大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為
之實驗研究(1/3)
內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告
中華民國 100 年 12 月
大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為
之實驗研究(1/3)
研究主持人：李台光 研究員
協同主持人：薛凱元 研發替代役研究員
內 政 部 建 築 研 究 所 自 行 研 究 報 告
中華民國 100 年 12 月
目次
表 次 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ Ⅲ
圖 次 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ Ⅴ
誌謝‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧VII
摘 要 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ I X
第 一 章 緒 論
‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧
1
第一節 研究緣起與背景‧‧‧‧
‧‧‧‧‧‧‧
1
第二節 研究方法及進度說明‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
第三節 蒐集之資料、文獻分析‧‧‧‧‧‧
‧‧
2
第二章 97 年大尺寸 RC 方型柱試體試驗結果分析‧‧‧9
第一節 試體之規劃‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9
第二節 試體細部設計及強度檢核‧‧‧‧‧‧‧10
第三節 試體軸向試驗結果分析‧‧‧‧‧‧‧‧11
第三章 實驗試體之規劃設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17
第一節 試體之規劃設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17
第二節 試體細部設計及強度檢核‧‧‧‧‧‧‧17
第三節 鋼筋混凝土方形柱試體之製作要求‧‧‧19
第四章 結論與建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29
第一節 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29
第二節 建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29
附錄一 期中簡報審查意見會議紀錄及回應表‧‧‧‧‧31
附錄二 期末簡報審查意見會議紀錄‧‧‧‧‧‧‧‧37
參考資料‧‧‧‧‧･‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧41
表次 III
表次
表 2-1 本研究(97 年)之方形柱試體彙整表‧‧‧‧‧‧‧13
表 2-2 本研究(97 年)之方形 RC 柱軸向變形性能彙整表‧14
表 3-1 本研究方形柱試體規劃彙整表‧‧‧‧‧‧‧‧‧23
圖次 V
圖次
圖 2-1 本研究(97 年)方形柱試體之立面及剖面圖
‧‧‧‧ 5
1
圖 2-2 本研究(97 年)方形柱試體軸向力與應變圖‧‧‧‧16
圖 3-1 大型試驗構架示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧24
圖 3-2 本研究方形柱試體之立面及剖面圖‧‧‧‧‧‧‧25
圖 3-3 S1 試體斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26
圖 3-4 U1 試體斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26
圖 3-5 U1-LS 試體斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27
圖 3-6 S1-E1 試體斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27
圖 3-7 S1-E2 試體斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28
圖 3-8 S2 試體斷面圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28
誌 謝
VII
誌 謝
本研究計畫執行期間，承蒙國立臺灣科技大學營建系陳正誠教授撥冗指導， 並提供寶貴之建議與意見，使本研究計畫得以順利進行，在此表示誠摯感謝。
摘 要 IX
摘 要
關鍵詞：鋼筋混凝土柱、繫筋、設計規範 一 、 研 究 緣 起 國內傳統鋼筋混凝土(RC)矩形柱橫向箍筋的圍束方式，不但在鋼筋籠的組立 作業上，需要耗費許多的人力，且箍、繫筋綁紮常會因綁紮不確實而使得整體構 材品質不易控制。此外，由於臺灣地區近年來大量建造高層 RC 集合住宅建築，連 帶使柱的尺寸也相對增大，使得繫筋的施工組立更形困難。 有鑒於此，本所曾於 97 年度進行 6 組 12 支大尺寸方形(斷面：750 mm×750 mm)短柱軸壓試驗[1]，探討在各種箍、繫筋配置方式下，其軸向受壓之行為，以 評估各類箍、繫筋配置方式的可行性及實用性，嘗試解決國內工程實務的問題， 並獲致初步具體結論，本(100)年度將賡續規劃 6 座大尺寸方形柱(斷面：600 mm×600 mm)，進行撓曲行為之實驗研究。 本研究之預期成果包括：(1)驗證大尺寸 RC 方形柱在不同繫筋配置方式下之 撓曲行為，提供國內工程實務界參考；(2)依據本研究之結論，提出兼顧圍束效果 及施工性繫筋配置方式之建議，提供國內工程實務界參考；(3)檢討現行 RC 構造設 計規範柱繫筋之相關規定，並且提出適用於大尺寸 RC 方形柱繫筋施工方式之規範 條文建議。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本計畫之工作內容包括相關文獻之回顧與蒐集、RC 柱試體之規劃及設計、 RC 柱試體之製作、試驗及試驗結果之整理及分析、以及舉辦期中與期末簡報會 議，邀請國內專家學者與相關業界人士與會，以進行意見交流。經由本案之研 究，希望可將國內結構工程整體水準向上提升，使 RC 方形柱箍筋及繫筋之規劃及 設計更有依循的參考，以確實達到提高結構物耐震能力之預期目標，並使工程設 計單位能充分瞭解正確的繫筋之設計及施工。本研究目前已完成相關文獻之回顧 與蒐集與 RC 柱試體之規劃及設計，並於 8 月 25 日及 9 月 2 日辦理第 1 次及第 2 次 RC 柱試體之採購開標作業，皆因無廠商參與投標而流標，後續將檢討修正相關X 招標文件後，進行 RC 柱試體之採購與製作、RC 柱試體之試驗及試驗結果之整理 及分析。 三 、 重 要 發 現 (1)繫筋彎鉤同時鉤主筋及箍筋較僅鉤主筋之施工方式為佳，可增加軸向受壓之變形 能力(約 26%)，但會增加施工的困難度。 (2)兩件式組合 180 度彎鉤繫筋較標準繫筋為佳，可增加柱軸向受壓之變形能力(約 63%)，建議國內實務界採用。 (3)繫筋彎鉤鉤主筋之施工誤差，經試驗驗證，對於柱軸向受壓變形能力之影響不顯 著；另繫筋彎鉤鉤箍筋之施工方式，縱然存在誤差 20 mm，其軸向受壓之變形能 力較僅鉤主筋之標準作法，約可增加 5%。 四 、 主 要 建 議 事 項 以下分別從立即可行的建議及長期性建議加以列舉。 本研究案之研究成果，可供工程實務界參考應用，並可提供相關規範研修訂時之 參考，以解決國內工程實務問題。－立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 國內傳統鋼筋混凝土矩形柱橫向箍筋的圍束方式，不但在鋼筋籠的組立作業 上，需要耗費許多的人力，且箍、繫筋綁紮常會因綁紮不確實而使得整體構材品 質不易控制。此外，由於臺灣地區近年來大量建造高層 RC 集合住宅建築，連帶使 柱的尺寸也相對增大，使得繫筋的施工組立更形困難。本研究案之研究成果，可供 工程實務界參考應用，並可提供相關規範研修訂時之參考，以解決國內工程實務問 題。 本研究案已針對大尺寸鋼筋混凝土柱軸壓行為進行探討，後續應進一步針對鋼筋混 凝土圓柱同時承受軸壓及側力之行為進行研究。－長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所
摘 要
XI
本研究案目前僅針對大尺寸鋼筋混凝土柱軸壓行為進行探討，後續應持續針對 鋼筋混凝土柱同時承受軸壓及側力之行為進行研究，以真實模擬建築結構柱構材之 受力情形。
XII
ABSTRACT
Keywords：Reinforced concrete columns, Crossties, Design code
In reinforced concrete columns, major roles of transverse reinforcement are developing shear strength, preventing compressive longitudinal reinforcement from buckling, and confining core concrete. Especially in seismic region, last two roles are considered as very important. Therefore, large amount of strictly detailed transverse reinforcement should be provided, in order to develop strength and performance of members against cyclic loads in seismic region. These details with hooks and bend crossties lead to congestion problems in members especially for large-diameter reinforced concrete column sections.
