輕質骨材混凝土使用於RC結構物之經濟性評估
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(2) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR RESEARCH PROJECT PEPORT. The Economic Evaluation of the Application of the Lightweight Aggregate Concrete on RC Structure. BY JING PI SHIAO CHAO LUNG HWANG CHAN PING PAN DECEMBER, 2002. ii.
(3) 內政部建築研究所研究計畫成果報告. 輕質骨材混凝土使用於 RC 結構物 之經濟性評估. 計畫主持人： 蕭所長江碧 顧. 問： 陳宗鵠建築師、黃博全博士. 共同主持人： 黃教授兆龍、潘副教授誠平 研 究 人 員 ： 洪盟峰、江育賢 研 究 助 理 ： 范綱樑、林章盛、葉叔通、林素如. 研 究 單 位 ： 內政部建築研究所 計 畫 編 號 ： MOIS 912035 執 行 期 程 ： 九十一年八月至九十一年十二月. iii.
(4) 摘. 要. 關 鍵 詞：輕 質 骨 材、輕 質 骨 材 混 凝 土、RC 結 構 物、水 庫 淤 泥 、 工 程 效 益 、 能 資 源 節 約 、 經 濟 性 、 ENVLOAD 本 評 估 報 告 在 評 量 「 輕 質 骨 材 混 凝 土 使 用 於 RC 結 構 物 之 經 濟 性 」， 以 作 為 未 來 輕 質 骨 材 開 發 、 推 廣 、 投 資 及 決 策 的 參 考。內容在評估水庫淤泥燒製輕質骨材之品質及價格、工程效 益及能資源節約之經濟性。研究結果顯示：骨材生產成本可控 制 在 1000 元 /m³以 下 ； 高 性 能 輕 質 骨 材 混 凝 土 工 程 性 質 符 合 工 程需求；針對三種樓層和二類用途分析，採用輕質混凝土後， 結 構 樑 柱 斷 面 可 減 少 32% ～ 50% 範 圍 ， 建 築 物 外 殼 耗 能 量 （ ENVLOAD）降 低 7%～ 13%，建 築 物 外 界 空 調 負 載 節 省 電 力 33% 以上。證明利用水庫淤泥製造輕質骨材及輕質混凝土，不管結 構 及 耗 能 上 均 為 經 濟 可 行，符 合 資 源 永 續 及 綠 色 家 園 的 國 家 政 策，為一項突破性的綠色建材。. iv.
(5) ABSTRACT Keywords: Lightweight aggregate (lwa), Lightweight concrete, Reinforced concrete structure, Fine sediment of reservoir, Engineering benefit, Energy and resources conservation, Economical feasible, ENVLOAD. This project is mainly to evaluate the economical benefit of the application of lightweight aggregate (lwa) made by fine sediment of reservoir on reinforced concrete structure.. The purpose is to gather sufficient information for. manufacturing lightweight aggregate, promotion, investment and decision making. The manufacture cost and product quality of lwa, engineering benefit of lightweight concrete, and energy and resources conservation are studied. The result indicates that the cost of the lightweight aggregate is far below 1,000 NTD/m³ as the product quality met the engineering specification and standard.. After the application of lwa. concrete, the cross section of beam and column members may be decreased 32~50%, the ENVLOAD can be cut down 7~13%, and the electric power consumption can be decreased at least 33%.. Such new green building material of. lwa is economical feasible for manufacturing in view of structure property, and energy and resources conservation.. v.
(6) 目 第一章. 錄. 緒論..............................................................................................01. 第一節. 研究動機...............................................................................01. 第二節. 研究團隊..................................................................................02. 第三節. 研究目的..................................................................................03. 第四節. 研究流程..................................................................................03. 第二章. 研究之計劃.......................................................................................05. 第一節. 研究方法...............................................................................05. 第二節. 研究變數..................................................................................05. 第三章. 水庫淤泥製造輕質骨材經濟性分析...........................................17. 第一節. 前言.......................................................................................17. 第二節. 輕質骨材工程用途及市場需求...........................................18. 第三節. 水庫淤泥製造輕質骨材建廠規劃.......................................20. 第四節. 水庫淤泥製造輕質骨材預算成本分析...............................25. 第五節. 小結.......................................................................................31. 第四章. 輕質骨材混凝土的工程性質初步分析..........................................33. 第一節. 前言.......................................................................................33. 第二節. 輕質混凝土之新拌性質.......................................................34. vi.
(7) 第三節. 輕質混凝土之硬固性質.......................................................35. 第四節. 輕質混凝土之熱傳導性質...................................................40. 第五節. 小結....................................................................................41. 第五章. 輕質 RC 建築物結構經濟效益分析...............................................43. 第一節. 前言......................................................................................43. 第二節. 版之分析................................................................................45. 第三節. 梁與柱之分析........................................................................51. 第四節. 小梁之分析............................................................................69. 第五節. 各部構任之經濟效益............................................................76. 第六節. 各部構件之施工性......................................................................78. 第七節. 小節.................................................................................................78. 第六章. 輕質 RC 建築物外殼耗能量分析......................................................81. 第一節. 前言.......................................................................................81. 第二節. 建築物外殼耗能量基準指標之法規依據............................82. 第三節. 建築物外殼耗能量影響主要因子........................................84. 第四節. 建築物建築耗能計標與分析................................................86. 第五節 輕質 RC 建築物建築耗能分析...........................................90 第六節 輕質 RC 建築物耗能比較分析............................................92. vii.
(8) 第七章. 輕質 RC 建築物外界空調負載分析.....................................95. 第一節. 前言.......................................................................................95. 第二節. 建築物外界空調計算方法.....................................................95. 第三節. 案例分析計算.............................................................................107. 第四節. 小結...............................................................................................111. 第八章. 輕質骨材混凝土使用於 RC 結構物經濟性綜合分析 ...............115. 第一節. 前言......................................................................................115. 第二節. 水庫淤泥製造輕質骨材經濟性分析.................................115. 第三節. 輕質骨材混凝土工程性質比較分析..................................117. 第四節 輕質 RC 建築物結構經濟效益比較分析............................118 第五節 輕質 RC 建築物外殼耗能量比較分析................................119 第六節 輕質 RC 建築物外界空調負載分析比較............................120 第九章. 結論與建議.................................................................................121. 第一節. 結論.....................................................................................121. 第二節 建議（後續計畫）................................................................122 參考文獻....................................................................................................127 附件目錄....................................................................................................129 附件一. d2 住宿類建築物外殼耗能評估計算表................................130. viii.
(9) 附件二 of-4 建築物外殼耗能量 ENVLOAD 計算表..............................131 附件三 d-14 建築物外殼耗能評估計算表..........................................132 附件四 of-14 建築物外殼耗能量 ENVLOAD 計算表............................133 附件五 d-31 建築物外殼耗能評估計算表..........................................134 附件六 of-31 建築物外殼耗能量 ENVLOAD 計算表............................135. ix.
(10) 表目錄 表 2-1. 研究選定建築物簡介...........................................................07. 表 3-1. 直接人力成本........................................................................27. 表 3-2. 單位成本分析表......................................................................31. 表 4-1. 高性能輕質骨材混凝土配比.................................................33. 表 4-2. 輕質混凝土彈性模數和波松比.............................................37. 表 5-1-1. 辦公建築版各向彎矩..................................................................47. 表 5-1-2. 住宅建築版各向重矩...................................................................48. 表 5-2-1. 住宅建築版各向重矩...................................................................49. 表 5-2-2. 住宅建築版各向彎矩....................................................................50. 表 5-3. 四種混凝土材料基本性質.....................................................55. 表 5-4. 各棟建築梁與柱之橫斷面縮減量分析資料.........................56. 表 5-5(1). 二層住宅建築之分析結果..........................................................56. 表 5-5(2). 四層辦公室建築之分析結果......................................................56. 表 5-5(3). 十四層住宅建築之分析結果......................................................57. 表 5-5(4). 十四層辦公室建築之分析結果..................................................57. x.
(11) 表 5-5(5). 三十一層住宅建築之分析結果.................................................57. 表 5-5(6). 三十一層辦公室建築之分析結果............................................58. 表 5-6(1). 二層住宅建築之梁橫斷面縮減百分比....................................58. 表 5-6(2). 二層住宅建築之柱橫斷面縮減百分比....................................59. 表 5-7(1). 四層辦公室建築之梁橫斷面縮減百分比................................59. 表 5-7(2). 四層辦公室建築之柱橫斷面縮減百分比................................60. 表 5-8(1). 十四層住宅建築之梁橫斷面縮減百分比................................60. 表 5-8(2). 十四層住宅建築之柱橫斷面縮減百分比................................61. 表 5-9(1). 十四層辦公室建築之梁橫斷面縮減百分比............................62. 表 5-9(2). 十四層辦公室建築之柱橫斷面縮減百分比............................63. 表 5-10(1). 三十一層住宅建築之梁橫斷面縮減百分比..........................64. 表 5-10(2). 三十一層住宅建築之柱橫斷面縮減百分比..........................65. 表 5-11(1). 三十一層辦公室建築之梁橫斷面縮減百分比......................66. 表 5-11(2). 三十一層辦公室建築之柱橫斷面縮減百分比......................67. 表 5-12. 各棟輕質骨材混凝土可縮減梁柱構件的橫斷面積百分比..68. 表 5-13(1). 比較四層辦公室建築實際的小梁 A 案例..............................71. xi.
(12) 表 5-13(2) 比較四層辦公室建築實際的小梁 B 案例...................................71 表 5-14. 比較虛擬的小梁 C .........................................................................72. 表 5-15. 各棟建築物使用輕質骨材混凝土的質量與體積......................77. 表 6-1. 辦公廳類、百貨商場類、旅館類及醫院類建築物外殼容許最 大耗能量...............................................................................83. 表 6-2. 住宿類建築物容許最大外殼熱傳導率.......................................83. 表 6-3. 傳統 RC 及輕質 RC 全年建築物外殼耗能量 ENVLOAD 比較（辦 公室類型案例）................................................................................93. 表 6-4. 住宅類型案例傳統 RC 及輕質 RC 屋頂及外牆平熱傳透率比 較....…….............................................................................................94. 表 7-1(1). 由普通玻璃透過之太陽熱（北緯 20°）.........................................98. 表 7-1(2). 由普通玻璃透過之太陽熱（北緯 30°）.........................................99. 表 7-2. 由玻璃透過之太陽熱總因數.......................................................100. 表 7-3. 不同面向之等效溫度差................................................................101. 表 7-4. 不同暴露條件下之等效溫度差..................................................102. 表 7-5. 導熱係數 U－圬工牆...............................................................103. 表 7-6. 導熱係數 U－圬工飾面牆......................................................104. xii.
