與特別要求。超高強度鋼筋混凝土建築使用高強度混凝土和高強度鋼筋，有效率的組成構材，由於構材斷面的縮小或構材數之減少等，可合理的進行 RC 造建築物的設計。但是，高強度材料比起一般強度之材料有韌性降低的傾向等，因此處理上有很多必須注意的地方。進行設計時必須首先充分理解材料的性能。此外，高強度材料從製造到施工必須有充分的品質管理，所以也必須有對應的施工體制及品質管理體制。 (1) 高強度混凝土高強度混凝土於製造‧搬運‧澆置過程中必須有充分的品質管理。各工廠可能製造的強度範圍及品質有時差異很大。因此必須有對應的施工體制及品質管理體制。採用高強度混凝土時，重點為，具有要求性能(混凝土強度及彈性模數)之高強度混凝土能安定的製造‧供給，具有所定品質之混凝土可容易施工。設計上的要求性能為，混凝土的抗壓強度及影響建築物勁度的彈性模數等。其中，彈性模數隨著混凝土強度而變化，但根據使用骨材的種類也會不同必須注意。其抗壓強度隨著水灰比的降低而提高，而併用矽灰等混合材，使用硬質骨材時，即使相同水灰比也可得到更高的強度。此外，高強度混凝土的品質受到使用材料品質變動的影響很大。特別是骨材表面水的安定化很重要，選擇預拌混凝土工廠時，必須考慮具有屋頂的儲藏場等，能充分管. 2- 1.

(21) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬理骨材表面水的工廠。必須確保作為結構體混凝土中之抗壓強度的設計強度。柱等斷面大的構材，初期因為水泥的水化熱使構材溫度上升。此種溫度上升隨水泥量大而增高，即溫度愈高強度愈高。此種結果，導致澆置高強度混凝土的結構體內部強度，與強度管理用標準試體(直徑 10cm，高度 20cm)不同，初期高而長期上升變小。因此，超高強度混凝土，必須事先以構材模型等調查構材強度和標準試體之關係，將其反應於配比計畫和結構體強度管理上。此外，構材初期產生高溫，及大量水泥的水化反應，引起混凝土硬化時之收縮。其結果，受到柱筋兩端拘束的梁等中央附近，有時會發生龜裂，應該注意。高強度混凝土比起一般強度的混凝土，黏性高為其特徵之一。因此強度確保的同時，確保製造、搬運、現場澆置可能的混凝土流動性也是重點。水灰比小，水泥量愈多的配比，混凝土的黏性變更高。因此強度愈高，攪拌效率愈低，坍度小的時候澆置也變得困難。高強度設定較大坍度，但因黏性高，不會如普通強度產生骨材分離及浮漿的危險性。60N/mm2 以上的超高強度採用坍度流來測定管理的方法。具有高流動性之高強度混凝土，由於高性能 AE 減水劑的進步而達到製造可能性。此混合劑具有長時間保持高流動性的優點，為現場澆置之高強度混凝土不可欠缺的材料。矽灰的使用不僅提高混凝土強度，也有降低黏性改善施工性的效果，為 100N/mm2 等級重要的結合材。混凝土滿足所定的品質，及具有適切的施工性等，必須根據試拌合及施工試驗加以確認。試拌合為使用實機設備來實施。試拌. 2-2.

(22) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性合時，確認水灰比和抗壓強度的關係，結構體混凝土強度、空氣量、坍度和坍流度，來判斷工作性。此外，確認混凝土的彈性模數及單位體積重量滿足設計時所設定的值。必要時，幫浦壓送性‧ 澆置搗實性‧表面完成性‧養護方法等根據施工試驗加以確認。要安定的製造這種高強度混凝土，具有優良設備、材料、技術力和實績的預拌混凝土工廠的協力是不可欠缺的，根據事前的調查及試拌合，從 GRMC(預拌混凝土廠驗證制度)認定工廠中選定。施工計畫上混凝土的澆置計畫為重點。現場內混凝土之搬運利用混凝土幫浦時，配管之壓力負載有變高、流動性降低的情形，必須根據事前的實驗等來確認。使用吊桶的情形這種問題較少，適用例較多。因為混凝土具有高黏性，澆置高度及澆置速度必須考慮混凝土的工作性和配筋狀況，於可充分搗實的範圍內進行。混凝土的澆置方法可選擇垂直(V)水平(H)分離澆置，或 VH 一體澆置的任一種。使用高強度混凝土之建築物配筋量多，大多採用 VH 分離澆置。一體澆置的情形，必須考量可充分的搗實。澆置續接處儘可能位於剪力小的地分，選定不會導致耐久性及水密性降低的位置‧形狀及施工方法。採用高強度混凝土時，有時會變更柱和梁‧樓板的混凝土強度。這種情形時，一般而言柱的混凝土強度將為較高強度，所以澆置續接位置設於比柱面略擴大的位置。高強度混凝土的黏性高，表面的泥水整平較難。此外，幾乎沒有浮漿，表面容易乾燥，容易發生細微龜裂。因此必須以灑水等濕潤養護。為避免施工上的缺點，以及材料總造價的降低，即使柱使用 60N/mm2 以上的超高強度混凝土，梁、樓板為 48N/mm2 以下的結構計畫例很多。這種情形下，必須考量不同強度混凝土分別 2- 3.

(23) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬澆置的技術。施工時之高強度混凝土的品質管理‧檢查，是否確保設計強度為重要的管理項目。結構體混凝土之抗壓強度為，從結構體鑽心取樣之試體或具有類似強度特性之試體(與鑽心試體強度之強度關係明確把握時之標準養護試體等)的抗壓強度來判定。此外，混凝土密實填充的確認為 RC 結構體之檢查時基本的管理項目。特別是澆置續接部分容易成為弱點，應注意品質的確保使其不會損及耐久性或結構體的連續性。高強度混凝土的使用時，配比‧搬運‧澆置‧品質管理等，混凝土全盤必須有高度的專門判斷。為求得品質安定精度高的結構體，設計者、施工者、專門業者必須組織品質管理體制來對應。. (2) 高強度鋼筋高強度鋼筋為，比普通強度的鋼筋強度高斷面縮小等可效率的形成構材。另一方面，有伸長、彎曲加工性能、焊接性能降低的傾向。必須理解此特徵，合理的使用方法、適切的施工及品質管理。而日本 New RC 計畫案以前，曾因為下述理由，鋼筋的高強度化不大被嘗試製作。 a.高強度剛棒因為塑性延伸少，無法期待其塑性變形。 b.即使期待高強度化，由撓度或開裂所決定之構材，無法降低必要鋼筋量。 c.以高強度鋼筋為主筋之構材，其實驗資料並未充分的累積。鋼材一般而言,強度愈高降伏平台愈窄，破斷時之應變也變小 (圖 2.1.1)。. 2-4.