In this study, six types of large-scale reinforced concrete columns will be tested by axial compression and cyclic lateral loading. The primary variables are fastening types of crossties, crosstie types, and frequently possible construction practices in Taiwan. The main purpose of this study is to evaluate the crosstie confinement effectiveness of large-scale reinforced concrete columns under different design and construction situations.
第一章 緒 論 1
第一章 緒 論
第一節 研究緣起與背景
國內傳統鋼筋混凝土(RC)矩形柱橫向箍筋的圍束方式，不但在鋼筋籠的組立 作業上，需要耗費許多的人力，且箍、繫筋綁紮常會因綁紮不確實而使得整體構 材品質不易控制。此外，由於臺灣地區近年來大量建造高層 RC 集合住宅建築，連 帶使柱的尺寸也相對增大，使得繫筋的施工組立更形困難。 有鑒於此，本所曾於 97 年度進行 6 組 12 支大尺寸方形(斷面：750 mm×750 mm)短柱軸壓試驗[1]，探討在各種箍、繫筋配置方式下，其軸向受壓之行為，以 評估各類箍、繫筋配置方式的可行性及實用性，嘗試解決國內工程實務的問題， 並獲致初步具體結論，本(100)年度將賡續規劃 6 座大尺寸方形柱(斷面：600 mm×600 mm)，進行撓曲行為之實驗研究。 本研究之預期成果包括：(1)驗證大尺寸 RC 方形柱在不同繫筋配置方式下之 撓曲行為，提供國內工程實務界參考；(2)依據本研究之結論，提出兼顧圍束效果 及施工性繫筋配置方式之建議，提供國內工程實務界參考；(3)檢討現行 RC 構造設 計規範柱繫筋之相關規定，並且提出適用於大尺寸 RC 方形柱繫筋施工方式之規範 條文建議。第二節 研究方法及進度說明
本計畫之工作內容包括相關文獻之回顧與蒐集、RC 柱試體之規劃及設計、 RC 柱試體之製作、試驗及試驗結果之整理及分析、以及舉辦期中與期末簡報會 議，邀請國內專家學者與相關業界人士與會，以進行意見交流。經由本案之研 究，希望可將國內結構工程整體水準向上提升，使 RC 方形柱箍筋及繫筋之規劃及 設計更有依循的參考，以確實達到提高結構物耐震能力之預期目標，並使工程設 計單位能充分瞭解正確的繫筋之設計及施工。本研究目前已完成相關文獻之回顧 與蒐集與 RC 柱試體之規劃及設計，並於 8 月 25 日及 9 月 2 日辦理第 1 次及第 2 次 RC 柱試體之採購開標作業，皆因無廠商參與投標而流標，後續將檢討修正相關2 招標文件後，進行 RC 柱試體之採購與製作、RC 柱試體之試驗及試驗結果之整理 及分析。
第三節 蒐集之資料、文獻分析
本研究將針對美國及國內 RC 方形柱繫、箍筋相關研究文獻，進行蒐集、整 理與分析。1.3.1 美國之相關文獻
由 於 國 內 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 一 直 以 來 ， 皆 參 考 美 國 混 凝 土 學 會 (ACI, American Concrete Institute) 之 ACI 318 規 範 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary)而研訂，因此儘管國內與美國的工程環境未必 完全相同，其相關文獻實值得國內參考借鏡，相關重要文獻分述如下：(1) ACI 318M-08 (Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, 2008) ACI 318M-08[2]有關承受撓曲與軸向載重構材橫向鋼筋之耐震特別規定如下： yt c ch g yt c c sh f f A A f f sb A / 0.3 1⎟⎟≤0.09 ′/ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ′ ≥ 其中 = sh A 在s間距內垂直於b 方向之橫向鋼筋(包括繫筋)總斷面積。 c = s 橫向鋼筋於縱向鋼筋平行方向之中心距。 = c b 計算A 時之柱心尺寸，即橫向鋼筋外緣之間距。 ch = ′ c f 混凝土之規定抗壓強度。 = yt f 橫向鋼筋之規定降伏強度。 = g A 鋼筋混凝土總斷面積。 = ch A 橫向鋼筋圍束面積。
第一章 緒 論 3 有關承受撓曲與軸向載重構材橫向鋼筋之間距不得超過(耐震特別規定)： (1)構材斷面最小尺度之 1/4。 (2)6 倍主筋直徑。 (3)下式定義之s 0 150 3 350 100 0 ⎟≤ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = hx s mm 其中h 為沿柱各邊相鄰箍筋或繫筋間最大水平距離。 x 有關承受撓曲與軸向載重構材橫向鋼筋耐震特別規定間距之區域不得小於： (1)接頭面處之構材深度。 (2)構材淨長之 1/6。 (3)450 mm。 有關承受撓曲與軸向載重構材橫向鋼筋之間距不得超過(一般規定)： (1)主鋼筋直徑之 16 倍。 (2)箍筋直徑之 48 倍。 (3)柱之最小邊寬。
(2) Elwood, K. J., Maffei, J., Riederer, K. A., and Telleen, K. (2009) “Improving Column Confinement,” ACI Concrete International, Michigan, USA.