(13) 表 7-7. 建築物 of-14 使用輕質骨材混凝土之電力空調負載及省電率比 較...........................................................................................................108. 表 7-8. 建築物 d-2 使用輕質骨材混凝土之電力空調負載及省電率比 較....................................................................................................110. 表 7-9. 建築物 of-4 使用輕質骨材混凝土之電力空調負載及省電率比 較...................................................................................................112. 表 7-10. 建築物使用輕質骨材混凝土之省電率比較...............................112. 表 8-1. 輕質骨材混凝土使用於 RC 結構物之經濟性綜合評估表…....116. xiii.
(14) 圖目錄 圖 1-1. 輕質骨材混凝土使用於 RC 結構物之經濟性評估流程圖..04. 圖 2-1-(1). 建築物 d2 平面圖..........................................................................08. 圖 2-1(2). 建築物 d2 立面圖..........................................................................09. 圖 2-2(1). 建築物 of4 平面圖........................................................................10. 圖 2-2(2). 建築物 of4 立面圖........................................................……..............11. 圖 2-3(1). 建築物 of14 平面圖.......................................................................12. 圖 2-3(2). 建築物 of14 立面圖.......................................................................13. 圖 2-4(1). 建築物 of31 平面圖.......................................................................14. 圖 2-4(2). 建築物 of31 立面圖.......................................................................15. 圖 3-1. 輕質骨材生產流程圖...................................................................25. 圖 4-1. 輕質骨材混凝土可具高蜂蜜般流動性 SCC 特質.................34. 圖 4-2. 輕質骨材混凝土的強度發展......................................................36. 圖 4-3. 輕質骨材混凝土電阻性質..........................................................38. 圖 4-4. 輕質骨材混凝土電滲性質..........................................................40. 圖 4-5. 輕質骨材混凝土單位重與熱傳導係數之關係.......................41. 圖 5-1. 混凝土單位重對版厚度縮減的效益.........................................47. 圖 5-2. 二層住宅建築之梁柱結構.........................................................51. xiv.
(15) 圖 5-3. 四層辦公室建築之梁柱構架......…............................………........52. 圖 5-4(1). 十四層住宅建築與十四層辦公室建築之梁柱構架.............52. 圖 5-4(2). 十四層住宅建築與十四層辦公室建築之梁柱構架.............53. 圖 5-5(1). 三十一層住宅建築之梁柱構架................................................53. 圖 5-5(2). 三十一層住宅建築之梁柱構架................................................54. 圖 5-6(1). 三十一層辦公室建築之梁柱構架............................................54. 圖 5-6(2). 三十一層辦公室建築之梁柱構架............................................55. 圖 5-7. 混凝土單位重對梁柱斷面縮減的效益.....................................68. 圖 6-1. Standard Effective Temperature and ASHRAE Comfort Zones...…..85. 圖 6-2. 辦公室類型案例全年建築物外殼耗能量 ENVLOAD 比值.……..93. 圖 6-3. 符合技術規則條件下（Uar＜1.5w/m²k） ，傳統 RC 與輕質 RC 屋 頂厚度比較圖表......................................................................94. 圖 7-1. 第一次吸收之日光熱.................................................................105. 圖 7-2. 在第二次時間吸收日光熱的情況...........................................105. 圖 7-3. 在第三次時間吸收熱的情況....................................................105. 圖 7-4. 在第二次時間吸收日光熱以及增加吸收日光熱的情況....106. 圖 7-5. 在第三次時間吸收日光熱以及增加吸收日光熱的情況....106. 圖 7-6. 建築物使用輕質骨材混凝土省電比較圖.............…..............113. xv.
(16) xvi.
(17) 第一章. 緒論. 第一節 研究動機 輕質骨材混凝土被公認為對耐震有效的材料，美國在 2030 年代 即期望能大量使用輕質高強度混凝土。可見一般，過去三十年來學 界、建築研究所與工業局陸續從事多次相關輕質骨材之研究，然而其 問題即在於輕質骨材生產之頁岩原料源取得困難，且在環境影響及生 態上均有其生產之困難度，所以國內無法大量使用為建築材料，僅少 數預鑄工廠進口少量輕質骨材使用，價格昂貴，所以如何生產價廉質 穩的輕骨材深具市場迫切性。 長年來，台灣飽受缺水之痛，並非無水，而係水庫非蓄水，而係 蓄土，所以水庫功能盡失，清淤去泥迫在眉睫。每年水庫每年高淤積 量，造成台灣水庫累計總淤積量高達 472×106m3，已超過一座翡翠水 庫的蓄水量，水庫平均淤積率高達 20%[1]，並且每年持續以 2000 萬 M3淤積增加，前淤未清後積持續，使得水庫淤積情況愈來愈嚴重， 水庫利用效率亦愈來愈低，誠然變成堆土庫及廢庫。然而台灣水庫上 游大多為軟弱的頁岩黏土，水庫浚渫後所產生的淤泥富含黏土及有機 物質，不能任意棄置且無法直接利用，而根據本研究團隊既有研發成 果顯示，這些困擾的水庫淤泥沙經高溫燒結處理製成輕質骨材，具有 1.
(18) 良好的工程特性，已達可資源再生（recycle）的目的。所以這些水庫 淤泥解決了台灣多年輕質骨材研究所面臨無原料可取的困境，可謂垂 手可得，不費功夫，故淤泥變成了「水礦」，使得生產輕質骨材無需 採礦取材，而可直接取自淤泥。所以本研究利用清除水庫淤泥，使水 庫再現風華，回復原設計蓄水發電等多功能用途外，更將水庫淤泥資 源化，滿足台灣地區渴望需求的材料，一舉多得，使台灣地區能資源 能同時兼顧，是一種非常適切性的研究，也是符合綠色建材資源的要 求。 輕質骨材混凝土的未來使用瓶頸乃在於經濟性，所以評估其使用 在 RC 結構物之經濟效益殊為重要。本研究重點除了生產成本分析、 評估生產經濟性之外，更評估其在結構上及能耗上的所獲之整體國家 經濟效益，以做為「生產－製造－產銷」 「上、中、下游」一貫的策 略參考，本計畫之重要性及指標性是很顯著的。. 第二節. 研究團隊. 本研究工作由內政部建築研究所. 蕭江碧所長擔任計畫主持. 人，台灣科技大學營建系材料組黃兆龍教授、結構組潘誠平教授及陳 宗鵠教授擔任共同主持人、台北科技大學黃博全博士擔任冷凍空調顧 問工作。建築研究所自從 1990 年來即進行多項輕質骨材之研究工作；. 2.
(19) 黃兆龍教授研究室多年來已初步建立以水庫淤泥所燒製的輕質骨材 [5,6]及採用黃氏緻密配比設計法製成高性能高強度輕質骨材混凝土 （初始及 60 分鐘之坍度＞250mm，56 天之抗壓強度在 28∼63MPa 範 圍）的基本研究資料；潘誠平教授具有豐富的結構設計經驗與實務； 陳宗鵠教授具有建築師資格，曾任職工研院能資所，富有建築設計與 節能經驗，負責建築節能計算；黃博全博士為冷凍空調之專業教授， 負責冷凍空調負荷計算與評估。. 第三節. 研究目的. 本計畫目的即在評估以本研究團隊所製造的高性能高強度水庫 淤泥輕質骨材混凝土使用於 RC 結構物上，進行一系列經濟性評估， 這些評估工作以低、中、高三種樓高，住宅及辦公室二種建築類型為 分析對象，針對普通混凝土及改用輕質骨材混凝土後之效益。期能建 立水庫淤泥輕質骨材混凝土使用在 RC 結構物優越性及經濟性的分析 資料，以做為生產開發、推廣使用及投資決策之參考。. 第四節. 研究流程. 本研究工作之整體流程如圖 1-1 所示。. 3.
(20) 計畫開始. 資料蒐集. 水庫淤泥輕質骨材料源成本分析 (黃兆龍、洪盟峰). 輕質骨材混凝土 基本工程性質資料建立 (黃兆龍、洪盟峰). RC各構件經濟效益分析 (潘誠平). 建造成本分析. 生命週期成本分析. 既有常重 RC結構物. 既有常重 RC結構物. 輕質 RC結構物. 以 不 同樓 高 (預 計10、20、30 )及不 同 用 途 (住 宅 與 辦 公 用 )RC結 構 建 築 物熱量傳輸成本分析 (陳宗鵠、黃博全). 長期能源成本比較. 輕質 RC結構物. 不同樓高(預計10、20、30 )及不同 用途(住宅與辦公用)RC結構建築物 結構分析及成本分析 (潘誠平). 綜合比較. 建造成本比較. 結論. 圖 1-1. 輕 質 骨 材 混 凝 土 使 用 於 RC 結 構 物 之 經 濟 性 評 估 流 程 圖. 4.
(21) 第二章. 研究計畫. 第一節 研究方法 本計畫整體流程如圖 1-1 所示。基本上由於研究時間短促，無法 以一般研究方式進行，故集合相關領域專家，萃取各專家多年來研究 之心血。但為了研究成果一致性，採用密集專家座談方式，每週至少 召開一次會議，會中建立研究標準作業程序，隨時修正完成結果及控 制進度，並藉由座談腦力激盪，使進行之工作能「多而不雜、急而不 亂」 。各項工作均分點同步同時進行，其研究任務如下： 1.台科大黃兆龍教授研究室進行生產成本及投資風險分析，和輕質骨 材混凝土基本工程性質分析及資料庫建立。 2.台科大潘誠平教授研究室進行估算採用輕質骨材之結構經濟效益。 3.陳宗鵠教授研究室進行建築物外殼耗能量評估指標分析，並按建築 師需求評估輕質混凝土能源效益。 4.黃博全教授研究室進行建築物電力負載分析，評估低中樓層因使用 輕質骨材混凝土之電力負載改變及效益。. 第二節. 研究變數. 一、水庫淤泥輕質骨材料源成本分析 5.