(24) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性. 圖 2.1.1 各種鋼材之應力-應變關係【資料來源：參考書目 16】. 另一方面，於靜不定結構的建築物，至少希望主筋有明顯的降伏平台及一定的延伸率(圖 2.1.2). 圖 2.1.2 高強度鋼筋之要求性能【資料來源：參考書目 16】. 2- 5.

(25) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬高層 RC 造建築物，有時主筋使用 SD685、箍筋使用 SD785，有關這些鋼筋的品質可參照指針(案)第三章 3.5 之說明。鋼筋的續接有搭接續接、瓦斯壓接續接、焊接續接及機械式續接等各種續接。而高強度鋼筋 SD685，根據成分調整和控制延壓及熱處理所製造，瓦斯壓接及焊接續接等加熱類型的續接，其鋼筋母材的金屬組織將起變化，很難得到與母材同等的強度，因此一般使用套管續接或注漿續接等機械式續接器。 (3) 高強度混凝土與鋼筋複合構材之特性 a.混凝土普通混凝土為，將粗骨材、細骨材以水泥漿膠結凝固之構造材料，其強度根據膠結材料之水泥漿的濃度、即水灰比(W/C)而決定。普通混凝土的抗壓強度約 20~30N/mm2。普通混凝土的抗拉強度約為抗壓強度之 10 分之 1。將抗壓試驗用混凝土圓柱體橫置，利用抗壓強度為抗拉強度 10 倍以上的特性，以割裂試驗可簡單求出抗拉強度。普通混凝土之基本特性剪力強度，根據中空圓柱體的扭轉試驗求得，約為抗壓強度的 10 分之 1。抗壓強度 20~30N/mm2 之普通混凝土，達到抗壓強度時之軸向應變約 0.0020~ 0.0015，抗壓強度 100N/mm2 左右之高強度混凝土則約 0.0025，有若干變大的傾向。抗壓強度 20~30N/mm2 之普通混凝土其彈性模數約為 2.5~3.0 x104N/mm2，高強度混凝土的彈性模數隨強度上升而變大，100N/mm2 等級之高強度混凝土約為 5.0x104N/mm2，此與鋼材不同為混凝土的大優點。. 2-6.

(26) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性高強度混凝土之抗拉強度約為抗壓強度的 1/15~1/20。強度愈高有較小的傾向。高強度混凝土抗拉強度和抗壓強度之比率，與普通混凝土之 1/10 比較為較小的 1/15~1/20，因此高強度混凝土帶給人有覺得較脆性的印象。 b. 鋼筋普通鋼筋混凝土所用之剛棒通過約 2%左右之降伏平台後，進入硬化區，達到增加降伏應力約 5 成的抗拉強度(降伏比 1.5)，30% 以上的伸長率後，產生大的斷面縮小而破壞，顯示出典型的韌性破壞。隨著含碳量的增加抗拉強度增大，但是降伏平台消失，伸長率減少。碳量 0.4%時伸長率為 20%，碳量增加到 0.5%時伸長率為 10% 以下，不會產生斷面縮小，呈現脆性破壞。根據日本實驗研究，高強度混凝土梁使用高強度鋼筋確實會提高其彎曲抵抗，而普通強度混凝土梁使用高強度鋼筋並無法提升其彎曲抵抗力，卻有高強度鋼筋破壞之危險性。高強度鋼筋混凝土梁使用普通強度鋼筋，其彎曲抵抗無法上升，並無任何效果。結果顯示，高強度混凝土梁應使用高強度鋼筋，普通強度混凝土梁則使用普通強度鋼筋，才為適切的使用方法。. 2- 7.

(27) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬第二節使用高強度鋼筋混凝土建築的基本條件使用高強度鋼筋混凝土建築的基本條件 RC 結構的優點有許多，而其中之一重點為比其他構造之結構體建設費低。為了利用此優點，高強度混凝土的材料、施工技術可根據下述基本條件來開發。 1) 活用高抗壓強度之設計高強度化導致混凝土價格的上漲，可根據減少構材尺寸之設計，儘可能利用材料用量、施工量減少、模板量減少等來吸收。甚至由於構材尺寸的減小，活用建物的輕量化、有效利用面積擴大的優點，達到降低整體造價之目標。此外，由於高強度化提升耐久性，也可利用為長使用年限建築之計畫。 2) 於預拌混凝土工廠的製造儘可能於現有工廠所保有的設備、材料、技術的範圍內製造，以控制造價上升。佔有容積 60%以上的骨材，為決定混凝土價格的重要因素。因此，選擇保有試拌合等能得到所要強度之骨材的工廠。此外，混凝土製造時，實施比一般更嚴格的製造管理。 3) 合理化施工因為是多層樓建築，採用工業化工法，以高精度、高效率、短工期為目標。有關混凝土的搬運、澆置，儘可能根據既有技術，但是不允許發生差錯，施工要格外小心。. 2-8.