Elwood 等[3]提出較合理的撓曲與軸向載重構材橫向鋼筋之耐震特別規定如 下： ) / )( / ( 25 . 0 / c p n c yt g ch sh sb k k f f A A A ≥ ′ 其中 2 . 0 ≥ ′ = c g u p f A P k ；軸力係數。 ] 20 / ) 12 )][( / ( 4 . 0 6 . 0 [ + + = s x n n n h k l ；圍束係數。
4 = n 縱向鋼筋總數。 = s nl 位於箍筋角落或以超過 135 度的耐震彎鉤圍繞束制之縱向鋼筋數目。 0 . 1 ] 20 / ) 12 [(hx+ ≥ ；其中h 之單位為英吋。x 由以上的說明得知，Elwood 等所提之橫向鋼筋設計量，因考慮軸力及圍束效 應等因素故較為合理，並且反映柱構材在較高軸力下，需配置較多橫向鋼筋量， 以滿足耐震的需求。
(3) ACI 315-99 (Details and Detailing of Concrete Reinforcement)
ACI 315-99[4]規定鋼筋加工細部及允許公差等施工注意事項，其中有關繫筋 90 度彎鉤之角度加工允許公差為±2.5度，惟依據國內工程實務現況，恐不易符合 此一規定。
(4) PEER structural performance database user’s manual (version 1.0) (M. Berry, M. Parrish, and M. Eberhard, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, USA, 2004)
本研究[5]共蒐集 274 支矩形箍筋柱及 160 支圓形螺箍筋柱試體，承受反覆側向 載重之試驗資料庫，提供包括試體的基本設計資料、側向載重與位移數位歷時資 料、重要材料性質及試驗裝置等。本資料庫提供豐富的既有研究成果，供研究者參 考比對，(矩形箍筋柱最大尺寸：380 mm× 610 mm；方形箍筋柱最大尺寸：550 mm×550 mm；圓形螺箍筋柱最大直徑：600 mm)。
(5) Confinement Effectiveness of Crossties in RC (J. P. Moehle and T. Cavanagh, ASCE, Journal of Structural Engineering, Vol. 111, No. 10, pp. 2105-2120)
本研究[6]共計有 10 個試體，其中 8 個試體配置橫箍筋，總計採用 4 種箍筋配 置型式。研究結果發現兩端 180 度的繫筋與箍筋綁紮及一端 90 度另一端 135 度的 繫筋與主筋綁紮，此兩種施工細部皆為可接受的圍束方式，惟其柱試體的尺寸為 305 mm × 305 mm，與 RC 結構物的實際柱尺寸仍存有差距。
第一章 緒 論 5
1.3.2 國內相關文獻
(1) 現行規範「柱圍束箍筋綁紮方式」之安全性探討(中華民國結構工程學會結構工 程第 21 卷第 4 期) 本文[7]主要的論點在於現行「結構混凝土設計規範」中，對於繫筋二端之彎 鉤，未鉤住橫箍筋，而僅鉤住縱向柱主筋之綁紮方式所產生之安全疑慮甚多，對 柱之承載能力及韌性影響亦甚大，尤其是對大尺寸之柱會有近半數的柱主筋從柱 頂至柱底全長均處於幾乎無側撐之情况。因此雖然繫筋二端之彎鉤改為鉤住橫箍 筋，亦有其缺點存在，但「二害相權取其輕」，若犧牲少許施工性，可確保較大之 安全性，便值得深入研究改進。 (2) 建築鋼筋工程現場實務(詹氏書局 2000 年出版；劉壽榮、范光懿合著) 本書[8]著者認為彎鉤不論是否需要同時鉤住柱主筋或柱箍筋，重要的是大於 135 度的耐震彎鉤需確實的與柱主筋或柱箍筋繫結在一起，此時耐震彎鉤靠著繫筋 與混凝土之間的握裹力鉤住柱主筋或柱箍筋。另工作實務中，繫筋與主筋之間至 少要留 10 mm 的轉圜空間以利安裝，意即繫筋與被鉤的柱主筋或柱箍筋之間將有 至少 10 mm 的工作間隙而非完全密合。 (3) 一 筆 箍 及 年 年 發 預 製 箍 筋 之 研 發 ( 潤 弘 精 密 工 程 事 業 股 份 有 限 公 司 網 站 : http://www.ruentex.com.tw) 國內預鑄廠[9]有鑒於鋼筋現場綁紮常常是最費工，也是最容易因為人為的疏失 導致施工結果與設計不符的情形，嘗試進行預製箍筋的研發，所謂的一筆箍，即指 箍筋在鋼筋廠中將一根鋼筋，依據設計連續彎折成箍筋的形狀，箍筋已事先從工 廠中彎折成設計之大小，運至工地後僅需將箍筋套入，省去工地現場許多箍筋加 工的工項，加快施工之速度，而年年發則是一種採用螺旋箍筋新工法。 (4) 矩形 RC 柱採碳纖維包覆暨碳纖維錨栓耐震補強研究(林敏郎、林至聰、陳沛清、 蔡克銓、吳穎涵；NCREE-09-014 2009 年；國家地震工程研究中心) 本研究[10]試驗針對承受雙曲率彎矩和軸向壓力之老舊建築 RC 柱構件進行補 強研究，箍筋少量配置且無法滿足現行規範之耐震特別規定要求；五組試體分兩6 類進行補強，第一類兩組試體為碳纖維包覆和碳纖維包覆搭配碳纖維錨栓補強試 體剪力與韌性，第二類兩組試體為雙向碳纖維包覆搭配碳纖維錨栓補強剪力、韌 性和彎矩強度，另規劃一組為標準試體，試驗方式為對試體反覆側向加載，並形 成上下等值之雙曲率彎矩，並對試體施加高軸向壓力。 試驗結果標準試體如一般老舊建築柱為脆性撓剪破壞；第一類針對剪力強度 與韌性能力進行補強之試體試驗結果顯示碳纖維包覆配合使用碳纖維錨栓之補強 工法，可提升補強柱構件韌性與消能能力，延後碳纖維貼片斷裂發生時機，並改 善碳纖維非預警性炸開之破壞模式；第二類針對剪力強度、韌性及彎矩強度補強 試體試驗結果顯示，補強試體初始勁度有所提升，但因試驗過程中發生縱向碳纖 維和基礎鍊結之碳纖維錨栓斷裂而使彎矩強度無法提升至設計目標。 (5) RC 柱構件受高軸力與雙曲率彎矩作用下之補強行為研究(林敏郎、陳沛清、蔡克 銓、吳穎涵；NCREE-08-025 2008 年；國家地震工程研究中心) 許多校舍與騎樓式建築於 921 集集地震中發生嚴重的損壞，於諸多原因中， 底層柱構件發生破壞為造成嚴重破壞的主要原因之一，底層柱構件通常承受較大 之軸壓力與彎矩，在地震力作用下，可能產生柱構件潰散或彎矩破壞外，亦可能 因短柱效應而發生剪力破壞，進而造成整棟建築結構之嚴重損傷。本研究[11]針對 此類鋼筋混凝土柱構件進行構件行為與耐震補強研究，採用國內業界常使用之碳 纖維包覆補強，以及國家地震工程研究中心研發之八角形鋼板包覆補強等方法進 行試驗以驗証其補強效果，而所得試驗結果亦可檢驗與修正現有之補強分析與設 計方法。此外，本研究使用自行製作之碳纖維錨栓，可有效地改善傳統碳纖維補 強之耐震行為。同時，本計劃與日本琉球大學進行研究合作，引進日本學者所研 發之預力鋼棒補強方法，藉由學術合作與交流，以提升國內補強技術。 (6) 鋼 筋 混 凝 土 柱 受 高 軸 向 力 之 行 為 與 耐 震 補 強 研 究 ( 蔡 克 銓 、 林 敏 郎 ； NCREE-02-016 2002 年；國家地震工程研究中心) 本研究[12]共有十二組試體，由試驗結果顯示，未補強之標準試體其強度可達 設計強度，但強度達最大值後，破壞迅速發生，強度亦快速衰減，與集集地震所 見之破壞案例相類似。所有補強試體於強度與韌性上均有提升，就補強形狀上， 採用圓形補強斷面對強度提升最為顯著，八角形補強斷面亦能有效提升強度，矩
第一章 緒 論 7 形斷面因會產生面外拱出現象，即使採用較厚之鋼板仍無法避免，因此強度提升 較有限。就補強材料上，採用鋼板補強之試體均有非常良好之韌性表現，於試驗 停止時尚無明顯之破壞發生，而採用碳纖維複合材料補強試體其破壞發生為無韌 性的脆性破壞，韌性表現較不理想。採用八角形斷面補強之試體，不論採用鋼板 或碳纖維材料，其表現均非常良好，証明此種補強方案確實為經濟且可行的補強 方式。
第二章 97 年大尺寸 RC 方形柱試體試驗結果分析 9
第二章 97 年大尺寸 RC 方形柱試體試驗結果分析