(22) 係針對石門水庫之淤泥為對象。假設每月生產 1000m³輕質骨材， 並以 10 年為設備折舊之年限，估算投資、生產及投資報酬率，藉以 分析料源直接、間接及利潤成本，最後建議政府以補貼退縮方式來達 到激勵廠商投資之意願。 二、輕質骨材混凝土工程性質分析 係針對目前生產之輕質骨材，以不同輕骨材顆粒比重（0.7、1.1、 1.5）設計強度 3000psi、4000psi、6000psi、8000psi 之混凝土，並量測其 他物理性質，包括熱學性質（熱傳導係數）及耐久性指標（電阻及氯 離子電滲量） 。 三、輕質骨材混凝土應用於 RC 結構物之性質分析案介紹 本分析包括第一節之 2、3、4 項工作。研究之標地為 0∼10 層、 10∼20 層、20∼30 層之現有案例，並將之區分為住宅及辦公室二類建 築類型之要求，分別以上項之輕質骨材所製造之輕質骨材混凝土選定 280kgf/cm2(4000psi)、420 kgf/cm2（6000psi）及 560 kgf/cm2（8000psi）三 項強度，單位重為 1600kg/m³、1800 kg/m³、2000 kg/m³，熱傳導係數為 0.5w/m°k，做為輸入數據，進行分析輕質骨材「質輕」及「隔熱」二 項經濟效益。 針對以上之準則之不同樓層共選定三處建築物，標示為（A 棟、. 6.
(23) B 棟、C 棟） ，再區分住宅（D）及辦公室（O）二類型，再分別依據 規範設計荷載，及省能之標準要求，進行評估。三處建築個案分別介 紹如下，見表 2-1 所示。 1.0∼10 層建物代表：共選二棟建築，一棟為二層樓住宅建物，座落 於南投縣仁愛鄉之住宅建築，建築之設計配置圖如圖 2-1 所示。另 一棟為四層樓辦公建築，座落於南投縣埔里鎮之公用建築，建築物 設計配置如圖 2-2 所示。 2.10∼20 層建物代表：為一棟 14 層商業辦公建築，座落台北縣淡水 鎮，其建築設計配置圖如圖 2-3 所示。 3.20 以上層建物代表：為一棟 31 層商業住宅混合鋼構建築，座落台 北縣三重市，其建築設計配置如圖 2-4 所示。由於高層結構目前並 無 RC 之實例，故取用鋼構 SRC 重新以建築基地加以核算成 RC 結 構，並輸入輕質骨材特性，才比較經濟效益。 表 2-1 項目. 地點. 南投縣 d-2+ 仁愛鄉 of-4. 南投縣 埔里鎮. of-14 淡水鎮 of-31. 台北縣 三重市. 研究選定建築物簡介. 構造種類. 用途. 基地面積 建築面積 興建各層總面積. RC 造 2層. 住宅用. 746m2. 159m2. 317m2. RC 造 地上 4F、地下 1F. 辦公用. 3,112m2. 1,446m2. 6,083m2. 1,941m2. 22,460m2. 1,681m2. 48,511m2. RC 造 商業區 2,964m2 地上 14 層、地下 3 層 SRC 商業、住宅 2,934m2 地上 31 層、地下 5 層. 7.
(24) 備註：of 代表辦公類；d 代表住宅類；和+數字表示「樓層」。. 8.
(25) 圖 2-1-(1) 建築物 d2 平面圖. 9.
(26) 9 圖 2-1(2) 建築物 d2 立面圖. 10.
(27) 11.
(28) 10 圖 2-2(1) 建築物 of4 平面圖. 12.
(29) 11 圖 2-2(2) 建築物 of4 立面圖. 13.
(30) 12 圖 2-3(1) 建築物 of14 平面圖. 14.
(31) 圖 2-3(2) 建築物 of14 立面圖. 15.
(32) 圖 2-4(1) 建築物 of31 平面圖. 16.
(33) 圖 2-4(2) 建築物 of31 立面圖 17.
(34) 18.
(35) 第三章. 水庫淤泥製造輕質骨材經濟性分析 第一節 前言. 輕質骨材的研發工作早在二十世紀初期在美國即已開始，甚至大 量工業化生產。日本在 1964 年代開始進行工業化，迄今已有 40 年以 上的歷史了。而台灣輕質骨材的研發在 1970 年代即已開始，然而早 期之研究素材需要有礦源，而且必須「開山取礦、研磨、造粒」等工 作，以致成本昂貴，與傳統骨材比較毫無競爭力，甚至不可能工業化 生產。在 1991 年榮工處、營建中心、營建業、成大、台大、中興大 學，礦業研究所等組成團隊進行整合型工業化生產，然而也面臨同樣 宿命，無法持續[4]。 1991 年台灣科技大學黃兆龍研究室完成冷結型輕質骨材生產技 術，並獲專利。1999 年台灣科技大學應用水庫淤泥、工業淤泥製造輕 質骨材，使水庫等含黏土成份之材料或混合材料製造輕質骨材的工業 化生產邁向坦途。因為過去 30 年台灣製造輕質骨材的原料，不需要 開採礦源，只要廢棄淤泥的來源穩定即可。換言之，製造輕質骨材變 成再生利用的重要途徑，非主要生產作業。再反觀資料顯示，台灣各 水庫多已出現淤泥及浚渫物增加之嚴重現象，而且日益嚴重，更因台 灣降雨量多，造成土石沖蝕，導致每年水庫之蓄水量減少，這些淤泥 17.
(36) 高達 1,460 萬立方公尺。 而水庫日積月累之淤泥及浚渫物，將斷送水 庫原有蓄水、發電、防洪等多用途目標，甚至提早壽終正寢。所以水 庫迫切需要清淤，使之風華再現。尤其 2002 年台灣各地嚴重的水荒， 更加顯現清淤的急切性。在輕質骨材製造的可行方案下，水庫淤泥適 度提供再生利用的材料，使水庫淤泥製造輕質骨材為未來台灣「綠色 建材」的重要標的。尤其，台灣在營建業鼎盛期，每年非法盜採至少 4000 萬立方公尺的河川砂石，造成河川橋基椿裸露毀損，5000 多座橋 隨時在超載；地震、河川激流作用下，危機處處，替代骨材的需求也 日益提高。時機上，利用水庫淤泥製造輕質骨材，可解決台灣砂石欠 缺的危機。另外，輕質骨材具質輕、質能的特色，有耐震、隔熱、防 火等特質，乃是未來混凝土骨材之主流，對能源節約有其正面之價 值。而且美國預期 2030 年大量採用「輕質高強度混凝土」 ，可見輕骨 材的開發及應用仍為全球性的目標。. 第二節 輕質骨材工程用途及市場需求 一、輕質骨材的工程用途 1.輕質混凝土 採 用 氣 乾 顆 粒 輕 質 骨 材 ， 密 度 為 1.7-2.0g/cm³ 以 下 居 多 [1,5,6,7]。因輕質骨材之生產量以美國、俄國、德國、日本、加拿. 18.
(37) 大、中國大陸為主，目前國內輕質骨材大部份依賴進口，少量由 國內自行生產。輕質混凝土的特質，包括為質輕、抗壓強度高、 能節約成本、耐久性佳、抗震、防火及施工方便等，故可作為建 築主要結構體(樑、柱、樓面)，預鑄外牆板、橋面板、人行道舖 面、泊油路面之工程建材。 2.輕質磚塊[1] 採用淤泥漿與燃煤飛灰混合，因淤泥失去水分而成為可塑性 之黏土，經過 14 小時在窯爐內，高溫約 30°-900℃燒結，並自然 乾燥，而成為輕質磚塊。目前，台灣乃利用水庫水力發電取水口 附近所清理之淤泥漿與台電火力發電廠燃煤之飛灰混合製造，生 產出之輕質磚塊，經由實驗室試驗及測定，此磚塊性能佳，可做 為上等之建築材料，而其生產成本，目前一塊磚成本約新台幣 1.2 元。 3.室內隔間板 因輕質骨材具有質地輕，隔音、抗火、耐久及施工快之特質， 所以可用作室內隔間板之建築材料。 4.屋頂防水隔熱材料 因輕質骨材具有隔熱、防水及耐久性高之特質，故可用作建. 19.
(38) 築物屋頂之最佳建材，主要產品為隔熱板。 二、輕質骨材的市場需求 台灣在營建業全盛時期每年使用 4000 萬 m³之骨材，一般約 3000 萬 m³，以台灣水庫每年淤積量可以生產 300 萬 m³之輕質骨材，佔有 10%之量，又台灣屬地震帶，對輕質骨材需求量甚高，只要單價低於 2000 元/ m³，則 10%之量只是小數目，去化不難，銷售通路不是問題。. 第三節 水庫淤泥製造輕質骨材建廠規劃 輕質骨材為優良之建築材料，具有其開發之潛能性。目前台灣之 輕質骨材絕大部份仍依賴外國進口。進口之輕質骨材單價高，每立方 公尺到岸價約為新台幣 2,800 元，而預拌混凝土廠之經銷價約每立方 公尺為新台幣 4,000∼5,000 元。比較一般骨材之價格差距，不合經濟 原則，輕質骨材在國內大量使用仍具很大空間，只要原單降低，政府 政策之配合，未來經濟可期。 一、水庫環境影響評估 台灣各水庫之地形及位置可分為峽谷型、丘陵型、 湖泊型和洪 水平原丘陵型。水庫上中游之原始河床坡陡且多含粗粒砂石， 因地 震、季節、 氣候之變化， 河川中巨量之土泥砂石沖入水庫裡， 造 成水庫之蓄水量減低， 此為一自然形成之現象。 而對於水庫中之含 20.