(28) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性第三節高強度鋼筋混凝土構材之特性對於高強度材料建造之梁和柱的結構行為僅有最小量的有效實驗資料。為澄清結構性能評估中數處不確定的地方。日本於 New RC 計畫案中進行以下之研究，其有關高強度鋼筋混凝土構材之特性可供參考： (1) 梁降伏後之握裹滑動破壞結論如下述： (a) 握裹指標，定義為設計握裹應力與握裹滑動強度之比。可作為高強度材料梁於降伏後反復加載時，握裹滑動破壞之變形能力的量測。假如握裹指標小於 1 則梁為安全的，可避免於非彈性範圍內變形能力過度的變壞。 (b) 當設計為雙層鋼筋時，於外層鋼筋周邊之握裹應力加速內層鋼筋周邊之握裹滑動開裂，將導致變形能力較早變弱。 (c) 具較深斷面梁有較大握裹指標，係基於設計握裹應力之增加，但是構材的變形能力並非如較小斷面深度那麼容易受影響。 (2) 樓板於梁撓曲行為之效應。樓板於梁撓曲行為之效應結論如下述： (a) 高強度之樓板鋼筋於負彎矩時(樓板受拉)對梁之強度有貢獻。 (b) 高強度之樓板混凝土對於梁之強度並無貢獻。 (c) 樓板分佈鋼筋量(垂直梁軸向之鋼筋)對梁之強度無影響. 2- 9.

(29) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 (d) 於負彎矩下(樓板受拉)樓板有效寬度根據梁單側協同寬度 0.1L、0.3L 和 0.5L 依序顯現對初期勁度、降伏勁度和開裂強度有良好的預測 (e) 於負彎矩下計算降伏載重和極限載重，有效樓板寬度可假定為整體寬度。 (3) 柱降伏後之變形容量。柱降伏後之變形容量結論如下述： (a) 與一定軸向載重比較，變化軸載重之試體具相同最大值且顯示較佳之變形能力。 (b) 軸壓愈高，剪跨比 2.0 柱之變形能力愈小。 (c) 剪跨比 1.5 柱產生垂直開裂其可能導致垂直滑動破壞。細長柱於定軸壓下也有相同的垂直開裂，但不致於如短柱分布那麼廣闊。 (4) 承受雙向撓曲之柱。承受雙向撓曲之柱結論如下述： (a) 高軸載重其 AgσB 達 0.6 時，將於相對非常小雙向變形下的側向位移角 5%時產生受壓破壞。 (b) 柱軸向縮短於雙向載重時比單向載重更明顯。 (5) 受高軸壓柱之垂直滑動。受高軸壓柱之垂直滑動結論如下述： (a) 垂直滑動開裂形成之機構，可依建議之模式來說明。 (6) 柱之剪力強度。柱之剪力強度結論如下述： (a) 混凝土柱其剪力強度隨 Pw‧σwy 而增高，但並未成比. 2 - 10.

(30) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性例。 (b) 對於相同量的 Pw‧σwy，較多的 Pw 比較高的 σwy 有利。 (c) 根據極限強度指針之預測值位於安全側，而軸載重之影響雖然小，卻未列入考慮。根據 Wakabayashi-Minami 理論正確考慮軸載重影響，但一般而言比起試驗結果有過高評估的結果。 (7) 梁之剪力強度。梁之剪力強度結論如下述： (a) 根據 AIJ 指針混凝土有效受壓強度的折減與本研究推導定義之基本有效強度的組合，確定韌性構材之剪力設計可達到充分的正確性。 (8) 剪力壓縮破壞類型牆之撓曲強度。力壓縮破壞類型牆之撓曲強度結論如下述： (a) 所有試體最後破壞行為或多或少為牆腹板壓壞或牆筋斷裂。但啞鈴型柱甚至於破壞後也安定並可承受軸力。 (b) 剪力強度可依 AIJ 指針評估，只要加以稍微之修正。 (c) 當撓曲剪力必要之混凝土有效強度減少時，牆累積變形能力增加。 (9) 雙向載重下之牆變形能力。雙向載重下之牆變形能力結論如下述： (a) 牆受雙向載重下之變形能力較受單向載重為小。 (b) 較高軸應力或較差的柱圍束，牆變形能力的低落更明顯。 (c) 牆變形能力之低落應該是，隨著柱軸應變增加而導致之結果。. 2- 11.

(31) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 (10) 細長牆的剪力強度。細長牆的剪力強度結論如下述： (a) 高強度材料之牆其復元力特性顯示為 S 型履歷，具較小之消能。剪跨比 1.33 的試體於 0.75%變形角時，因支柱之剪力壓縮破壞而破壞，另外剪跨比 2.0 者於 1.0%變形角時以相同的型態破壞。 (b) 試體之牆鋼筋比小於 0.53%者，牆水平筋降伏，較大鋼筋比者則未顯示降伏。 (c) AIJ 指針建議之剪力強度方程式，被發現精確滿足本研究建議式用於計算混凝土有效壓縮強度，其中 cotψ 使用大於 1.0 之值(例如 1.5)。但是實用上建議使用 cotψ=1.0，給予一個安全側的評估。 (d) 當牆鋼筋量非常高不管是使用非常高強度鋼筋或提供大量鋼筋，其效果將降低。且必須比 AIJ 指針之上限值更嚴格。 (11) 內部梁內部梁-柱接頭之握裹力。柱接頭之握裹力結論如下述： (a) 梁柱接頭其握裹係數 μ 大於 4.0 者，從履歷形狀和能量吸收看來顯示出較差的握裹行為。等值黏性阻尼係數於 2%側位移循環時小於 10%。 (b) 雖然節點剪應力等級較低使梁降伏先行於節點破壞，但梁降伏後節點剪力惡化持續進展，原因可能為梁握裹惡化和高強度混凝土。 (c) 節點破壞指標 J 必須考量握裹指標 μ 之影響，以便更有效預測梁-柱接頭之破壞模式。. 2 - 12.

(32) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性 (12) 雙向載重下之 3-D 接頭的剪力強度。接頭的剪力強度結論如下述： (a) 由於存在垂直梁與樓版之影響，3-D 梁-柱接頭之最大剪力強度比 2-D(平面)接頭高。 (b) 在其垂直方向的加載下達到剪應力最大值後，該方向之剪應力減少。 (c) 設計 3-D 梁-柱接頭使其接頭破壞指標 J 等於 1.0，被顯示出對於防止接頭剪力破壞比梁降伏先發生是適當的。 (13) 外部接頭之剪力強度。外部接頭之剪力強度結論如下述： (a) 利用應變之量測研究了雙層梁筋之握裹和錨定強度，並且推論第二層鋼筋之錨定強度大量降低，可能由於沿第一層鋼筋周圍之混凝受害的原因。. 2- 13.