本所於 97 年度已完成 6 組 12 支方形短柱試體的軸壓試驗，以下將針對試驗結 果詳加說明，並做為今(100)年度規劃試體之參考依據。第一節 試體之規劃
本研究規劃進行 6 組短柱試體，每組有 2 個試體，以避免混凝土材料變異性影 響試驗的結果，因此共計有 12 個試體，以下將針對此 6 組試體進行說明： 針對 M1 及 MH1 等 2 組試體，其主要的目的在於驗證繫筋綁紮方式，對於鋼 筋混凝土柱圍束效果之影響，希望此 2 組試體的試驗結果，能夠提供國內實務界設 計施工時的參考依據。 M1 試體採用標準繫筋(90 及 135 度)，繫筋之彎鉤鉤住柱主筋，平面及主筋的 方向，繫筋皆採間隔換端。MH1 試體採用標準繫筋(90 及 135 度)，但繫筋之彎鉤鉤 住柱主筋及箍筋，平面及主筋的方向，繫筋皆採間隔換端。 對於 M2 與 M3，此 2 組試體的主要目的，在於驗證 180 度繫筋之施工性及圍 束效果，此外對於大尺寸鋼筋混凝土柱而言，繫筋綁紮的施工性較為困難，因此本 研究嘗試提出 1 種改良型的搭接組合繫筋，並驗證其施工性、強度及韌性。M2 試 體與 M1 類似，惟採用 180 度繫筋(兩端)，繫筋之彎鉤鉤住柱主筋。M3 試體與 M2 類似，惟採用 2 根 180 度之彎鉤，其直線段部分搭接(直線段部分跨於對向箍筋上) 而形成組合繫筋，繫筋之彎鉤鉤住柱主筋。 在工程實務上，繫筋與主筋之間常需保留 10 mm 以上的轉圜空間以利安裝， 也就是說繫筋與被鉤的柱主筋或柱箍筋之間將有至少 10 mm 的工作間隙而非完全 密合(建築鋼筋工程現場實務；詹氏書局 2000 年出版)。因此 M1-10 與 M1-20 此 2 組試體，其目的在於反映國內繫筋實際施工現況，探討對於鋼筋混凝土柱圍束效果 之影響。 M1-10 試體與 M1 類似，惟其標準繫筋之 90 度彎鉤，與主筋有 10 mm 的工作 間隙，亦即繫筋之 90 度彎鉤與主筋並未實際接觸，而僅以鐵線綁紮連接。M1-20 試體與 M1 類似，惟其標準繫筋之 90 度彎鉤，與主筋有 20 mm 的工作間隙，亦即 繫筋之 90 度彎鉤與主筋並未實際接觸，而僅以鐵線綁紮連接。本研究之試體規劃，10 整理於表 2-1。
第二節 試體細部設計及強度檢核
本研究選定之試體尺寸為 750×750 mm，高寬比選定為 3，因此試體的總高度 為 2280 mm (其中混凝土的高度為 2250 mm；另含頂部及底部之 15 mm A572 Grade 50-750×750 mm 鋼板)，以下為試體設計之詳細資料：(1)材料強度： fc′= 28 MPa (4,000 psi)；主筋： fy = 420 MPa；箍筋及繫筋：fy =
420 MPa (SD 420)。 (2)柱試體之尺寸為 750×750 mm；混凝土之保護層厚度= 50 mm；總高度為 2280 mm。 (3)主筋設計： 採用ρst =0.02；因此所需之主筋面積為Ast =0.02×750×750= 11250 mm2。 考 慮 24 根 主 筋 排 列 方 式 ( 每 邊 排 列 7 根 主 筋 ) ； 主 筋 採 用 #8(D25) ， = × =24 506.7 st A 12160.8 mm2 ≈ 11250 mm2。 (4)檢核柱之軸壓力強度： 86 . 20 10 / ) 8 . 12160 420 750 750 28 ( 6 max = × × + × = P MN < 30 MN (OK) 同時假設混凝土強度有 15%之變異性，其最大軸壓力強度約為 23.22 MN，應 屬可行之設計。 (5)橫向鋼筋之設計： 本研究設計之柱體高寬比為 3，其中規劃高度中央 3 分之 1 的區域為試驗段(亦 即預期試體破壞發生的區域)，對於上部及下部 3 分之 1 的區域，其設計強度高於試 驗段，以確保試體破壞於中央試驗段。本研究之箍筋及繫筋採用#4(D13)–中央試驗 段每一斷面配置 1 個箍筋及 4 個標準繫筋(彎鉤為 90 及 135 度)，則其最小垂直間距 為： 5 . 187 750 25 . 0 min = × = s mm 4 . 152 4 . 25 6 min = × = s mm 150 3 350 100 min ⎟≤ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = hx s mm, 144.4 3 7 . 216 350 100 min ⎟= ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = s use 140 mm
第二章 97 年大尺寸 RC 方形柱試體試驗結果分析 11 因此採用s=120 mm。 計算所需的橫向鋼筋量： ] 1 ) )[( ( 3 0 ′ − = c c yh g ch sh . sh f / f A / A A yh c c sh . sh f / f A = 090 ′ 其中 = × =750 750 g A 562500 mm2 = × =650 650 ch A 422500 mm2 = − − =750 100 12.7 c h 637.3 mm = − × × = ) 1] 422500 562500 )[( 420 28 3 . 637 120 ( 3 . 0 sh A 507 mm2 = × × × = 420 28 3 . 637 120 09 . 0 sh A 459 mm2 因 此 所 需 之 橫 向 鋼 筋 面 積 為 507 mm2； 而 可 提 供 之 橫 向 鋼 筋 面 積 為 507 7 . 126 4× = cm2 (OK)，最後決定採用箍筋間距為 100 mm。 此外箍、繫筋標準彎鉤(90 度及 180 度)之直線延伸段為6db =6×12.7=76.2 cm，採用 80 mm。另外 M2 及 M3 型之繫筋 180 度彎鉤，因現行規範尚無規定，故 沿用前述標準彎鉤之規定，亦即直線延伸段為6db =6×12.7=76.2 mm，採用 80 mm。本研究試體之立面及剖面圖參見圖 2-1。
第三節 試體軸向試驗結果分析
本研究之試驗流程以位移控制模式(Displacement Control Mode)進行，其中 MTS 30MN 萬能試驗機軸向位移速率為 4.5 mm/min，其所對應軸向位移速率約為 0.002 /min (ASTM C39-96 對於混凝土圓柱試驗之軸向位移速率為 0.0043 /min [10])，另設定本試驗停止的條件為當軸向載重大約衰減至最大載重之一半時，即停 止試驗。
試驗結果發現所有 12 支試體其主要破壞皆發生於中央試驗段，符合研究預期 構想。依據 MTS 軸向力、LVDT 及系統軸向位移的歷時資料，本研究 6 組 12 支試
12 體之中央試驗段軸向力及位移圖，參見圖 2-2；此外，本研究以試體軸向力衰減至 0 8 . 0 P 所對應之中央試驗段軸向應變值，做為軸向變形性能的判斷依據，彙整結果參 見表 2-2，可獲得如下的結論： (a) 繫筋彎鉤同時鉤主筋及箍筋較僅鉤主筋之施工方式為佳，可增加軸向受壓之變 形能力(約 26%)，但會增加施工的困難度。 (b) 兩件式組合 180 度彎鉤繫筋較標準繫筋為佳，可增加柱軸向受壓之變形能力(約 63%)，建議國內實務界採用。 (c) 繫筋彎鉤鉤主筋之施工誤差，經試驗驗證，對於柱軸向受壓變形能力之影響不 顯著；另繫筋彎鉤鉤箍筋之施工方式，縱然存在誤差 20 mm，其軸向受壓之變 形能力較僅鉤主筋之標準作法，約可增加 5%。
第二章 97 年大尺寸 RC 方形柱試體試驗結果分析 13
表 2-1 本研究(97 年)之方形柱試體彙整表
試體 繫筋鉤住方式 備註 M1 A 採用標準繫筋(90 及 135 度) MH1 B 採用標準繫筋(90 及 135 度) M2 A 與 M1 類似，惟採用 180 度繫筋(兩端) M3 A 與 M2 類似，惟採用 180 度搭接組合 繫筋(直線段部分跨於對向箍筋上)。 M1-10 A 與 M1 類似，惟繫筋之 90 度彎鉤與主 筋有 10 mm 的工作間隙。 M2-20 A 與 M1 類似，惟繫筋之 90 度彎鉤與主 筋有 20 mm 的工作間隙。 上表中繫筋之鉤住方式： A：繫筋之彎鉤鉤住柱主筋 B：繫筋之彎鉤鉤住柱主筋及箍筋(資料來源：本研究)