(39) 量豐富之土泥砂石, 卻是一個等待開發的再生事業。每年統計水庫淤 積量為 1,460 萬立方公尺，換言之， 「水礦」之來源即有 1,460 萬立方 公尺。 1.水庫下游的影響 以往，台灣水庫下游多設有沉澱池處理場， 而沈積下來之 淤泥， 也多為填土之用或將之廢棄。利用水庫水力抽泥機、浚 渫方式和機械方式，控制並減少水庫上中游之沙量。 其下游之 淤泥需頁岩質，適合製造輕質骨材，而對於設廠之環境影響， 因 水庫下游土地多為工業、商業及民生之用途，並無不利之影響， 反而帶來更多就業機會。 2.經濟效益評估 在水庫下游投資開發輕質骨材之再生製造廠，所需要之土地 及廠房，依照「促進民間參與公共建設法」條例三條第二款，乃 屬環境污染防治設施之公共建設; 及為提升公共服務水準，加速 社會經濟發展，促進民間參與公共建設。以現有之製造輕質磚塊 之案例作經濟評估，因每月製磚所需之 2800 噸淤泥，1200 噸飛灰 原料皆為零成本，而每月卻能生產 200 萬塊 2 公斤重之輕質磚塊。 所以，每月可為石門水庫處理掉 4666.67 噸之淤泥量，以如此之. 21.
(40) 經濟效益，投資輕質骨材再生製造廠更是一個迫不急待的事業。 3.水庫清淤效益之評估 以石門水庫為例，石門水庫每月減少 4666.67 噸之淤泥量， 也等於是增加 2333.34 噸之蓄水量。因台灣本島時有乾旱發生， 水 庫之蓄水量乃為主要供水之來源，故水庫清淤，增加水庫蓄水量， 以解決水庫中下游農業、工業、民生及商業用水之問題。政府編 列上億元清淤經費，以台灣清淤之速度來看，白河水庫自民國 80 年起，每年浚渫量已增至為 283,000 立方公尺，每單位成本為$113 元，則每年約有 283,000 立方公尺的供料源。在水庫下游投資開 發輕質骨材再生製造廠，可預期之影響，除了所需之廠房、設備 及運輸工具外，將帶來生態環境、空氣品質、人文環境之可預期 之潛在影響與問題。 例如：天然環境、空氣品質污染、附近居 民之就業、噪音污染、用電量、廢棄物處理和交通運輸等。 二、建廠需求與設備規劃之評估 1.土地取得辦法 (1)水庫下游私人土地 租金價格$125 元/坪, 共需 5,000 坪, 租金為每年$62.5 萬 元。介於水庫清淤工程和下游間距離最短的運距。. 22.
(41) (2)水庫下游公有土地 A.擬建議工業區土地或科學園區之土地 B.介於水庫清淤工程和下游間距離最短的運距，依促參條 例，政府應提供土地取得辦法。 2.廠房興建標準 (1)採 H 型鋼構建築。 (2)廠房面積約為 5,000 坪。 (3)地面基礎處理: A.規劃兩側為粒料區，應以地樑強化。 B.其餘以鐵絲網覆混凝土即可。 C.輸送原料區，車道應強化道路面。 D.成品倉庫，並應以地樑強化。 3.設備規劃 (1)製程設備 可規劃使用日產 300 M3 的旋窯 3 座，或使用滾軸窯 3 座，詳 細規劃應考量資金運用方式。參考圖 2-1 生產製造流程圖。 (2)消防設施 23.
(42) A.依據消防法規辦理 B.由合格廠商投標，比價施做。 (3)機器設施 A.包括自動化原料輸送設施、七輛 35 噸土方卡車、包裝設備、. 搬運設備..等。 (4)環保設施 A.空氣品質管制：由於燃料是液化瓦斯，並不會產生嚴重空 氣污染問題。 B.粉塵管制：因在製程階段需在密閉之室內處理，不會對外 產生粉塵的影響。 C.輪胎污泥管制：設置氣壓式噴洗輪胎設施 D.噪音管制：無噪音問題，水庫下淤地區空曠，少有居民。. 24.
(43) 1鏟車2.堆場3.供料機4. 顎碎機5.振動篩6.斗升 機7.輸送帶一批. 到廠原料. .料倉2.輸送帶3.斗升機. 中間倉. 出 料. 1.輸送帶2.混料機3.輸送 帶4.磅秤. 製造流程圖(300M3/天). 輸送帶(自動配料系統). 配 料. 造 粒. 1.網式乾燥窯2.輸送帶 一批3.斗升機. 1.研土機2.自動出料機3. 練泥機4.練泥機模具5.PU 輸送帶6.造粒機3.輸送帶 一批. 乾 燥. 1.入窯機2.快速滾軸窯 3.出窯機4.by-pass 5.卸 料機 6.輸送帶一批. 中間倉. 1.輸送帶一批2.半成品倉 3.斗升機4.輸送帶一批. 自動入料. 1.輸送帶一批2.自動入料 機3.匣缽4.棚板. 燒 成. 成品區(入庫). 圖 3-1. 1.成品倉2. 輸送帶一批 3.下料斗氣動閥. 輕質骨材生產流程圖. 第四節 水庫淤泥製造輕質骨材預算成本分析 一、設廠成本 1.廠房興建之預估經費，面積共約為 5,000 坪，預算共需$1,100 萬. 25.
(44) 元。 2.製程設備：預計一套成本為$9,940 萬元，三組設備需$29,820 萬 元。 3.機械設備(含 6 輛土方卡車及包裝、搬運設備)：預計成本為$2,400 萬元。 4.消防設施：預計成本為$500 萬元。 5.液化瓦斯槽(20 噸)：預計一座成本為$150 萬元，三座為$450 萬 元。 6.動力設備(含廠內動力配線)：預計一套成本$800 萬元，三組為 $2,400 萬元。 二、人工成本(不含間接成本) 直接人力係以日產 1000M3，三班制(24 小時)計. 26.
(45) 表 3-1. 直接人力成本 單位：新台幣元. 單. 位. 人數. 高/月. 低/月. 高/月(合計) 低/月(合計). 1.廠務室. 1. 48,000. 40,000. 48,000. 40,000. 2.原料區. 6. 300,000. 28,000. 1,800,000. 168,000. 4. 30,000. 28,000. 120,000. 112,000. 3.中間倉區. 4. 29,000. 27,000. 116,000. 108,000. 4 .配料區. 6. 29,000. 27,000. 174,000. 162,000. 5.造粒區. 18. 29,000. 27,000. 522,000. 486,000. 6.輸燥區. 9. 29,000. 27,000. 261,000. 243,000. 7.中間倉區. 3. 29,000. 27,000. 87,000. 81,000. 8.入料區. 9. 29,000. 27,000. 261,000. 243,000. 9.燒結區. 9. 29,000. 27,000. 261,000. 243,000. 18. 29,000. 27,000. 522,000. 486,000. 10.成品區. 6. 29,000. 27,000. 174,000. 162,000. 11.保養人員. 6. 29,000. 27,000. 174,000. 162,000. 12.現場幹部. 4. 25,000. 23,000. 100,000. 92,000. 13.司機. 7. 35,000. 32,000. 245,000. 224,000. 4,865,000. 3,012,000. 直接人員. 110. 直接人力成本每月/年之分攤數 每月人力成本：$4,865,000 元，預估設廠需時間 1 年，共 11 年。 每年人力成本：(12+1)x$4,865,000=$63,245,000 元 故每月人力成本分攤：$5,270,416.67 元 (245,000x12)+(63,245,000x10)=$635,390,000 元 十一年人力成本總共$635,390,000 元 人力成本率 成本率=$635,390,000÷3,600,000M3=$176.49/M3. 三、公用設施 1.電力費用 若以日產量 1000M3 的用電需求：. 27.
(46) 製程設備需電量(馬力)： 2,000HP-2,500HP 電力費用計算 2,500HPx0.746KW/HP=1,865KW 1,865KWx24 小時=44,760KWH=44,760 度(每天使用度數) (1)基本電費 依台灣電力公司電價計價方式，夏月$213/KW，非夏月 $159/KW；基本用電度數需與台電簽立契約，例如：2000K A.夏月(6 月 1 日∼9 月 30 日)： 2,000KWx$213/KW=$426,000 元 $426,000 元 x30x4=$51,120,000 元 B.非夏月(1 月、2 月、3 月、 4 月、 5 月、10 月、11 月、12 月)： 2,000KWx$159/KW=$318,000 元 $318,000 元 x30x8=$76,320,000 元 (2)流動電費 依台灣電力公司電價計價方式，夏月$1.89 元/度，非夏月$0.71 元/度。. 28.
(47) 1,865KWx24 小時=44,760KWH=44,760 度/天 A.夏月(6 月 1 日∼9 月 30 日)： 44,760 度/天 x$1.89 元/度 x30 天 x4=$10,151,568 元 B.非夏月(1 月、2 月、3 月、 4 月、 5 月、10 月、11 月、12 月)： 44,760 度/天 x$0.71 元/度 x30x8=$7,627,104 元 營業稅 5%=($10,151,568+$7,627,104 元)x0.05=$888,933.6 故一年的電力費用為$18,667,605 元，十年為$186,676,056 元。 (3)電力費用成本分析 $186,676,056÷3,600,000M3=$51.85 元/M3 2.液化瓦斯費用 (1)液化瓦斯需求分析 窯需每星期添加一次液化瓦斯，一個液化瓦斯槽為 20 公 噸，(1 公噸=1000 公斤)，需 3 座液化瓦斯槽，即 60,000 公斤， 故每星期需消耗 60,000 公斤的液化瓦斯。 (2)液化瓦斯分析 A.耗量分析 29.