(33) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬第四節預鑄混凝土構材之結構性能要求與施工要點預鑄混凝土構材(全預鑄或半預鑄)是超高層高強度 RC 造建築物循環工法中確保構造品質與縮短工期、節省工程費用必要的工法，其設計時必須考慮構材製造與現場組立的一些問題，完工後又需具有梁、柱、牆、版等現場澆置成一體的性能，故施工者與設計者需充分溝通合作無間。其製造可分為工地預鑄與工場預鑄兩種，場地之佈設、機具設備之應用與管理都很重要。工地現場之暫置、搬運、吊裝、組立及現場 RC 作業皆須有一套嚴謹的施工作業計畫及施工品質管理。參考書目 6, 8~12 等都有充分之說明。本研究即重點整理一些較為重要之事項於「指針」之第五章及第六章中。預鑄構造最重要之一點為柱與柱之續接以及柱與梁或梁與梁間之續接，故鋼筋之組立與工地之續接即成為一個很重要的工項。所用鋼筋形狀如日本常採用螺紋節鋼筋、套筒式續接器等為我們需充分研發、試驗與應用之項目之一。. 2 - 14.

(34) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性第五節超高層鋼筋混凝土建築之耐震設計建議之耐震設計法除確認對於中小度地震防止結構構材及非結構構材產生損壞、對於設計地震防止結構體嚴重損壞、最大考量地震結構物不致崩塌外，同時採用靜力彈塑性分析(Pushover)確認架構的降伏機構及樓層極限剪力強度。對於確認高層結構物之安全性建議採用動力歷時分析。關於結構物的動力歷時分析，當然以構材模型最為精準和直接，但是卻須較長計算時間和龐大的記憶容量，因此實際上經常採用，將整體建築物進行側推分析後，定出各樓層等值彎曲剪力型 (質點系)之恢復力特性，再針對輸入地震進行彈塑性分析。判斷建築物和地盤動力互制作用大時，也考慮其影響加入分析模型內。質點系模型之反應，無法評估構材所作用之力和變形。因此對於中小度地震利用 a)最大層間相對位移角的大小，b)大於質點系模型最大層剪力之側推分析所得層剪力來確認構材並未損壞。對於設計地震力利用 a)最大層間相對位移角的大小，b)樓層最大塑性率的大小，c)超出質點系最大反應位移時，架構側推分析所計算構材的塑性率及對於脆性破壞的安全係數等，確認建築物不致嚴重破壞。日本設計地震分為兩等級，各為回歸期 50 年及 500 年之地震，相當於國內的中小度地震及設計地震，而並無我國的最大考量地震。因此日本 New RC 設計指針近一步考慮確保所謂的架構設計變形，記載側推分析時之側力重心位置變形和基層剪力關係圖，將關係圖上達反應界限變形(等級二地震)時之面積的 2 倍以上作為設計架構變形。並檢討各樓層層間相對位移角為側力重心位置變. 2- 15.

(35) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬形角的 1.5 倍以內，防止局部樓層的過大變形。國內雖提供有最大考量地震，但 New RC 之檢討方式也可供參考。關於上下方向地震力，考慮為分布於樓板上之質量導致的上下振動，分析時希望考量柱軸方向強度和彎曲強度互制作用，進行水平地震和垂直地震的構架反應分析。但是一般可採用基於柱軸方向彈性勁度定義之質點系進行垂直地震的反應分析，推定出柱軸力與水平地震之柱應力組合，確認建築物不會崩壞。有關直交方向之水平地震，針對建築物主軸 45o 方向所發生的設計地震，進行質點系模型的彈塑性分析，檢討最大層間相對位移角和最大塑性率，確認柱不會脆性破壞。. 2 - 16.

(36) 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性第六節製造與施工管理製造與施工管理日本有所謂的施工管理技師，其為通過施工管理技術檢定的人員。該制度為根據建設業法規定之國家考試。目的為，藉著建設業經營者資質之提升、建設工程承包契約的適正化，達到確保建設工程之適正施工，保護發包者的同時促進建設業之健全發展，增進公共之福祉。為達此目的，以從事建設工程者為對象進行技術檢定以求施工技術之提升。目前區分為，建設機械施工、土木施工管理、建築施工管理、電氣工程施工管理、配管工程施工管理、造園施工管理。建築施工管理技師的工作為，製作包括鋼筋工程及木工工程、內裝粉刷工程等建築工程的施工計畫，進行現場之工程管理及品質管理。其間，從資材及人員的管理、預算管理到對周邊住民的安全管理等全部擔任。對建設公司而言建築施工管理技士的人數等於其技術力的證明，有資格者愈多其投標就更有利，因此其重要性日漸提升。混凝土技師為具有進行混凝土之製造、施工、檢查、管理等一般業務的資格。混凝土主任技師為於混凝土之製造、工程及研究時具有計畫、施工管理等之監督、指導的資格。工程的管理重要的是施工中的過程(施工計畫、施工管理、安全對策、法令遵守等)，因此詳細之施工計畫書的製作以及其後適宜的修正相當重要的。施工計畫書之內容可包括①工程概要，②計畫工程表，③現場組織表，④安全管理，⑤指定機械，⑥主要資材，⑦施工方法(含使用機械、臨時設備計畫、工程用地等)，⑧施工管理計畫，⑨階段確認、隨時檢查計畫，⑩緊急時之體制及對應，⑪交通管理計 2- 17.

(37) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬畫，⑫環境對策，⑬現場作業環境之整備，⑭再生資源利用之促進和建設副產物之適正處理方法，⑮其他。一般品質管理之步驟以混凝土工程為例如下: ① 決定管理對象之品質特性:坍度、空氣量、抗壓強度、單位體積重量、混合比例等，影響最終品質因素中，儘可能使用工程初期可測定者。 ② 決定品質標準：表示品質與平均值之差異幅度的性質，但合乎設計圖之規格者。 ③ 決定作業之方法：為實現品質標準之作業方法及順序，儘可能詳細的決定。 ④ 依照作業標準施工，取得資料。 ⑤ 確定品質規格的滿足度：以履歷圖形等來確認。以相同資料製作管理圖，確認工程處於安定狀態。 ⑥ 不合理資料追究其原因，防止再發生：資料跑出管理界限外，或雖然於管理界限內但有不合理傾向時，追究其原因，採取防止再發生之處置。工程安定時就繼續作業。 ⑦ 每一定時間反復管理步驟。. 2 - 18.