14
表 2-2 本研究(97 年)之方形 RC 柱軸向變形性能彙整表
Specimen set Specimen 0 peak P P εpeak u ε 0 / peak P P εpeak εu( )
1 / u u M ε ε M1a 1.14 0.0029 0.019 M1 M1b 1.10 0.0030 0.019 1.12 0.0030 0.019 1.00 MH1a 1.06 0.0087 0.026 MH1 MH1b 1.10 0.0087 0.022 1.08 0.0087 0.024 1.26 M2a 1.06 0.0091 0.026 M2 M2b 1.11 0.0046 0.023 1.09 0.0069 0.025 1.32 M3a 1.13 0.0134 0.035 M3 M3b 1.09 0.0132 0.027 1.11 0.0133 0.031 1.63 M1-10a 1.13 0.0053 0.020 M1-10 M1-10b 1.07 0.0087 0.018 1.10 0.0070 0.019 1.00 M1-20a 1.08 0.0071 0.019 M1-20 M1-20b 1.06 0.0087 0.021 1.07 0.0079 0.020 1.05(資料來源：本研究)
第二章 97 年大尺寸 RC 方形柱試體試驗結果分析 15 (b) Section A-A 750 75 0
One hoop plus 4 crossties (No. 13) spacing = 100 mm
Concrete cover = 50 mm 24 Longitudinal rebar (No. 25)
24 Longitudinal reinforcement (No. 25)
2 standard No. 13 crossties
8 U-shaped No. 13 ties 750 75 0 (c) Section B-B 750 Unit： mm A A 75 0 2 250 Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15) 75 0 7 5 0 Top Segment Bottom Segment Test Segment (a) Elevation 75 75 2 1 @ 100 mm B B (b) Section A-A 750 75 0
One hoop plus 4 crossties (No. 13) spacing = 100 mm
Concrete cover = 50 mm 24 Longitudinal rebar (No. 25)
One hoop plus 4 crossties (No. 13) spacing = 100 mm
Concrete cover = 50 mm 24 Longitudinal rebar (No. 25)
24 Longitudinal reinforcement (No. 25)
24 Longitudinal reinforcement (No. 25)
2 standard No. 13 crossties 2 standard No. 13 crossties
8 U-shaped No. 13 ties 8 U-shaped No. 13 ties 750 75 0 (c) Section B-B 750 Unit： mm A A 75 0 2 250 Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15) Steel plate (750×750×15) 75 0 7 5 0 Top Segment Bottom Segment Test Segment (a) Elevation 75 75 2 1 @ 100 mm B B
圖 2-1 本研究(97 年)方形柱試體之立面及剖面圖
(資料來源：本研究)
16 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P /P 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Axial Strain (mm/mm) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Axial Strain (mm/mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 P/ P0 M1a M1b MH1a MH1b M2a M2b M3a M3b M1-10a M1-10b M1-20a M1-20b (a) (b) (c) (d) (e) (f) Axial Load-Deformation Curves
圖 2-2 本研究(97 年)方形柱試體軸向力與應變圖
第三章 實驗試體之規劃設計 17
第三章 實驗試體之規劃設計
本所於 97 年度已完成 6 組 12 支方形短柱試體的軸壓試驗，並已獲致初步的結 論，但一般而言建築結構中，柱構材應同時承受軸力、剪力及彎矩。因此本研究規 劃製作 6 座方形試體，配合本所已採購之大型試驗構架(參見圖 3-1)及 600 噸與 200 噸油壓致動器，進行撓曲試驗，賡續探討大尺寸 RC 方形柱在不同繫筋配置方式下 之撓曲行為，提供國內工程實務界參考，以下將就本研究之試體規劃及試體設計等 事項詳加說明。第一節 試體之規劃設計
S1 試體採用標準繫筋(90 及 135 度)，繫筋之彎鉤鉤住柱主筋，平面及主筋的 方向，繫筋皆採間隔換端，做為撓曲行為比較的基準。 針對 U1 與 U1-LS，此 2 組試體的主要目的，在於驗證 180 度繫筋於撓曲試驗 時之圍束效果，因由 97 年的軸壓試驗結果，已證實 180 度繫筋的圍束效果優於標 準繫筋，今年進一步驗證其在撓曲試驗下之行為。 在工程實務上，標準繫筋施工時，時常造成繫筋 90 度彎鉤產生角度誤差。因 此 S1-E1 與 S1-E2 此 2 組試體，旨在於反映國內繫筋實際施工現況，探討對於鋼筋 混凝土柱圍束效果之影響。 S2 試體與 S1 類似，惟採用標準繫筋(90 及 135 度)#4(SD420W)及#3(SD420W) 各 1 支重合，其構想為驗證箍筋及標準繫筋可達降伏強度，而 180 度繫筋可達抗 拉強度之初步假設，以提昇 180 度繫筋之經濟效益。本研究之試體規劃，整理於 表 3-1。第二節 試體細部設計及強度檢核
本研究選定之試體尺寸為 600×600 mm，基座厚度為 900 mm，因模擬之剪力 構架樓層高為 3200 mm，由固接端至反曲點(彎矩為零)的高度為 1600 mm，因此水 平力施力中心之高程為 2500 mm，此外，為配合大型試驗構架反力梁位置之限18
制，因此試體之設計總高度為 2876 mm，以下為試體設計之詳細資料：
(1)材料強度： fc′= 28 MPa (4,000 psi)；主筋： fy = 420 MPa；箍筋及繫筋：fy =