(48) 60,000 公斤/星期÷7=8,571.43 公斤/天 8,571.43 公斤/天 x30=257,142.9 公斤/月 8,571.43 公斤/天 x360=3,085,714.8 公斤/年 8571.43 公斤/天 x360x10=30,857,148 公斤/十年 B.價格分析(依照中國石油公司天然氣的價格調整，工業用天 然氣$8.49 元/立方公尺) 4M3=3 公斤Æ1.333M3=1 公斤 $8.49 元/立方公尺 x1.333 立方公尺/公斤=$11.31 元/公斤 8,571.43 公斤/天 x$11.31 元/公斤=$96,942.87/天 257,142.9 公斤/月 x$11.31 元/公斤=$2,908,286.19/月 3,085,714.8 公斤/年 x$11.31 元/公斤=$34,899,434.39/年 30,857,148 公斤/十年 x$11.31 元/公斤=$348,994,343.9/十年 (3)液化瓦斯成本分析 $348,994,343.9÷3,600,000M3=$96.94 元/M3 3.維修費用：預計為$220 萬元（含所有工廠設備） 四、土地租金 土地每坪租金$125 元，共 5,000 坪，一年需$62.5 萬元，十一年共 30.
(49) 需 687.5 萬元。 五、單位成本分析 表 3-2. 單位成本分析表 單位：新台幣千元. 成本因素. 金額/十一年. 一、設廠成本: 廠房設備. 11,000. 製程設備. 298,200. 機械設備. 24,000. 消防設施. 5,000. 液化瓦斯槽. 4,500. 動力設備. 24,000. 二、人工成本(不含間接成本). 635,390. 三、公用設施: 電力費用. 186,680. 液化瓦斯費用. 349,000 2,200. 維修費用. 6,875. 四、土地租金 五、其他 R&D 費用. 1,000. 短途運輸成本. 66,000. 其他費用(包括推廣.保險.零用金). 6,000 1,619,845. 總成本(新台幣千元) 單位成本(元,總產量 3,600,000M3). 450. 第五節 小結 一、以單位成本分析可知每立方公尺需要成本＄450 元，若能爭取到 底泥棄置費 500 元. M3，則純益每立方公尺為$50 元，換言之， 31.
(50) 按工程收取之棄置費即有 11﹪之利益存在。 二、如果以輕質骨材銷售價＄1,500 元/ M3，則投資生產輕質骨材利潤 （若不計利息時）者有$1,550/$450=344%之投資回收利益(RQI)，具 有相當的利潤。當然輕質骨材定價可訂在 NT2,000 元/ m³水平。 三、政府在初期宜補助廠商清理費，並且十年期間可逐年減少補助， 至第十年則開始收取「採泥費用」，或免費供廠商清泥採泥，減 少政府水庫清淤所需預算，以示資源有價，達資源永續利用之目 標。惟採泥須有標準作業方式，以避免危及水庫之安全。. 32.
(51) 第四章. 輕質骨材混凝土的工程性質初步分析 第一節 前言. 本研究之高性能輕質混凝土採用「黃氏緻密配比」觀念，以「填 塞」而非「取代」的觀念賦予骨材級配堆積最佳化，得到最小孔隙再 填入水泥漿體，並依表面積大小，不變緻密堆積形態的狀況下，調整 潤滑所需漿量。由於輕質骨材接近圓球形表面有玻璃質，不似傳統輕 質骨材充滿孔洞，故不須太多漿量即有極佳的工作性。初步提出 A、 B、C、D 等四種配比，其設計抗壓強度分別為 210kgf/cm2（3000psi）、 280 kgf/cm2（4000psi） 、420 kgf/cm2（6000psi）及 560 kgf/cm2（8000psi）， 配比表如表 4-1 所示。本研究使用 3 種不同顆粒密度的輕質粗骨材， 水膠比為 0.28 及 0.32 兩種，調配出新拌混凝土 A、B、C、D 等四組之 單位重，分別為 1737、1692、1885 及 2051kg/m³。 表 4-1. 輕骨材 輕骨材 配比 類型. 比重. 編號. 高性能輕質骨材混凝土配比 混凝土配比(kg/m³). w/cm. w/c. 普通 輕質 砂 骨材. 水泥 飛灰 爐石粉 水. SP 單位重. A. 0.28. 0.39. 736. 277. 386. 130. 20. 136. 14. 1737. B. 0.32. 0.49. 781. 418. 285. 138. 15. 116. 24. 1692. 1.1. C. 0.28. 0.39. 736. 577. 386. 130. 20. 129. 21. 1885. 1.5. D. 0.28. 0.39. 736. 612. 386. 130. 20. 122. 28. 2051. TYPE1. 0.7. TYPE2 TYPE3. 33.
(52) 第二節 輕質混凝土之新拌性質 混凝土之工作性是依據工程需求而設計不同坍度、坍流度的配 比。在傳統的輕質骨材混凝土設計裡，為了避免骨材上浮導致析離， 一般習慣採用低坍度、低工作性的做法來解決。若用在結構輕質混凝 土裡，常有排筋緊密的地方，或是樑柱街頭處，若工作性低，容易造 成蜂窩孔洞，嚴重影響建築物的強度與耐久性。若強加震動，將造成 輕質骨材上浮而析離。 依緻密配比的方式，是以較黏的漿體方式帶動骨材，不僅可增加 工作性，在黏度提升之時也減少了骨材上浮的現象。此乃因優生混凝 土加入了卜作嵐材料，並應用摻料科技，並以低水量及低水泥量的概 念來提升工作性所產生的結果。本研究各組混凝土均能符合坍度為 230±20mm、坍流度為 500±100mm 的高流動性設計要求，見圖 4-1 所示。. 圖 4-1. 輕質骨材混凝土可具高蜂蜜般流動性 SCC 特質 34.
(53) 第三節 輕質混凝土之硬固性質 一、強度 輕質骨材混凝土的強度由於輕質骨材的彈性模數大都小於混凝 土的其他材料，水泥及一般骨材，因此不像常重混凝土一般以水泥砂 漿為準，而是依輕質骨材與水泥砂漿兩者的強度來決定，應力分擔值 又由水泥砂漿及輕質骨材兩項材料的彈性模數比決定。一般普通輕質 骨材強度約為骨材及砂漿強度的線性函數，如下式所示：. f' c = fm × Vm + fa × (1− Vm ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 4 - 1 ) 式中. f'c：輕質混凝土之抗壓強度； fm：水泥砂漿之抗壓強度； fa：輕質骨材之抗壓強度；和 Vm：砂漿之體積比。 一般而言，常重混凝土之抗壓強度比輕質混凝土大，但輕質混凝 土之強度成長速率卻比常重混凝土快，顯示出輕質混凝土有早強之傾 向，根據文獻實驗指出，其 7 天強度一般可達 28 天強度的 80%~95%， 當骨材強度與彈性模數越低時，早強的情況越明顯。. 35.
(54) 本研究 A、B、C、D 等四組試驗，在 98 天混凝土抗壓強度，分 別可達到 35.1、21.7、46.9、68.5MPa，可符合四組設計強度的需求。 圖 4-2 顯示為輕質骨材混凝土的強度發展。比較此 A、B、C、D 等四 組的混凝土強度發展，7 天/28 天強度比例分別為 83.3%、86%、81.3%、. 84.2%有早強傾向，與文獻結果相符合，至於 7 天/98 天強度比例分別 為 71.2%、70.9%、72.5%、65%，此乃由於卜作嵐反應而增強昇面性質， 而有輕質的晚期強度彈性模數與波松比與 ACI 318 建議的公式及數值 相接近，見表 4-2 所示。. 70 #D #11. 抗壓強度 (MPa). 60. #C #6 #A #1. 50. #B #2. 40 30 20 10 0 1. 10 齡 期 (天 ). 圖 4-2. 輕質骨材混凝土的強度發展. 36. 100.
(55) 表 4-2. 輕質混凝土彈性模數和波松比. 組別. A. B. C. D. 實驗值：彈性模數(GPa). 19. 15. 24.7. 30.1. ACI 318 建議值：彈性模數(GPa). 18.3. 13.8. 23.9. 32.8. 實驗值：波松比. 0.2∼0.22 0.2∼0.22 0.2∼0.22 0.2∼0.22. 二、耐久性 混凝土之耐久性乃指抵抗其所暴露之外界因素，如風化作用、化 學侵蝕、凍融、沖蝕及電流繡蝕等之能力。雖然輕質骨材有較大的吸 水率，但透水性並不高，對侵蝕性之化學溶液(如 Cl-、SO2、CO2)之耐 久性尚令人滿意，主要原因在於輕質骨材表面較粗糙，與水泥漿界面 較好，且輕質骨材與砂漿之彈性模數相近，不易產生差異裂縫，提高 了輕質混凝土的水密性，相對地耐久性也提高許多。如第一次世界大 戰所建造之 U.S.S.Somla，於經過海洋環境下暴露 60 年後，在 1980 年 鑽心取樣後發覺透水性很低，並具優良的耐久性。而輕質混凝土多孔 的特性在凍融作用下，可紓解混凝土中毛細孔水結冰膨脹的壓力，所 以輕質骨材混凝土之抗凍融性較常重混凝土優越許多，此外輸氣輕質 混凝土亦有相同之功效。本研究提出兩種耐久性的重要指標為混凝土 表面電阻及氯離子滲透性量。. 1.混凝土表面電阻 混凝土表面電阻可以顯示出混凝土表面的連續性和阻抗 37.
(56) 性，也可評估混凝土的緻密性。混凝土中有裂縫或通道，易受到 各種不同的有害物質入侵而造成病變，如硫酸鹽侵蝕、鋼筋腐 蝕，通道也讓 CH 析出混凝土更容易而造成白華析晶現象。優生 輕質混凝土中加入了最新摻料科技，並以卜作嵐材料作為細骨材 來填充微小孔隙，並配合卜作嵐反應將界面的缺陷與孔隙補強， 轉化 CH 為具膠結能力的 C−S−H 膠體，使內部愈緻密，有害物質 的入侵管道受阻，電導通路變長，進而提高混凝土的耐久性能與 鋼筋的防腐蝕能力。在面乾內飽和下，混凝土低導電性的表面性 質正代表混凝土優越的緻密性、抗滲透能力與抗鋼筋腐蝕能力， 是耐久性的一項重要指標。本研究 A、B、C、D 等四組的電組試 驗結果，均高於文獻建議之 20KΩ-cm，98 天電阻達到 57-82 KΩ-cm。 90 80 #D #C #A #B. 70 60. 電阻值 (kΩ-cm). 50 40 30 20 10 0 1. 10. 齡期(天). 圖 4-3. 輕質骨材混凝土電阻性質. 38. 100.