(38) 第三章結論與建議第三章結論與建議結論與建議第一節結論超高強度鋼筋混凝土構造通常應用於高層建築，其量體龐大，設計與施工的良窳不僅影響結構的安全，更關係著眾多生命財產的保障。本研究顯示，為獲得品質良好且符合安全性能的超高強度混凝土建築物，設計與施工者的密切合作極為重要。結構設計者與營造廠商應分別具有研發或整合彈塑性結構分析、設計工具，及耐震結構構件製作與施工之能力，同時雙方應密切配合，使建築結構實際之受力與變形行為符合設計之假定。因此，超高強度鋼筋混凝土建築在國內推展的初期，應當以新工法、新技術來看待，特別是在地震頻繁的台灣地區，要達成其良好的建築工程品質，更應審慎行事，首先應盡力消除設計者未知可否合理施作的盲點，以及施工者於未能瞭解設計者的理念之下，盲目拼湊的弊病，避免可能造成重大震災的遺憾。是以其工程之設計與施工應一併考量，設計者與施工者對於其所職掌的工程目標與條件應有一體的共識，對於施作的工程技術知訊(Know- How)須彼此回饋互補，故本研究將超高強度鋼筋混凝土建築設計與施工指針合併研訂，編輯一冊，以求其聯貫性與整體性。綜合研究成果得到下述結論與建議： (1) 本研究研擬的超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針，可供業界推展超高強度鋼筋混凝土建築構造的指引，依循其設計施工之要求與要點的指導，引進開發優質的建築個案；個案之設計施工依工程目標與特色，仍有其發揮的空間，其中需要的特別細部要求，宜另訂個案的規範，以為其執行的基本依據。 (2) 對於超高層建築，如擬設計的建築物形狀複雜，因載重、應力、. 3 -1.

(39) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬變形不能明確的計算，本指針中特別提示，應注意不要進行設計此類建築物，亦即不適用本指針。 (3) 超高強度鋼筋混凝土構造，可以有效的縮小結構構材斷面尺寸，大幅減少混凝土與鋼筋用量，合於國內推動節能減碳的政策目標，值得大力推動。惟其將常應用於高層建築，在施工時絕大多數以預鑄或半預鑄工法來實現，在設計施工上對於精確度必須更加嚴格的要求。 (4) 配合本案的研究，台灣混凝土學會在相關團體的支援下，對超高強度鋼筋及高強度混凝土材料的開發應用上亦已進行有關研究探討，為使高強度鋼筋的生產本土化，業界已研發並能夠產製高強度鋼筋。而在高抗壓強度混凝土方面，過去研發成果已在國內應用多年，早有相當多的業績與成功範例。只要進一步結合產官學研之力道，加強專業督導培訓與品質管理，有計畫的推展，預期超高強度鋼筋混凝土建築應得以在短中期期間於國內生根增長。 (5) 超高強度鋼筋混凝土建築於 1988~1993 年間日本曾以專案計畫進行一系列的研究發展；其後於實用階段，業界大型的建設公司亦有大量的開發研究個案，值得借鏡。國內在推動超高強度鋼筋混凝土構造之際，可以蒐集參考其相關的成果，不用實施太多的研發工作，但較屬於本土化，或國內創新的案例，或應用特別的材料、工法部分，乃需要實驗予以檢驗測試、證明其適用性。. 3- 2.

(40) 第三章結論與建議第二節主要建議事項 (一) 實驗研究面立即可行建議 (1) 超高強度鋼筋混凝土構造應用的高強度鋼筋，其規格、材質之要求，在國內可參考日本之標準，訂定 CNS 有關的國家標準，以利業界量產使用。 (2) 超高強度鋼筋混凝土梁柱構材斷面較小，在日本實用上，鋼筋係以螺紋套管續接器續接，並灌注特殊水泥砂漿；梁柱接頭中梁筋端部的錨定，多以端板(T-head)之機械錨定，取代鋼筋彎勾錨定。有關續接與錨定的品質要求基準，建議建築研究所配合國內產品的開發，展開系列的實驗研究。 (3) 研擬一超高強度鋼筋混凝土造建築之結構設計例，提供爾後設計者進行實際設計之參考。中長期建議 (1) 超高強度鋼筋混凝土超高層建築，多以中間柱中搭接高韌性低降伏鋼板制震器或蜂巢型制震器等，作為減震消能的機制，不占空間，施作、更換維護容易，且成本較低，值得國內推廣應用。建議建研所可以模擬相關案例，進行有關制震器之實驗研究，開發先進的制震器，以利國內應用。 (2) 為驗證超高強度混凝土柱體構材的安全性能，建議建研所應用本土超高強度混凝土製作的大尺寸的柱試體，進行實驗研究，測試續接的預鑄柱體於載重下之應力行為，以及火害開裂行為，與防火被護的需求及要求基準。. 3 -3.

(41) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 (二) 推廣應用面立即可行建議 (1) 本案參考相關規範指針所提之指針，經歷研究團隊十餘次的工作會議慎重探討。為使業界能順利參考應用，有關條文內容，建議建研所先召集相關專業公會團體予以審議，俾集思廣益，以臻周延。 (2) 為利超高強度鋼筋混凝土建築發展，建議輔導台灣建築中心或相關的財團法人，成立推廣諮詢服務中心，就超高強度鋼筋混凝土技術工法，辦理講習研討會、國內外案例的參訪活動，以及國內新建工程設計施工開發案例的輔導諮詢，期有效推廣應用。中長期建議 (1) 超高強度鋼筋混凝土建築，不宜延用傳統鋼筋混凝土構造的建築模式，在國內推行應用的初期(預計 15 年，或 200 個建築實績)，應以全新的思維，以新工法、新技術看待，整體考核設計施工的技術，對於其設計施工之工程技術與施作能力的合理性可行性，按建築技術規則之規定予以審核認可。審核認可之機制，建議先成立單一的受理窗口，以便掌握各案，使之有齊一的標準作業模式；有關辦理機制的規範另訂之，如審核委員由指定受理窗口(機構)提名，經由中央建築主管機關備查後再予聘派之等。 (2) 高強度鋼筋、高強度混凝土為超高強度鋼筋混凝土建築主要必備的構材，其加工製作應有更高的品質與高精確度的要求，而且更要有成熟的技術，始能達成建築安全的基本目標。為求高強度鋼筋度混凝土材料之長期發展，建議輔. 3- 4.