420 MPa (SD 420)。 (2)柱試體之尺寸為 600×600 mm；混凝土之保護層厚度= 40 mm；總高度為 2876 mm。 (3)主筋設計： 採用ρst =0.02；因此所需之主筋面積為Ast =0.02×600×600= 7200 mm2。 考 慮 24 根 主 筋 排 列 方 式 ( 每 邊 排 列 7 根 主 筋 ) ； 主 筋 採 用 #7(D22) ， = × =24 387.1 st A 9290.4 mm2 ≥ 7200 mm2。 (4)檢核柱之軸力比(預定軸力比採用 30%)： 3 10 / ) 28 600 600 3 . 0 ( × × × 6 = = P MN < 6 MN (OK) (5)測試段橫向鋼筋之設計： 本研究測試段之長度取 600 mm。 本研究測試段之箍筋及繫筋採用#4(D13)–每一斷面配置 1 個箍筋及 4 個繫筋， 則其最小垂直間距為： 150 600 25 . 0 min = × = s mm 2 . 133 2 . 22 6 min = × = s mm 150 3 350 100 min ⎟≤ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = hx s mm, 189 3 55 . 84 350 100 min ⎟= ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = s use 150 mm 因此採用s=130 mm(≈6db)。 計算所需的橫向鋼筋量： ] 1 ) / )[( / ( 3 . 0 ′ − = c c yt g ch sh sb f f A A A yt c c sh sb f f A =0.09 ′/ 其中 = × =600 600 g A 360000 mm2 = × =520 520 ch A 270400 mm2 = − =600 80 c b 520 mm
第三章 實驗試體之規劃設計 19 = − × × = ) 1] 270400 360000 )[( 420 28 520 130 ( 3 . 0 sh A 448 mm2 = × × × = 420 28 520 130 09 . 0 sh A 405.6 mm2 因 此 所 需 之 橫 向 鋼 筋 面 積 為 448 mm2； 而 可 提 供 之 橫 向 鋼 筋 面 積 為 8 . 506 7 . 126 4× = mm2 (OK)。 此 外 箍 、 繫 筋 標 準 彎 鉤 (90 度 、 135 度 及 180 度 ) 之 直 線 延 伸 段 為 2 . 76 7 . 12 6 6db = × = mm，採用 80 mm。 (6)非測試段橫向鋼筋之設計： 本研究非測試段之箍筋及繫筋採用#4(D13)–每一斷面配置 1 個箍筋及 4 個繫 筋，則其最小垂直間距為： 2 . 355 16 2 . 22 min = × = s mm 6 . 609 48 7 . 12 min = × = s mm = min s 600 mm 因此採用s=180 mm。 (7) 基礎之彎矩與剪力強度之檢核 彎矩強度(僅考慮主筋部分)： 1.77 1.5 52 871 . 3 7 82 067 . 5 6 > = × × × × = Column Foundation (OK) 剪力強度： 61 1000 / 86 80 280 53 . 0 53 . 0 ′ = × × = = f b d Vc c w tf 366 1000 15 86 4200 067 . 5 3 = × × × × = = s d f A Vs v yt tf 320 ) 366 61 ( 75 . 0 + = = n V φ tf > 300 tf (OK) 本研究試體之細部參見圖 3-2 至圖 3-8。
第三節 鋼筋混凝土方形柱試體之製作要求
為確保本研究試體製作之品質及精確度，合約之試體製作注意事項規定如下：20 1. 施工前試體底座所在區域須先行整平，才能施工，且底模鋪設前須由本所 人員驗收其水平完成後，才能施工。 2. 試驗場中的施工，需由本所人員許可後方能進行。 3. 承包廠商於施工過程及完工後須負責維護場地清潔。 4. 承包廠商須負責現場之安全衛生之設計及施工作業。 5. 在試體適當位置需加設吊鉤及螺栓孔，以利試體之移動及固定，吊鉤及螺 栓孔位置應配合本所人員要求。 6. 在試體適當位置需預埋螺桿或鐵件，以便利日後變位計之架設，預埋螺桿 或鐵件位置應配合本所人員要求。 7. 在試體適當位置需預留凹槽，以利日後油壓致動器之架設，預留凹槽位置 應配合本所人員要求。 8. 試體裝置應變計部分由本所負責施作，承包廠商於施工過程中應預先知會 本所何時可派員進場黏貼應變計。 9. 本案所有柱試體之縱向鋼筋應以適當之設計及施工方式與上、下端板銲接 固定，且上、下端板不可產生翹曲，必須保持完全水平。 10. 模板工程精確與否為實驗的重要因素，其包括組裝與支撐等的施作精度必 須良好，尤其各軸線、角度及水準面都要兼顧。另一方面，須配合工程進 度，不得延誤。 11. 進行模板工程前，應於 24 小時前通知本所人員，以方便本所人員進行最 後之檢核，未經允許不得施工。 12. 澆置混凝土應於 24 小時前通知本所人員，未經允許不得澆置。 13. 試體澆置混凝土應分成兩階段，第一階段澆置基座，並至少於 5 天後，方 能進行第二階段混凝土的澆置。 14. 所有混凝土澆置於模板內 15 分鐘內應即使用頻率至少每分鐘 4000 次之高 頻率內部振動器振實之，振動器使用地點、方法及振動時間，須保證混凝 土得到最大密度而不使水泥漿及粒料產生離析，且不致引起表面有浮水現 象，並需分層澆置。 15. 試體完成拆除模板後，待試體進行試驗前，本所將另行通知承包廠商將所 有試體垂直面漆上白色油漆及標註黑色格線。 16. 本案所有柱試體上部端板與混凝土澆置完成面之間應預留 20 mm 之間
第三章 實驗試體之規劃設計 21 隙，並以至少 56 MPa 強度無收縮水泥漿灌實，再將直徑 300 mm 之圓形灌 漿鋼板填回、銲接固定及磨平。 17. 本案所有完成之柱試體須有明顯的標記，足以識別其試體編號。 18. 如完成製作之試體有缺失之處，廠商有責任加以補強或重新製作以達預先 要求。 19. 其餘未規定之事項，依內政部「結構混凝土設計規範」及「結構混凝土施 工規範」與建築土木工程施工慣例辦理。 20. 材料要求： (A)混凝土： (1)拌合混凝土用之材料(水泥、骨材、水、添加劑)等均需按 CNS 規定辦 理。 c水泥：普通波特蘭水泥(TYPE I)，應符合 CNS-61 規定。 d骨材：粗骨材最大尺寸為 25 mm，細骨材用天然砂(未受污染者)或 其與軋製砂之混合材料，其含泥量不得超過 3%，FM 在 2.3 以上， 其含氯離子量需在 0.003%以下。粗細骨材比重均應在 2.5 以上， 堅硬潔淨。 e水：須潔淨，不得含有害的酸、鹼、油、鹽類有機物及懸游有害物 質。 f化學添加劑：須經本所人員同意其種類與用量後，始可使用。 (2)本案試體於混凝土澆置後 20 天內，不得移動。若於預鑄廠製作時， 混凝土強度達 12 MPa 以上，可進行脫模作業(將試體模具移除並搬運 至儲存場地儲放)。 (3)本案混凝土 28 天設計強度為 28 MPa。每一批混凝土材料針對 28 天提 供 3 個抗壓試體(須做溼布養護)；每一柱試體之第二階段混凝土材料 針對試驗當天提供 3 個抗壓試體(與柱試體養護條件相同)以供測試抗 壓強度( f ′ )，試體取樣位置由本所人員於現場指定之，混凝土強度試c 驗須符合 ASTM 試驗規範及一般規定。每次澆置前，須提送配比至本 所審核，並於現場澆置時做坍度試驗，不合格者則予以退回，不得澆 置。混凝土抗壓強度，需至具 TAF 認證之實驗室進行混凝土抗壓試驗 (試驗費用由承包廠商支付)。每一批混凝土 28 天材齡試體之抗壓試驗
22 強度需滿足(a)個別抗壓強度均大於 28 MPa 且(b)平均抗壓強度小於 36 MPa 之合格標準，否則承包廠商必須拆除、重作，不得異議。經本所 人員同意，28 天材齡試體之抗壓試驗得延期進行，惟以 3 天為限。 (B)鋼材、鋼筋、結合鐵件、銲接材料及五金： (1)鋼材：ASTM A572 Gr. 50 或類似鋼材。
(2)鋼筋：均應符合 JIS-G 3112 規格或竹節鋼筋 CNS 560 或 ASTM A706。 不得使用水淬鋼筋。鋼筋之降伏強度要求為 420 MPa 不可超過 540 MPa)。使用竹節鋼筋#3、#4、#7 及#8，組筋前，須先行至 具 TAF 認證之實驗室做抗拉應力-應變曲線試驗(同批鋼筋料各 號數鋼筋各提供 3 支 1000 mm 長之鋼筋試片試驗結果，試驗費 用由承包廠商支付)。 (3)結合鐵件：ASTM A572 Gr.50 之要求。 (4)銲接材料：ASTM E7016 或同級材料。 (5)吊點：屬假設工程，能保吊裝安全因數至少 4 以上為原則。 (6)以上之鐵件不須做任何防銹處理；螺紋及空隙處在送入儲場前應塗以 黃油，吊裝前應將黃油消除乾淨；鐵件之加工精度，尺寸誤差不得超 過±3 mm。若有不同的處理方式，必先經設計者同意後才能更改。