(57) 2.氯離子滲透性 台灣四面環海，在高溫高溼的環境下，混凝土極易產生病 變，鋼筋易受腐蝕，特別在沿海地區，受到海水鹽霧的影響，導 致許多 RC 結構物產生腐蝕病變，混凝土施工品質不佳，工地偷 加水或配比上的錯誤導致混凝土內部充滿蜂窩孔洞，滲透性大使 得有害物質(如 Cl-)長驅直入，導致結構物未達使用年限即損壞， 如澎湖跨海大橋，因為鋼筋受腐蝕體積膨脹為原來的六倍，直接 將混凝土撐破，腐蝕本為長久反應機制的擴散行為，轉變成立即 性危害的滲透問題。 過去用水作為量測混凝土滲透性的依據，但許多有害物質是 以離子形態入侵，即使水分子無法滲入，氯離子仍有滲入的可能 性。本研究乃根據 ASTM C1202 進行氯離子滲透性量的量測，利用 外加直流電壓 60V，使電解液(NaCl, NaOH)解離產生帶電陰離子， 並加速對混凝土的滲透，量取時間與電流量的變化，再將其轉換 為電量(庫倫)以作為混凝土滲透性的指標，並以此作為混凝土防 蝕性能的依據。本研究 A、B、C、D 等四組氯離子滲透試驗結果， 見圖 4-4 所示，分別為 570、904、677、532 庫侖等均低於文獻建 議的 2000 庫侖以下，顯示本研究配比具有良好的耐久性指標。. 39.
(58) 1200. 氯離子電滲量(庫侖). 1000. 904. 800 600. 677 570. 532. 400 200 0 A. 圖 4-4. B. C. D. 輕質骨材混凝土電滲性質. 第四節 輕質混凝土之熱傳導性質 台灣地區夏季氣候炎熱，常重混凝土由於熱傳導係數高，導致， 屋內冷氣耗電量大增；使用輕質混凝土有助於降低夏季冷氣的耗電 量。熱傳導係數受材料影響很大，輕質混凝土之骨材內部充滿孔洞， 能有效降低混凝土的熱傳導係數。一般混凝土的熱傳導係數約為 1∼. 1.5w/mk 之間，本研究 A、B、C、D 等四組變數熱傳導係數，見圖 4-5 所示的標點上，均在 0.53∼0.65w/mk 之間，約僅為一般混凝土的 1/2 ∼1/3 左右。. 40.
(59) 0.8 乾燥 (1%含水量). 潮濕 (10%含水量). 混凝土熱傳導係數(W/mK). 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 1400. 1600. 1800. 2000. 2200. 2400. 混凝土單位重(kg/m³). 圖 4-5. 輕質骨材混凝土單位重與熱傳導係數之關係. 第五節 小結 本次試驗初步試作四組高性能輕質混凝土配比，由試驗結果顯 示，由於水庫淤泥輕質骨材的低吸水率，使輕質混凝土可採用一般混 凝土的設計及拌和，製造出高流動性（坍度 230∼250mm，坍流度 550 ∼650mm）及高強度（68MPa，700kgf/cm2）的輕質骨材混凝土，波松 比及彈性模數亦與 ACI 318 公式建議相近，並且由於採用緻密配比設 計，所需漿量較少，降低水泥及水用量，提昇輕質混凝土的耐久性能， 如混凝土表面電阻可達到 57∼82 KΩ-cm（90 天），而氯離子電滲均低 41.
(60) 於 1000 庫侖以下，具有非常佳的耐久性指標，可適用於台灣惡劣的 鹽霧氣候，提昇構造物的耐久性能。. 42.
(61) 第五章. 輕質 RC 建築物結構經濟效益分析 第一節 前言. 傳統常重鋼筋混凝土建築結構中，因為混凝土單位重較大，往往 自重已成為一大負擔，況且巨大的自重會誘發更巨大的地震水平力， 造成建築結構更大的負擔。而且當樓層越高時，越吃重之累計質量， 柱與梁構件的橫斷面更需不斷加大，然而加大斷面卻也造成需要抵抗 的外力變大，如此惡性循環，造成結構更大的負載，所以傳統常重鋼 筋混凝土並不適合於高層建築，期盼有輕質骨材混凝土來減輕上述困 擾及瓶頸。輕質混凝土因而產生，然而昔日的輕質混凝土強度偏低， 所以不適用於柱與梁構件，尤其柱構件需承受較大之軸力，只適宜使 用高強度混凝土。所以輕質混凝土僅能應用於版與牆，其效果大打折 扣外，尚得面對柱、梁、版與牆使用不同混凝土的施工問題。 九十年代輕質骨材混凝土已有重大的突破，不僅單位重輕，更具 有高強度及高流動性，所以能適用柱、梁、版與牆等構件，也沒有分 別澆置不同混凝土的施工困擾。美國甚至想在 2030 年讓高強度輕質 混凝土能夠普及化，可見全球觀念是一致的。 輕質骨材混凝土因為強度提高，而能夠縮小構件的斷面，因此減 少建築物的混凝土體積。除了混凝土體積得以減少外，輕質骨材混凝 43.
(62) 土的單位重又輕，故可以大量減少結構物的自重。此外，建築結構物 的自重變輕了，其需要抵抗地震引發的水平力也相對更小，於是結構 體負擔少了，構件斷面當然可再縮減，呈現良性循環，所以輕質骨材 混凝土具有提昇鋼筋混凝土建築高度的能力。然而到底有多少好處 呢？此為本研究之主要動機之一。本研究將評估輕質骨材混凝土具有 多大的斷面縮減空間，並且討論各部構件之經濟性與施工性。 本研究以整體建築物分析為主，主要考量柱、梁、版與牆難以分 別獨立分析，譬如：版與牆使用輕質骨材混凝土，其自重減輕，梁與 柱需承受版與牆自重以及地震水平力的負擔也減少了，有助於梁與柱 橫斷面尺寸的縮減。但是另外分析版構件，主要討論版構件使用輕質 骨材混凝土，所能縮減的版厚度。 本研究使用六棟真實的建築物平面來進行分析，建築物之平面及 立面圖如圖 2-1 至圖 2-4 所示，並細分為辦公（O）及住宅（D）二類 型，這種組合成為：四層辦公室建築、十四層辦公室建築、三十一層 辦公室建築、二層住宅建築、十四層住宅建築與三十一層住宅建築等 六棟大樓，各種組合比較使用輕質骨材混凝土後，所能縮減的梁與柱 之橫斷面積，並觀察其對於周期與地震水平力之影響。 雖然使用真實而複雜的建築物平面來分析，難免會參入許多複雜 的因子，然而許多因子時常交互影響，倘若過份的獨立與簡化變數， 44.
(63) 恐會失真。本研究不考慮比較磚牆，也不建議使用磚牆，因為位於環 太平洋地震帶上的臺灣，實在非常不適合使用磚牆，除其質量大，並 且受到強震破壞時，時常塌倒而造成人身的重大傷害。921 集集地震 中，許多無辜的同胞受到其傷害，實非建築師或技師欲帶給人民幸福 的初發心，亦非參與工程的人員所樂。整體而言，鋼筋混凝土牆對於 結構能提供相當之助益，其消能效果，時常額外提供建築物的抗震能 力，縱然承受強大的地震力而剪力破壞，亦不容易塌倒傷人。. 第二節 版之分析 一、版構件 本研究以一般常見的版構件來作分析，分別為： 1. 3m×5m 之版，厚度 12 ㎝。 2. 5m×5m 之版，厚度 12 ㎝。 3. 5m×7m 之版，厚度 15 ㎝。 4. 7m×7m 之版，厚度 15 ㎝。 5. 7m×9m 之版，厚度 20 ㎝。 6. 9m×9m 之版，厚度 25 ㎝。 二、混凝土單位重及抗壓強度變數 並且使用兩種傳統混凝土與三種輕質骨材混凝土材料作比較，分. 45.
(64) 別為： 1.傳統混凝土，單位重 2400kg/m3，抗壓強度 210 kgf/㎝ 2。 2.傳統混凝土，單位重 2400kg/m3，抗壓強度 280 kgf/㎝ 2。 3.輕質骨材混凝土，單位重 1600kg/m3，抗壓強度 280 kgf/㎝ 2。 4.輕質骨材混凝土，單位重 1800kg/m3，抗壓強度 420 kgf/㎝ 2。 5.輕質骨材混凝土，單位重 2000kg/m3，抗壓強度 560 kgf/㎝ 2。 三、版分析結果 採用常控制建築物版厚度的角落版，即兩邊連續而兩邊不連續之 版，使用住宅活載重 200 kgf/cm2。此外，版之鋼筋使用三號或四號鋼 筋，鋼筋強度 2800 kgf/㎝ 2。分析時，鋼筋量相同來決定版厚，也就 是鋼筋間距要相同。其結果顯示，如表 5-1 及表 5-2。 結果顯示出兩種單位重相同的傳統混凝土，雖然其強度分別有 210 kgf/㎝ 2 及 280 kgf/㎝ 2 之差別，但顯示強度對鋼筋的間距影響不大， 所以對於厚度之影響亦微。 分析結果也顯示單位重 2000kg/m3 的輕質骨材混凝土，可以縮減 8%至 18%之版厚度；單位重 1800kg/m3 的輕質骨材混凝土，可以縮減 12%至 24%之版厚度；單位重 1600kg/m3 的輕質骨材混凝土，則可以縮 減 12%至 28%之版厚度。發覺「單位重越輕，越利於版厚度的縮減量」 ， 見圖 5-1 所示。另外， 「輕質骨材混凝土對於厚度越大之版，越具有. 46.