(42) 第三章結論與建議導相關機構，辦理工程管理人員之專業培訓，對於高強度混凝土預拌廠商及高強度鋼筋組立施工廠商，建立機制，認證管理。. 3 -5.

(43) 附件一附件一新世代超高強度鋼筋混凝土造建築技術研討會座談會內容紀錄一、材料方面 1. 目前日本針對採用高強度鋼筋及混凝土材料之建築物，是否要求依循特定的設計及施工規範( 的設計及施工規範(指針) 指針)？可否提供臺灣參考？可否提供臺灣參考？其材料特性為何（鋼筋與混凝土分別為何）？混凝土分別為何）？日本之超高層鋼筋混凝土(RC)造建築物，其發展過程為建設公司所獨自研究開發建造的。根據各公司的設計、施工規範所設計的超高層RC造建築物，需進行學者的審查及大臣的認定。關於高強度RC，各公司參照NewRC 設計指針及施工標準，修改以往的設計及施工規範，設計超高層RC造建築物及施工。設計事務所的設計也幾乎相同。至於材料特性，高強度鋼筋有取得大臣認定之廠商的規格書。設計者有時會於廠商規格書上追加規格要求，例如加入降伏點上限值的限制等。此外，高強度混凝土的規格書，也須取得大臣認定，隨著製造者而有所不同。台灣或許也可以參考NewRC設計指針。 2. 混凝土成份、混凝土成份、配比設計摻劑（配比設計摻劑（添加劑）添加劑）有何不同？有何不同？高強度混凝土的規格，有取得大臣認定的必要，有工廠單獨、工廠和建設公司共同、建設公司單獨等各式各樣的規格。混凝土強度變高後，即使是相同設計基準強度，因施工之建設公司不同其規格也會不同。 3. 針對高強度鋼筋及混凝土材料，其強度及結構性能是否需由被認可的實驗單位審查認證後，單位審查認證後，方可採用，方可採用，又其審查認證的程序及重點項目為何？又其審查認證的程序及重點項目為何？日本有建築確認制度，超高層RC造也是其對象。超高層建築物有必要進行個別審查及大臣的認定，取得認定後，進行建築確認才可開工。有關個別審查流程等，今日菅野先生的演解或許會提到。 4. 有關高強度鋼筋的使用 (SD685、 (SD685、SD785 or 預力鋼絞線) 預力鋼絞線) 4-1日本New 日本New RC 建案中，建案中，採用套筒螺紋鋼筋續接器的情形，採用套筒螺紋鋼筋續接器的情形，甚為普遍，甚為普遍，是否. 附1-1.

(44) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬可提供其設計及施工規範( 可提供其設計及施工規範(指針) 指針)供參考。供參考。另請說明續接性能的等級及要另請說明續接性能的等級及要求？鋼筋續接的構造方法，根據告示之規定，續接器的性能判定一般依據「鋼筋續接器性能判定基準」。實際上使用之高強度鋼筋的續接器，有取得性能評估之廠商的規格書，可作為設計時之參考資料及施工標準。我認為這些基準及資料可作為參考。「鋼筋續接器性能判定基準」中，續接器的性能可分為4種類，SA級、A 級、B級和C級。SA級為其強度、勁度和韌性幾乎與母材相同之續接器， A級為其強度、勁度與母材相同，但其他性質稍劣於母材的續接器。超高層RC造實際使用的續接器為SA級、A級，大多為A級續接器。 4-2使用高強度混凝土與鋼筋使用高強度混凝土與鋼筋，與鋼筋，鋼筋錨定長度、鋼筋錨定長度、伸展長度與彎鉤的規定如何? 伸展長度與彎鉤的規定如何? 是否容許搭接? 是否容許搭接? 有無相關實驗成果? 有無相關實驗成果? 關於高強度混凝土所使用高強度鋼筋的錨定，各設計者參照鋼筋廠商的規格書及結構實驗，根據結構計算訂定其規格。高強度鋼筋使用錨定板時，鋼筋廠商須有取得性能評估的規格書。超高層RC造住宅，低樓層的柱梁主筋使用直徑4cm左右的大尺寸鋼筋，爲了防止握裹割裂破壞，通常幾乎不使用搭接。此外，很少進行使用高強度主筋搭接的高強度混凝土柱的實驗。 4-3 使用高強度混凝土與鋼筋，使用高強度混凝土與鋼筋，對於『對於『保護層』、『保護層』、『鋼筋間距』、『鋼筋間距』、『鋼筋間距』、『混凝土』、『混凝土剪力強度』剪力強度』是否也會造成影響而需要修改呢是否也會造成影響而需要修改呢？響而需要修改呢？關於高強度鋼筋的錨定，因應錨定形式、檢討對應於側邊割裂破壞、局部支壓破壞等破壞情形的錨定強度。其強度計算則應考慮主筋的保護層厚度及間距等因素。 4-4 鋼筋彎鉤錨定，鋼筋彎鉤錨定，鋼筋之間距是否有規定? 鋼筋之間距是否有規定? 是否容許束筋? 是否容許束筋? 高強度鋼筋的錨定，除了L形及U形的彎折錨定外，也使用鋼板和螺栓板的錨定方式。因應錨定方式，設定規格。超高層RC住宅的柱，爲了防止握裹割裂破壞，我認為沒有使用主筋成束的案例。 4-5 使用高強度的鋼筋，使用高強度的鋼筋，是否需要配合使用一定強度以上的混凝土呢？是否需要配合使用一定強度以上的混凝土呢？. 附1-2.