第三章 實驗試體之規劃設計 23
表 3-1 本研究方形柱試體規劃彙整表
項目 方形柱編號 備註 1 S1 採用標準繫筋(90 及 135 度)， 繫 筋 之 兩 端 均 圍 繞 於 縱 向 鋼 筋，並間隔換端。 2 U1 採用 180 度繫筋，繫筋之兩端 均圍繞於縱向鋼筋。 3 U1-LS 採用 180 度組合繫筋，繫筋之 兩端均圍繞於縱向鋼筋。 4 S1-E1 採用標準繫筋(90 及 135 度)， 繫筋之 135 度彎鉤圍繞於縱向 鋼筋，90 度彎鉤向外側張開 5 度，並間隔換端。 5 S1-E2 採用標準繫筋(90 及 135 度)， 繫筋之 135 度彎鉤圍繞於縱向 鋼筋，90 度彎鉤向外側張開 10 度，並間隔換端。 6 S2 採 用 標 準 繫 筋 (90 及 135 度)#4(SD420)及#3(SD420)各 1 支重合，繫筋之兩端均圍繞於 縱向鋼筋，並間隔換端。 註 1：混凝土強度：28 MPa；鋼筋降伏強度：420 MPa。 註 2：各種編號各製作 1 座試體。 註 3：柱試體斷面之保護層厚度為 40 mm；縱向鋼筋為 24 支#7 主筋。 註 4：基座斷面#8 主筋兩端皆銲接端部錨定鋼板 A572 Gr. 50(75*75*9 mm)。 註 5：含 180 度繫筋(U1 及 U1-LS)之圍束力為(2×At× fyt+2×At×1.5fyt =5Atfyt)； S2 試體之圍束力為(2×At× fyt+(2+2×0.563)×At×fyt =5.136Atfyt)。(資料來源：本研究)
24
圖 3-1 大型試驗構架示意圖
第三章 實驗試體之規劃設計 25
圖 3-2 本研究方形柱試體之立面及剖面圖
(資料來源：本研究)
600 40 40 600 Inner tie #4 SD420@180 Closed #4 SD420@180 Rebar #7 SD420 D22 Section B-B 600 40 40 600 Inner tie #4 SD420@130 Closed #4 SD420@130 Rebar #7 SD420 D22 Section C-C 100 500 1000 500 100 50 3@120 150 640 120 150 3@120 50 120 100 100 150 500 150 70 130 400 130 70 Section D-D E E 800 900 Rebar #8 SD420 D25 Bottom plate 600 600 15 2200 A A 900 1976 13 7 6 60 0 Clos ed #4 SD420@ 130 Inne r tie #4 S D 420 @130 Closed #4 SD420@ 180 Inner tie #4 SD4 2 0@1 8 0 C C D D 600 Unit mm 600 600 Steel plate (600 600 15)Longitudinal rebar welded with plate
Section E-E 70 130 400 130 70 50 Hole diameter = 300mm B B Section A-A Φ70 Rebar #8
26
圖 3-3 S1 試體斷面圖
(資料來源：本研究)
圖 3-4 U1 試體斷面圖
(資料來源：本研究)
40 40 Unit mm 600 60 0 Unit mm 40 40 600 600第三章 實驗試體之規劃設計 27
圖 3-5 U1-LS 試體斷面圖
(資料來源：本研究)
圖 3-6 S1-E1 試體斷面圖
(資料來源：本研究)
40 40 Unit mm 600 600 5 Unit mm 600 40 40 60028
圖 3-7 S1-E2 試體斷面圖
(資料來源：本研究)
圖 3-8 S2 試體斷面圖
(資料來源：本研究)
10 Unit mm 600 40 40 600 600 600 Unit mm 40 40 #4 (SD420) #3 SD420)+
第四章 結論與建議 29
第四章 結論與建議
第一節 結論
(1)繫筋彎鉤同時鉤主筋及箍筋較僅鉤主筋之施工方式為佳，可增加軸向受壓之變形 能力(約 26%)，但會增加施工的困難度。 (2)兩件式組合 180 度彎鉤繫筋較標準繫筋為佳，可增加柱軸向受壓之變形能力(約 63%)，建議國內實務界採用。 (3)繫筋彎鉤鉤主筋之施工誤差，經試驗驗證，對於柱軸向受壓變形能力之影響不顯 著；另繫筋彎鉤鉤箍筋之施工方式，縱然存在誤差 20 mm，其軸向受壓之變形能 力較僅鉤主筋之標準作法，約可增加 5%。第二節 建議
以下分別從立即可行的建議及長期性建議加以列舉。 本研究案之研究成果，可供工程實務界參考應用，並可提供相關規範研修訂時之 參考，以解決國內工程實務問題。－立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 國內傳統鋼筋混凝土矩形柱橫向箍筋的圍束方式，不但在鋼筋籠的組立作業 上，需要耗費許多的人力，且箍、繫筋綁紮常會因綁紮不確實而使得整體構材品 質不易控制。此外，由於臺灣地區近年來大量建造高層 RC 集合住宅建築，連帶使 柱的尺寸也相對增大，使得繫筋的施工組立更形困難。本研究案之研究成果，可供 工程實務界參考應用，並可提供相關規範研修訂時之參考，以解決國內工程實務問 題。 本研究案僅針對大尺寸鋼筋混凝土柱軸壓行為進行探討，後續應進一步針對鋼筋混 凝土柱同時承受軸壓及側力之行為進行研究。－長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所30
協辦機關：內政部建築研究所
本研究案目前僅針對大尺寸鋼筋混凝土柱軸壓行為進行探討，後續應持續針對 鋼筋混凝土柱同時承受軸壓及側力之行為進行研究，以真實模擬建築結構柱構材之 受力情形。
附錄一 期中簡報審查意見會議紀錄及回應表
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內政部建築研究所
100 年度自行研究計畫案「大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究
(1/3)」、「包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱圍束箍筋耐震需求之研究(1/2)」與
「耐震鋼梁新型防挫屈裝置之實驗研究 II」等 3 案期中審查會議紀錄
一、時間：100 年 8 月 15 日（星期一）下午 2 時 30 分 二、地點：本所簡報室 三、主持人：林組長建宏 紀錄：李台光、陶其駿、陳柏端 四、出席人員：(如簽到單) 五、主席致詞：(略)。 六、執行單位簡報：(略)。 七、綜合意見： (一)「大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究(1/3)」案： 1、陳技師正平： (1) 繫筋之彎鉤若採隔根互換，則恐難顯現彎鉤角度對圍束效果之影響。若要 瞭解彎鉤角度之影響，建議二端彎鉤不隔根互換。 2、陳教授正誠： (1) S1-E1 與 S1-E2 試體之設計規劃宜再檢討，其餘試體規劃頗為恰當。 (2) 箍筋應使用 SD420W 或 SD280W 鋼筋。 3、廖教授文義： (1) 本研究案規劃完整，試體設計亦符合現有耐震課題，符合預期。 (2) 預定施加軸力採用0.3f ′c，此值似乎為軸力對韌性之分界點，或許可分年 採不同軸力，探討其影響程度。 (3) 本研究案試體之加載歷時，請確認其型式。 (4) 建議試體基礎加裝位移計與轉角計，以確認其變形量。 4、中華民國全國建築師公會 曹建築師昌勝：附錄一 期中簡報審查意見會議紀錄及回應表 33 (1) 請說明大尺寸之定義，本研究案試體斷面僅採用 600 mm*600 mm，其試驗 結果能否代表實際建築結構柱構材之行為？ (2) 請詳細說明本研究案試體不同繫筋配置的型式。 (3) 實際建築結構 RC 柱構材之尺寸，常超過 150 cm 以上，繫筋有很多排，本 研究案試驗結果能否代表此類型配置繫筋之行為。 八、執行單位回應(李台光研究員)： (一)大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究(1/3) 1、 本研究案 S1-E1 與 S1-E2 試體之設計，後續試體製作期間將審慎檢討修 正。 2、 後續研究將會確認本研究案試體之加載歷時。 3、 受限於本所 600 噸軸壓致動器之使用容量，本研究案試體斷面採用 600 mm*600 mm，預定軸力比約為 0.3，未來規劃分年採不同軸力比，探討其 影響程度。 4、 其餘審查委員相關意見，將配合增修與考量。 九、會議結論及主席指示： (一) 研究團隊針對諸位審查委員之意見，除於本會議中作綜合性回應外，並請 於期末報告中，依承辦同仁詳實記錄之與會專家學者及機關團體代表意 見，提出詳細回應。 (二) 本次自行研究計畫案「大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究(1/3)」、「包 覆型鋼骨鋼筋混凝土柱圍束箍筋耐震需求之研究(1/2)」與「耐震鋼梁新型防 挫屈裝置之實驗研究 II」等 3 項計畫案期中審查原則通過。 十、散會(下午 4 時 30 分)。
34 期中簡報審查委員意見回應表 委員 審查委員意見 研究單位回應 陳技師正平 1.繫筋之彎鉤若採隔根互換，則 恐難顯現彎鉤角度對圍束效果之 影 響 。 若 要 瞭 解 彎 鉤 角 度 之 影 響，建議二端彎鉤不隔根互換。 將參考委員建議，檢討試體設計 規劃之妥適性。 1. S1-E1 與 S1-E2 試體之設計規劃 宜再檢討，其餘試體規劃頗為恰 當。 S1-E1 與 S1-E2 試體之設計規 劃，經檢討尚可反映國內工程現 況，惟其細部待進一步討論後決 定，另感謝審查委員的支持與肯 定。 陳教授正誠 2. 箍 筋 應 使 用 SD420W 或 SD280W 鋼筋。 本研究案箍筋已改採用 SD420W 及 SD280W 鋼筋。 1.本研究案規劃完整，試體設計 亦 符 合 現 有 耐 震 課 題 ， 符 合 預 期。 感謝審查委員的支持與肯定。 2.預定施加軸力採用0.3f ′c，此值 似乎為軸力對韌性之分界點，或 許可分年採不同軸力，探討其影 響程度。 本研究案預定採用之軸力比約為 0.3，未來規劃分年採不同軸力 比，探討其影響程度。 3.本研究案試體之加載歷時，請 確認其型式。 經參考數篇相關論文及研究報 告，目前 RC 柱側向加載歷時， 並不一致，正評估試體之較佳加 載歷時。 廖教授文義 4.建議試體基礎加裝位移計與轉 角計，以確認其變形量。 本研究進行試驗時，將參考委員 建議，試體基礎加裝位移計與轉 角計，以確認其變形量。 1.請說明大尺寸之定義，本研究 案試體斷面僅採用 600 mm*600 mm，其試驗結果能否代表實際 建築結構柱構材之行為？ 目前尚無大尺寸斷面明確的定 義，受限於本所 600 噸軸壓致動 器之使用容量，本研究案試體斷 面採用 600 mm*600 mm，試驗 結果可提供國內工程實務界參 考。 曹建築師昌 勝 2.請詳細說明本研究案試體不同 基本上本研究案所有試體之繫筋
附錄一 期中簡報審查意見會議紀錄及回應表 35 繫筋配置的型式。 配置型式皆為相同(井字型)，惟 其繫筋型式不同，參見圖 3-3 至 圖 3-8。 3.實際建築結構 RC 柱構材之尺 寸，常超過 150 cm 以上，繫筋有 很多排，本研究案試驗結果能否 代表此類型配置繫筋之行為。 受限於本所 600 噸軸壓致動器之 使用容量，本研究案試體斷面採 用 600 mm*600 mm，試驗結果 可提供國內工程實務界參考。
附錄二 期末簡報審查意見會議紀錄
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內政部建築研究所
100 年度自行研究計畫案「大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究
(1/3)」、「包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱圍束箍筋耐震需求之研究(1/2)」與
「耐震鋼梁新型防挫屈裝置之實驗研究 II」等 3 案期末審查會議紀錄
一、時間： 100 年 11 月 29 日（星期二）下午 2 時 30 分 二、地點：大坪林聯合大樓 15 樓第 3 會議室（新北市新店區北新路 3 段 200 號 15 樓） 三、主持人：林組長建宏 紀錄：李台光、陶其駿、陳柏端 四、出席人員：(如簽到單) 五、主席致詞：(略)。 六、執行單位簡報：(略)。 七、綜合意見： (一)「大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究(1/3)」案： 1、陳技師正平： (1) 組合繫筋搭接建議兩端具 180 度彎鉤時之搭接長，以減少搭接長度。 (2) 90 度彎鉤變化角度 5 至 10 度，因受隔根 135 度之幫助，致變化角度之影響 恐不顯著。 (3) 對同時鉤住主筋跟箍筋之圍束效果較佳，但同時如何克服保護層會較小之 問題，值得後續研究。 2、陳教授正誠： (1) 以 100 年至 102 年整體研究計畫觀之，研究內容還可以再充實，建議試體 數量酌予增加，並分別在 101 及 102 年，進行試驗及試驗資料之彙整與分 析。 (2) 研究成果應能提供工程實務上，有關繫筋設計與施工改善方法之參考。此 外對規範條文之修訂，也可提供實質的建議。 (3) 撓曲研究試體規劃，係參考 97 年軸向試驗結果擬定，計畫之延伸性及整合附錄二 期末簡報審查意見會議紀錄 39 性良好。 3、林組長建宏： (1) 試驗試體 2 次流標，請探討原因，於明（101）年元月份即辦理公告招標， 以掌握研究進度。 (2) 本研究計畫原定分 3 年辦理，建議修正為 2 年。 八、執行單位回應(李台光研究員)： (一)大尺寸鋼筋混凝土柱撓曲行為之實驗研究(1/3) 1、 本研究案試體之規劃及設計，將參酌審查委員意見，審慎檢討修正。 2、 本研究案規劃於明(101)年初辦理試體製作採購發包作業，以符合預定研究 進度。 3、 其餘審查委員相關意見，將配合增修與考量。 九、會議結論及主席指示： (一) 本次自行研究計畫 3 案期末報告原則通過，請掌握後續之研究期程，充實 研究內容，確實完成各案計畫。 (二) 綜合討論之建議事項，請各案主持人參採辦理或妥予回應，納入最後之成 果報告；有關期中與期末審查會議之審查意見，應以回應表方式逐項回 覆，並詳實呈現於成果報告之附錄中。 十、散會(下午 4 時 30 分)。
參考資料
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參 考 資 料
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[5] M. Berry, M. Parrish, and M. Eberhard (2004) “PEER structural performance database user’s manual (version 1.0)” Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, USA.
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[13] ASTM C 39-96, “Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens,” Pennsylvania, USA.
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