(65) 縮減之幅度」 。 30. 縮減版厚 (%). 25 20. 版厚度縮減範圍 15 10 lo wer u p p er. 5 0 1600. 1800. 2000. 混 凝 土 單 位 重 (kg/m ³). 圖 5-1. 混凝土單位重對版厚度縮減的效益 表 5-1-1. 版之條件 版厚 靜載重 (單位重•強度） ㎝ kg/m² （2400•210） （1600•280） （1800•420） （2000•560） （2400•210） （1600•280） （1800•420） （2000•560） （2400•210） （1600•280） （1800•420） （2000•560）. 12 10 10.5 10.5 11. 438 310 318 339 370. 12 10 10.5 10.5 10.5 11. 438 310 318 339 360 370. 15 12 12.5 12.5 13.0 13.0 13.5. 510 342 350 375 384 410 420. 辦公建築版各向彎矩. 短向中間帶 長向中間帶 3 號鋼之間距 4 號筋之間距 3 號鋼之間距 4 號筋之間距 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 連續邊負彎矩 ３ｍ ×５ｍ 之版 26.3 29.7 36.0 36.0 29.7 36.0 26.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 27.3 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 26.4 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 26.7 32.4 33.0 33.0 32.4 33.0 ５ｍ ×５ｍ 之版 14.8 19.9 25.9 34.7 12.8 21.4 14.7 19.6 25.5 30.0 12.1 19.9 15.4 20.6 26.8 31.5 12.9 21.3 15.0 20.0 26.2 31.5 12.7 20.9 14.6 19.4 25.4 31.5 12.3 20.4 15.2 20.2 26.5 33.0 13.0 21.6 ５ｍ ×７ｍ 之版 12.2 16.2 21.4 28.5 15.9 27.0 12.1 16.1 21.1 28.1 15.2 25.4 12.6 16.7 21.9 29.2 15.9 26.7 12.2 16.1 21.3 28.2 15.4 25.9 12.6 16.7 22.0 29.2 16.0 27.0 12.1 16.1 21.3 28.1 15.4 26.0 12.5 16.6 21.9 29.0 16.0 27.1. 47.
(66) 註： （2400•210）：混凝土強度 210 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1600•280）：混凝土強度 280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1800•420）：混凝土強度 420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （2000•560）：混凝土強度 560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2. 表 5-1-2 版之條件 (單位重•強度). 版厚 靜載重 ㎝. kg/m². 住宅建築版各向重矩 短向中間帶. 3 號鋼之間距. 長向中間帶. 4 號筋之間距. 3 號鋼之間距. 4 號筋之間距. 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 連續邊負彎矩 ７ｍ ×７ｍ 之版. （2400•210） （1600•280）. （1800•420）. （2000•560）. 15. 510. 8.8. 11.8. 15.4. 20.7. 7.8. 13.3. 12. 342. 8.7. 11.7. 15.2. 20.4. 7.5. 12.5. 12.5. 350. 9.1. 12.2. 15.9. 21.2. 7.9. 13.2. 12.5. 375. 8.8. 11.8. 15.4. 20.6. 7.7. 12.9. 13. 384. 9.1. 12.2. 16.0. 21.3. 8.0. 13.5. 13. 410. 8.8. 11.8. 15.5. 20.6. 7.8. 13.1. 13.5. 420. 9.1. 12.1. 16.0. 21.2. 8.1. 13.6. ７ｍ ×９ｍ 之版 20. 630. 8.0. 10.7. 14.0. 18.8. 9.9. 17.1. 15. 390. 7.9. 10.6. 13.9. 18.7. 9.6. 16.2. 15.5. 398. 8.2. 10.9. 14.3. 19.2. 9.9. 16.8. （1800•420）. 16. 438. 8.1. 10.8. 14.2. 18.9. 9.8. 16.7. （2000•560）. 17. 490. 8.1. 10.8. 14.2. 19.0. 9.9. 16.9. （2400•210） （1600•280）. ９ｍ ×９ｍ 之版 （2400•210）. 25. 750. 7.2. 9.7. 12.8. 17.1. 6.8. 11.8. （1600•280）. 18. 438. 7.3. 9.8. 12.9. 17.2. 6.7. 11.5. 19. 492. 7.3. 9.8. 12.9. 17.2. 6.7. 11.6. 19.5. 501. 7.5. 9.9. 13.1. 17.5. 6.9. 11.9. 20.5. 560. 7.3. 9.8. 12.9. 17.2. 6.8. 11.8. （1800•420） （2000•560） 註：. （2400•210）：混凝土強度 210 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1600•280）：混凝土強度 280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1800•420）：混凝土強度 420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （2000•560）：混凝土強度 560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 48.
(67) 表 5-2-1 版之條件 (單位重•強度). 版厚 靜載重 ㎝. kg/m². 住宅建築版各向重矩 短向中間帶. 3 號鋼之間距. 長向中間帶. 4 號筋之間距. 3 號鋼之間距 4 號筋之間距. 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 連續邊負彎矩 ３ｍ ×５ｍ 之版. 12. 438. 26.5. 29.7. 36.0. 36.0. 29.7. 36.0. 10. 310. 26.0. 30.0. 30.0. 30.0. 30.0. 30.0. 10.5. 318. 27.3. 31.5. 31.5. 31.5. 31.5. 31.5. （1800•420） 10.5. 339. 26.4. 31.5. 31.5. 31.5. 31.5. 31.5. 370. 26.7. 32.4. 33.0. 33.0. 32.4. 33.0. （2400•280） （1600•280）. （2000•560）. 11. ５ｍ ×５ｍ 之版 12. 438. 15.0. 20.0. 26.2. 35.0. 13.0. 21.7. 10. 310. 14.7. 19.6. 25.5. 30.0. 12.1. 19.9. 10.5. 318. 15.4. 20.6. 26.8. 31.5. 12.9. 21.3. （1800•420） 10.5. 339. 15.0. 20.0. 26.2. 31.5. 12.7. 20.9. 10.5. 360. 14.6. 19.4. 25.4. 31.5. 12.3. 20.4. 11. 370. 15.2. 20.2. 26.5. 33.0. 13.0. 21.6. （2400•280） （1600•280）. （2000•560）. ５ｍ ×７ｍ 之版 （2400•280） （1600•280）. （1800•420）. （2000•560）. 15. 510. 12.3. 16.3. 21.6. 28.7. 16.0. 27.2. 12. 342. 12.1. 16.1. 21.1. 28.1. 15.2. 25.4. 12.5. 350. 12.6. 16.7. 21.9. 29.2. 15.9. 26.7. 12.5. 375. 12.2. 16.1. 21.3. 28.2. 15.4. 25.9. 13.0. 384. 12.6. 16.7. 22.0. 29.2. 16.0. 27.0. 13.0. 410. 12.1. 16.1. 21.3. 28.1. 15.4. 26.0. 13.5. 420. 12.5. 16.6. 21.9. 29.0. 16.0. 27.1. 註：（2400•280）：混凝土強度 280 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1600•280）：混凝土強度 280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1800•420）：混凝土強度 420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （2000•560）：混凝土強度 560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 49.
(68) 表 5-2-2 版之條件. 版厚 靜載重. (單位重•強度） ㎝. kg/m². 住宅建築版各向彎矩 短向中間帶. 3 號鋼之間距. 長向中間帶. 4 號筋之間距. 3 號鋼之間距 4 號筋之間距. 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 正彎矩 連續邊負彎矩 連續邊負彎矩 ７ｍ ×７ｍ 之版. （2400•280） （1600•280）. （1800•420）. （2000•560）. 15. 510. 8.9. 11.9. 15.6. 20.9. 8.0. 13.5. 12. 342. 8.7. 11.7. 15.2. 20.4. 7.5. 12.5. 12.5. 350. 9.1. 12.2. 15.9. 21.2. 7.9. 13.2. 12.5. 375. 8.8. 11.8. 15.4. 20.6. 7.7. 12.9. 13. 384. 9.1. 12.2. 16.0. 21.3. 8.0. 13.5. 13. 410. 8.8. 11.8. 15.5. 20.6. 7.8. 13.1. 13.5. 420. 9.1. 12.1. 16.0. 21.2. 8.1. 13.6. ７ｍ ×９ｍ 之版 20. 630. 8.1. 10.8. 14.2. 19.0. 10.0. 17.2. 15. 390. 7.9. 10.6. 13.9. 18.7. 9.6. 16.2. 15.5. 398. 8.2. 10.9. 14.3. 19.2. 9.9. 16.8. （1800•420）. 16. 438. 8.1. 10.8. 14.2. 18.9. 9.8. 16.7. （2000•560）. 17. 490. 8.1. 10.8. 14.2. 19.0. 9.9. 16.9. （2400•280） （1600•280）. ９ｍ ×９ｍ 之版 （2400•280）. 25. 750. 7.3. 9.7. 12.9. 17.2. 6.9. 12.0. （1600•280）. 18. 438. 7.3. 9.8. 12.9. 17.2. 6.7. 11.5. 19. 492. 7.3. 9.8. 12.9. 17.2. 6.7. 11.6. 19.5. 501. 7.5. 9.9. 13.1. 17.5. 6.9. 11.9. （2000•560） 20.5. 560. 7.3. 9.8. 12.9. 17.2. 6.8. 11.8. （1800•420）. 註：（2400•280）：混凝土強度 280 kgf/cm2，單位重 2400 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1600•280）：混凝土強度 280 kgf/cm2，單位重 1600 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 （1800•420）：混凝土強度 420 kgf/cm2，單位重 1800 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2 50.
(69) （2000•560）：混凝土強度 560 kgf/cm2，單位重 2000 kg/m³；鋼筋強度 2800 kgf/cm2. 第三節 梁與柱之分析 本研究以六棟真實的建築物平面進行分析，分別評估：四層辦公 室建築、十四層辦公室建築、三十一層辦公室建築、二層住宅建築、 十四層住宅建築與三十一層住宅建築等六棟大樓。 結構系統則使用常見的梁柱構架系統，利用 ETABS 結構設計程式 來分析（圖 5-1 至圖 5-5），使用四種混凝土材料，單位重分別為： 1600kg/m3、1800kg/m3 及 2000kg/m3 之輕質骨材混凝土以及傳統常重混 凝土（2400 kg/m3） ，見表 5-3。此外，考慮施工的便利性，每棟建築物 的柱、梁、版與牆等構件均使用單一混凝土材料。. 51.