(45) 附件一於低強度混凝土內使用高強度主筋時，有混凝土發生早期壓壞之虞，使用對應於鋼筋強度的混凝土強度可能較佳。此外，高強度剪力補強筋，不僅可使用於高強度混凝土，也可使用於普通強度的混凝土。 4-6高強度材料傾向於適用的結構元件為何( 高強度材料傾向於適用的結構元件為何(剪力牆，剪力牆，剪力鋼筋，剪力鋼筋，柱鋼筋、柱鋼筋、柱箍筋、箍筋、梁鋼筋) 梁鋼筋)，有無特殊限制？有無特殊限制？高強度材料使用於，結構計算採用的計算式及韌性規定等之適用範圍內。超出適用範圍時，需要進行結構實驗、檢證結構性能。 4-7安全係數（安全係數（強度折減係數）強度折減係數）是否需要重新檢討呢？是否需要重新檢討呢？強度折檢係數的檢討，對於使用高強度材料構材的強度評估精度的檢證很重要。於各研究機關進行了使用高強度材料之RC造的結構實驗，提出了比較多的實驗資料。從一般強度到高強度，RC造構材的強度評估式，就其精度進行了檢證，超高層RC造建築物的設計，我認為有反應出其成果。目前，日本建築學會於RC構造營運委員會之下，設置小委員會，就「超高強度混凝土現狀」進行調查活動。預定於今年8月的AIJ大會PD內進行中間報告。此外，參與本日演講的和泉先生為小委員會的委員。 4-8韌性容量（韌性容量（R）是否需要檢討？是否需要檢討？韌性指標R為，指耐震診斷基準內的韌性指標F值吧？韌性指標為，表示構材變形能力的指標。高強度RC造構材之變形能力的可否為，根據極限構材角和反應值(或設計保證值)的比較來檢討。構材的極限構材角為，參考實驗值進行計算值的精度檢證。. 4-9預力鋼絞線是否可運用於梁、預力鋼絞線是否可運用於梁、柱箍筋? 柱箍筋? 其行為如何？其行為如何？作為柱或梁的橫向補強筋，使用竹節PC鋼棒(非绞線)。就使用竹節PC鋼棒的柱和梁進行結構實驗，竹節PC鋼棒的剪力補強筋對強度、變形性能的提升有貢獻。 4-10高強度鋼筋 10高強度鋼筋，高強度鋼筋，在發揮強度時，在發揮強度時，需有較大之應變，需有較大之應變，作為柱、作為柱、梁主筋時，梁主筋時，裂縫問題如何考慮? 縫問題如何考慮? 作為柱箍筋時，作為柱箍筋時，是否會因應變過大影響圍束效果? 是否會因應變過大影響圍束效果? 於高強度鋼筋，爲了不使長期載重下的拉力側混凝土的開裂寬度加大，讓. 附1-3.

(46) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬鋼筋降伏點保有一定的安全率。大多的實務計算上，使用與一般強度鋼筋相同的長期容許應力。較密箍筋橫向拘束之高強度RC造柱的實驗結果，可評估出高強度箍筋造成的剪力強度增大。此外，箍筋的混凝土橫向拘束效果也會導致彎曲強度的增大。. 二、設計、設計、施工方面施工方面 1. 日本對於New 日本對於NewRC NewRC 建案之設計及施工計畫，是否需由被認可的專業公正單位審查後，；此外審查審查後，方可施工，方可施工，以確保其安全性及服務性(Serviceability)；以確保其安全性及服務性程序及重點項目為何程序及重點項目為何？項目為何？其審查單位及資格如何建立？其審查單位及資格如何建立？超高層RC造的設計審查，根據各審查機關的審查業務規定來實施。審查的重要項目記載著此規定。有關日本建築中心的審查業務，本日菅野先生的演講會說明？此外，審查機關的資格以法律規定之。 2. New RC在設計上有何差異 RC在設計上有何差異？在設計上有何差異？施工上應特別注意事項如坍度、施工上應特別注意事項如坍度、施工縫、施工縫、養護等。一般而言，高強度混凝土具有最大強度後之強度降低的重要性質。高強度鋼筋則延伸能力有界限。兩者組合而成的New RC構材，一方面要發揮其高強度的優點，也要求其具有韌性。因此，New RC構材當然要根據結構計算來設計，取得混凝土和鋼筋平衡的斷面設計，即鋼筋的配置、橫向拘束外，錨定、續接等配筋細部極為重要。 3. RC 預鑄構件( 預鑄構件(預鑄樑) 預鑄樑)，預鑄、預鑄、場鑄混凝土介面，場鑄混凝土介面，包括垂直面、包括垂直面、水平面，設計上是否有特殊考量，設計上是否有特殊考量，包括剪力傳遞包括剪力傳遞、傳遞、及鋼筋握裹及鋼筋握裹方面握裹方面，方面，相關實驗成果為何? 為何? 日本的超高層RC造盛行使用預鑄構材，但是即使採用預鑄構材的RC造，大多的建築物設計時，也考慮其與現場澆注RC造具相同的性能，所謂與現場澆注同等型的預鑄RC造。關於這一點，本日和泉先生的演講內容會提到。此外，也得到許多實驗的成果。日本建築學會，以最高Fc60的混凝土為對象，2002年出版了「現場澆注同等型預鑄鋼筋混凝土構造設計指針(案)•同解說」。我認為此指針可作為參考。此外，本日擔任演講者之和泉先生為原案作成委員的一位成員。. 附1-4.

(47) 附件一. 4. RC 構件中，構件中，預鑄、預鑄、場鑄混凝土強度若場鑄混凝土強度若不同，不同，設計上如何考慮? 設計上如何考慮? 有無不良有無不良影響? 影響? 預鑄構材和現場搗灌部分之混凝土強度不同的RC造構材，可將這兩者視為一體變形，或其他狀態，根據不同假定其強度及韌性的評估將會不同。當作整體評估時，可分別評估各部分的不同強度，但是於實務設計上，常採用等值混凝土強度，或使用較小的混凝土強度來評估構材強度。 5. T-head 可作為彎鉤錨碇可作為彎鉤錨碇之替代方案替代方案，方案，設計上是否有特殊規定設計上是否有特殊規定，是否有特殊規定，如錨碇如錨碇長度、保護層厚保護層厚度、間距等? 間距等? 是否需考慮群組是否需考慮群組( 群組(Group roup) up)效應。效應。使用錨定板或突出物作為鋼筋的錨定器時，有取得性能評估的鋼筋廠商或建設公司的規格。詳細請參照各錨定器的規格書。此外，T-head鋼筋工法為，加上擴底部竹節鋼筋的機械式錨定工法(第一高周波工業、與清水建設共同開發) 6. 搭配預鑄工法搭配預鑄工法，通常採用之結構通常採用之結構系統採用之結構系統為何系統為何? 為何? 其有何優缺其有何優缺點優缺點? 日本的超高層RC造，使用預鑄構材變成主流。主要優點為，高品質、短工期。缺點為製造成本的提高。因此，根據超高層建物的建設條件，那些地方使用預鑄構材、適材適所的預鑄是重要的。關於這一點，請聽本日和泉先生的演講。 7. NewRC NewRC 工法，樓板主要為預鑄樓板主要為預鑄RC 主要為預鑄RC 版+場鑄RC 場鑄RC topping， pping，其重量較傳統其重量較傳統RC 傳統RC 小梁搭配15 梁搭配15cm 15cmRC cmRC 版大了不少，地震力地震力亦提高，提高，是否評估經濟是否評估經濟性評估經濟性? 住宅的樓板，爲了提升上下層的隔音性能，比起以往變得更厚了。另一方面，從結構和內裝設備分離的住宅及提高天花板高度的觀點，小梁變成不存在了。因此，樓板變成更厚且大型化。如問題所提到的，由於重量增加、樓板大型化，一般而言造價會提高，但是也得到了舒適居住空間的優點。 8. RC 結構，結構，一般被認為僅被認為僅能作中低樓能作中低樓層建物低樓層建物。層建物。目前日本最目前日本最高之RC 高之RC 建築有幾層? 設計上是否與一般設計上是否與一般中低樓層低樓層RC 有所不同? 不同? 如何說服一般民眾或如何說服一般民眾或建般民眾或建築專業人員築專業人員，人員，高層RC 高層RC 不比鋼構安全性差日本的超高層RC造建築物的最高樓層數，現在為59層(ParkCity武藏小杉)。. 附1-5.

(48) 超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬超高層RC造，需根據地震歷時反應分析進行設計，學者的審查、取得大臣認定等與一般中低層RC造有很大的不同處。超高層建築物，S造或RC造，兩者皆須根據地震歷時反應分析進行設計，並取得學者的審查和大臣的認定。一般而言，超高層住宅採用抗風搖動較強的RC造，超高層辦公室則使用柱跨較大的S造。超高層建築物，RC造或S 造的選擇係根據建築物用途而決定，假如使用相同的設計方法來檢證安全性，我想應該會得到社會上的理解。. 三、新材料、新材料、新工法審查 1. NewRC NewRC 是否屬是否屬於新材料、於新材料、新工法新工法、新設備新設備等之範疇等之範疇，是否應先經是否應先經過先經過營建署所通過之所通過之「過之「認證機認證機構」認證通認證通過方可執過方可執行？須檢附哪些資料附哪些資料? 資料? 關於台灣的「認證機構」等制度，我不大清楚… 日本目前，材料的認定和結構設計的認定是分別進行的。 2. 新材料、新材料、新工法新工法審查，審查，對於材料變異性及施工誤對於材料變異性及施工誤差造成與實驗中的結構行為不同，為不同，審查上有無考量? 審查上有無考量? 超高層RC造住宅的設計，可參照New RC設計的想法，考慮載重及強度的不規則分佈，將極限強度設計用變形設定為較大。此外，對於構材的剪力設計，考慮鋼筋的強度上昇等，設定強度安全係數。施工方面，例如實際製造的混凝土強度為設計基準值強度以上的值。關於此點，根據實際混凝土強度的平均值等考慮反應值的變動，也有設定較高設計用地震力的設計事例。. 四.產業部份 1. 針對臺灣地區針對臺灣地區建築地區建築產建築產業的現況業的現況，請提供臺灣發展新世代超請提供臺灣發展新世代超高強度鋼筋混凝世代超高強度鋼筋混凝土造建築之相關建議土造建築之相關建議。有關台灣的建築產業現況，我不大清楚…… 日本已建造500棟以上的超高層RC造住宅。混凝土強度為5倍、鋼筋強度為 2倍(剪力補強筋為4倍)的高強度化，以RC造建造了50層等級的超高層住宅。讓這種飛躍的發展成為可能者為New RC的成果。New RC成果的高強度 RC造的技術，不僅於超高層建築，中高層建物也可適用，我認為對台灣RC 造的發展應該有所幫助。. 附1-6.

(49) 附件二附件二附件二工作會議紀錄一. 會議地點：內政部建築研究所討論室二. 出席人員：研究團隊：廖慧明、邱昌平、蔡江洋、鄒本駒學者專家：黃世建、葉祥海、李明澔、林克強三. 工作會議摘要次數. 會議時間. 討論內容摘要. 第1次. 2009/3/19. 相關資料收集、研讀. 第2次. 2009/4/15. 指針之章節內容及工作進行方式. 第3次. 2009/5/6. 分配各研究人員所擔任之指針章節. 第4次. 2009/5/20. 指針之各章節條文概要. 第5次. 2009/6/3. 指針之各章節條文概要. 第6次. 2009/6/10. 針對所研擬指針之第三章及第六章等. 備註. 進行討論第7次. 2009/6/24. 確認指針之整體架構. 第8次. 2009/8/13. 期中簡報審查意見之因應及檢討應加. 研討會於. 強部分. 2009/9/23 舉辦. 邀請日本學者專家舉辦第二次研討會之講題確認第9次. 2009/8/26. 指針內容之修正. 地點：國家地震. 設計案例檢討之可行性. 工程研究中心. 第 10 次. 2009/9/9. 指針內容修正及應補足部分. 第 11 次. 2009/9/24. 指針內容修正及應補足部分. 第 12 次. 2009/10/8. 指針全盤架構再確認. 第 13 次. 2009/10/22. 期末報告內容. 第 14 次. 2009/12/2. 期末報告審查意見之因應. 第 15 次. 2009/12/18. 最終報告檢視及後續研究課題之討論. 附 2-1.