(70) 圖 5-2. 圖 5-3. 52. 二層住宅建築之梁柱結構. 四層辦公室建築之梁柱構架.
(71) 圖 5-4(1) 十四層住宅建築與十四層辦公室建築之梁柱構架. 圖 5-4(2) 十四層住宅建築與十四層辦公室建築之梁柱構架. 53.
(72) 圖 5-5(1) 三十一層住宅建築之梁柱構 架. 圖 5-5(2) 三十一層住宅建築之梁柱構架. 54.
(73) 圖 5-6(1) 三十一層辦公室建築之梁柱 構架. 圖 5-6(2) 三十一層辦公室建築之梁柱構架. 55.
(74) 表 5-3 四種混凝土材料基本性質 混凝土單位重 kg/m3 混凝土強度 kgf/cm² Poisson’s ration. 彈性模數 EC 值 kg/㎝². 1600. 280. 0.2. 146700. 1800. 420. 0.2. 214400. 2000. 560. 0.2. 290000. 2400. 280. 0.2. 269500. 輕骨材混凝土強度高與單位重輕，故可以減少柱構件與梁構件的 橫斷面積，進行 ETABS 結構設計程式分析時，先將輕質骨材混凝土的 柱構件與梁構件橫斷面分別縮減二種百分比（表 5-4） ，而牆厚度比照 版厚度之縮減量。 在 ETABS 分析結果亦顯示：建築物綜合勁度與質量之改變使得週 期變長。此外，使用輕質骨材混凝土可大量縮減地面層之剪力，因此 利於建築物對於地震之抵抗（表 5-5(1)至表 5-5(6)）。 表 5-4 各棟建築梁與柱之橫斷面縮減量分析資料 混凝土 單位重. 1800 2000. 辦公室大樓. 2F （D1）. 14F （D2）. 31F （D3）. 4F （O1）. 14F （O2）. 31F （O3）. 梁. 13.5％. 36.0％. 19％. 13.5％. 36.0％. 19％. 柱. 26.0％. 49.7％. 36％. 26.0％. 49.7％. 36％. 梁. 13.5％. 36.0％. 19％. 13.5％. 36.0％. 19％. 柱. 26.0％. 49.7％. 36％. 26.0％. 49.7％. 36％. 梁. 13.5％. 36.0％. 19％. 13.5％. 36.0％. 19％. 柱. 26.0％. 49.7％. 36％. 26.0％. 49.7％. 36％. kg/m3 1600. 住宅大樓. 表 5-5(1) 二層住宅建築之分析結果. 56.
(75) D1（2F）. 橫斷面積 縮減量％. 總質量 （t）. 周期 （sec）. 剪力 （t）. 混凝土 總體積 （m3）. 梁. 13.5％. 492. 0.48673. 88. 308. 柱. 26.0％. 466. 0.56470. 85. 291. 梁. 13.5％. 539. 0.42256. 97. 299. 柱. 26.0％. 511. 0.49063. 94. 284. 梁. 13.5％. 593. 0.37827. 105. 297. 柱. 26.0％. 560. 0.43910. 102. 280. －. 797. 0.46172. 140. 332. 混凝土 單位重 1600 1800 2000 2400. 表 5-5(2) 四層辦公室建築之分析結果 O1（4F）. A棟. B棟. 1.14124. 943. 968. 3658. 5527. 1.31841. 905. 930. 3454. 13.5％. 6497. 1.00575. 1037. 1064. 3609. 柱. 26.0％. 6127. 1.15043. 995. 1021. 3404. 梁. 13.5％. 7081. 0.90169. 1163. 1193. 3541. 柱. 26.0％. 6666. 1.03055. 1072. 1100. 3333. －. 9322. 0.91964. 1487. 1525. 3884. 總質量 （t）. 周期 （sec）. 梁. 13.5％. 5852. 柱. 26.0％. 梁. 混凝土 單位重 1600 1800 2000. 剪力 （t）. 混凝土 總體積 （m3）. 橫斷面積 縮減量％. 2400. 表 5-5(3) 十四層住宅建築之分析結果 D2（14F）. 橫斷面積 縮減量％. 總質量 （t）. 周期 （sec）. 剪力 （t）. 混凝土 總體積 （m3）. 梁. 36.0％. 13073. 1.46042. 1341. 8171. 柱. 49.7％. 12162. 1.63529. 1154. 7601. 梁. 36.0％. 14457. 1.26060. 1522. 8032. 柱. 49.7％. 13433. 1.41028. 1366. 7463. 梁. 36.0％. 15862. 1.13167. 1719. 7931. 柱. 49.7％. 14725. 1.27545. 1516. 7363. －. 26012. 0.79485. 2318. 10838. 混凝土 單位重 1600 1800 2000 2400. 57.
(76) 表 5-5(4) 十四層辦公室建築之分析結果 O2（14F）. 梁與柱之 橫斷面積 縮減量％. 總質量 （t）. 周期 （sec）. 剪力 （t）. 混凝土 總體積 （m3）. 梁. 36.0％. 14661. 1.32274. 1341. 9163. 柱. 49.7％. 13183. 1.63529. 1154. 8239. 梁. 36.0％. 16118. 1.14175. 1521. 8954. 柱. 49.7％. 14455. 1.41028. 1366. 8031. 梁. 36.0％. 17593. 1.02491. 1719. 8797. 柱. 49.7％. 15746. 1.12745. 1516. 7873. －. 27035. 0.79485. 2318. 11265. 混凝土 單位重 1600 1800 2000 2400. 表 5-5(5) 三十一層住宅建築之分析結果 D3（31F）. 橫斷面積 縮減量％. 總質量 （t）. 周期 （sec）. 剪力 （t）. 混凝土 總體積 （m3）. 梁. 19％. 25520. 2.98916. 1308. 15950. 柱. 36％. 22442. 3.48520. 1204. 14026. 梁. 19％. 28776. 2.62529. 1474. 15987. 柱. 36％. 25313. 3.06089. 1357. 14063. 梁. 19％. 32158. 2.38825. 1654. 16079. 柱. 36％. 28313. 2.78498. 1523. 14157. －. 44816. 2.43826. 2236. 18673. 混凝土 單位重 1600 1800 2000 2400. 表 5-5(6) 三十一層辦公室建築之分析結果 O3（31F）. 橫斷面積 縮減量％. 總質量 （t）. 周期 （sec）. 剪力 （t）. 混凝土 總體積 （m3）. 梁. 19％. 32845. 3.08511. 1635. 20528. 柱. 36％. 29481. 3.61508. 1499. 18426. 梁. 19％. 36867. 2.69572. 1824. 20482. 柱. 36％. 33083. 3.15756. 1671. 18379. 混凝土 單位重 1600 1800. 58.
(77) 2000. 梁. 19％. 41017. 2.44099. 2027. 20509. 柱. 36％. 36816. 2.85878. 1858. 18408. －. 56041. 2.52339. 2872. 23350. 2400. 限制相同主鋼筋量為標準，分析自重與外力減少的情況下，各輕 質骨材混凝土所能夠縮減的梁柱橫斷面積（表 5-6(1)至表 5-11(2)） 。可 以發現單位重 1600kg/m3 之輕質骨材混凝土最能夠縮減梁柱橫斷面 積，其平均可縮減 57％，而單位重 1800 kg/m3 與 2000kg/m3 的輕骨材混 凝土亦能分別達到 49％與 40％（表 5-12）。圖 5-7 所示為減輕混凝土 單位重對梁柱斷面縮減的效益。. 表 5-6(1) 二層住宅建築之梁橫斷面縮減百分比 D1 梁 桿 件. 單位重 2000 kg. m3. 單位重 1800 kg. m3. 單位重 1600 kg. m3. 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後. RF. 31.2. 31.2. 44.7. 44.7. 75.4. 60.0. 2F 平均. 32.3 －. 32.3. 45 －. 45. 61.8 －. 60.0. 32. 45. 60. 表 5-6(2) 二層住宅建築之柱橫斷面縮減百分比 D1 柱 桿 件. 單位重 2000 kg. m3. 單位重 1800 kg. m3. 單位重 1600 kg. m3. 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後. RF. 24.1. 24.1. 34.9. 34.9. 63.6. 63.6. 2F 平均. 31.6. 31.6. 40.1. 40.1. 51.3. 51.3. 28. 38 59. 57.
(78) 表 5-7(1) 四層辦公室建築之梁橫斷面縮減百分比 O1 梁 桿 件. 單位重 2000 kg. m3. 單位重 1800 kg. m3. 單位重 1600 kg. m3. 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 面積縮減百分比（％） 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後. RFA. 33.2. 33.2. 42.5. 42.5. 55.7. 55.7. RFB. 39.6. 39.6. 55.2. 55.2. 66.2. 60.0. 4A. 28.6. 28.6. 35.7. 35.7. 52.3. 52.3. 4B. 41.2. 41.2. 45.1. 45.1. 56.3. 56.3. 3A. 31.5. 31.5. 39.4. 39.4. 51.1. 51.1. 3B. 34.4. 34.4. 39.4. 39.4. 46.3. 46.3. 2A. 29.1. 29.1. 38.3. 38.3. 46.1. 46.1. 2B 平均. 79. 60.0. 66.1. 60.0. 77.3. 60.0. 37. 44. 53. 表 5-7(2) 四層辦公室建築之柱橫斷面縮減百分比 O1 柱 桿件. 單位重 2000 kg/m³. 單位重 1800 kg/m³. 單位重 1600 kg/m³. 面積縮減百分比（％）面積縮減百分比（％）面積縮減百分比（％） 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後 結構分析 ρ MAX 限制後. Ａ 棟. RF. 29.4. 29.4. 38.3. 38.3. 49.2. 49.2. 4A. 23.6. 23.6. 29.6. 29.6. 38.5. 38.5. 3A. 21.1. 21.1. 28.4. 28.4. 36.8. 36.8. 60.
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