大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究

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(1)大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC) 短柱試體之先期規劃研究. 內政部建築研究所自行研究報告中華民國 96 年 12 月.

(2) 096301070000G2009. 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC) 短柱試體之先期規劃研究. 研究人員：陶其駿、厲娓娓. 內政部建築研究所自行研究報告中華民國 96 年 12 月.

(3) ARCHITECTRUE AND BUILDIG RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF THE INTERIOR. Preliminary Planning and Study of Large-diameter Fully-encased Steel Reinforced Concrete (SRC) Stub Columns. BY CHI-CHUN TAO WEI-WEI LEE December 31, 2007.

(4) 目次. 目. 次. 表次 ............................................................................................................ III 圖次 .............................................................................................................. V 照片 ........................................................................................................... VII 摘要 .............................................................................................................IX 第一章. 第二章. 緒論............................................................................................... 1 第一節. 研究緣起與背景........................................................... 1. 第二節. 研究內容....................................................................... 2. 第三節. 預期成果....................................................................... 3. 文獻回顧....................................................................................... 5 第一節. 國內外 SRC 構造相關規範 ........................................ 5. 第二節. SRC 柱相關文獻回顧 ................................................. 7. 第三章. 本研究建議 SRC 柱圍束箍筋量之設計法............................... 11. 第四章. 試體之規劃與設計..................................................................... 15. 第五章. 第六章. 附錄. 第一節. 試驗試體之規劃......................................................... 15. 第二節. 美國 AISC 設計規定合理性之探討......................... 16. 第三節. 本研究建議箍筋量設計公式正確性之驗證 ............ 17. 第四節. 建議箍筋設計公式對 b / t f 使用限制之探討 ............. 18. 材料與試體試驗方法之規劃..................................................... 33 第一節. 材料試驗方法之規劃 ................................................ 33. 第二節. 試體試驗方法之規劃 ................................................ 34. 結論與建議................................................................................. 41 第一節. 結論............................................................................. 41. 第二節. 建議............................................................................. 42. 歷次審查之會議紀錄..................................................................... 45. 參考書目 ..................................................................................................... 55. I.

(5) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. II.

(6) 表次. 表. 次. 表 4-1. SRC 短柱試體編號與細部尺寸 ................................................. 19. 表 4-2. RC 短柱試體編號與細部尺寸.................................................... 20. 表 4-3. BF 系列試體編號與細部尺寸 .................................................... 21. 表 4-4. D 系列試體編號與細部尺寸 ...................................................... 22. 表 4-5. 試體編號與細部尺寸 .................................................................. 23. 表 4-6. 圍束箍筋配置與細部尺寸 .......................................................... 24. 表 4-7. RC 系列試體編號與細部尺寸.................................................... 28. 表 4-8. BOT 系列試體編號與細部尺寸................................................. 29. III.

(7) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. IV.

(8) 圖次. 圖. 次. 圖 3-1. 高圍束混凝土範圍之可能形式 .................................................. 14. 圖 4-1. SRC 短柱試體縱剖面之配置圖 ................................................. 30. 圖 4-2. RC 短柱試體縱剖面之配置圖.................................................... 31. 圖 5-1. 台車設備之立面透視圖 .............................................................. 35. 圖 5-2. 台車設備裝載時之側視圖 .......................................................... 35. 圖 5-3. 台車設備裝載時之正視圖 .......................................................... 36. 圖 5-4. D260-AISC 試體應變計之配置示意 ......................................... 37. 圖 5-5. D450-AISC 試體應變計之配置示意 ......................................... 38. 圖 5-6. RC-R16-ACI 試體應變計之配置示意....................................... 38. 圖 5-7. 試體位移計之配置示意 .............................................................. 39. 圖 6-1. 包覆型 SRC 柱斷面 .................................................................... 43. 圖 6-2. 鋼管混凝土柱斷面 ...................................................................... 44. V.

(9) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. VI.

(10) 照片. 照照片 4-1. 片. MTS3000 噸萬能試驗機......................................................... 32. VII.

(11) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. VIII.

(12) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：鋼骨鋼筋混凝土、短柱、圍束箍筋一、研究緣起在台灣鋼骨鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC）構造設計規範對於構材強度之計算，係以「強度疊加法」為基本之假設，對於 SRC 柱軸向受力強度之評估，尚未考慮鋼骨與鋼筋混凝土間之合成效用，本研究希望藉由實際 SRC 柱之軸力試驗，瞭解兩材料間之合成作用，對 SRC 柱軸向強度評估之影響，以及建議 SRC 柱圍束箍筋計算之修正公式，並利用大尺寸試體之實驗結果，澄清尺寸效應之影響。二、研究方法及過程本研究規劃 31 支大尺寸(56×56cm)包覆十字型 SRC 之短柱試體，為主要探討與研究之對象，以瞭解 SRC 短柱之破壞模式，與軸向受力之行為，並針對 SRC 柱圍束箍筋需求之設計法，進行合理性之檢討。對於 SRC 短柱試體設計參數之規劃，則包括鋼骨翼板寬厚比、鋼骨斷面深度、鋼骨提供之圍束效應，以及圍束混凝土之箍筋需求，分別探討美國 AISC 設計規定之合理性、驗證建議設計公式之正確性，以及建議公式對 b / t f 之使用限制，進行一系列之參數探討與試體規劃。三、重要發現本研究規劃 56×56cm 包覆十字型 SRC 之短柱試體，其最大可能之標稱強度為 1,898 噸，倘若再考慮實際鋼板、鋼筋與混凝土材料強度之變異性，短柱試體之最大抗壓強度，可能高達 2,846 噸，為 3,000 噸萬能試驗機最大承載容量的 95%。. IX.

(13) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 本(96)年度原規劃進行 31 支 56×56cm SRC 短柱試體之試驗，目前因為受限於 3000 噸萬能試驗機之延後使用，與實驗室至今無法提供足夠推放材料與製作試體之空間，使得本研究預計進行實驗與結果分析之研究工作，必須配合修正與調整。四、主要建議事項立即可行之建議-辦理包覆 I 型等斷面 SRC 柱大尺寸實體試驗主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所建議未來可以包覆 I 型或包覆 T 字型斷面之 SRC 柱，以及填充型或包覆填充型鋼管混凝土柱等斷面，規劃大尺寸柱之實體試驗，藉以瞭解其破壞模式與軸向受力行為。立即可行建議-建立次圍束與高圍束混凝土應力與應變關係模型主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所建議未來可針對混凝土之次圍束與高圍束效應，建立更為合理有關應力與應變關係之解析模型，並比較其預測模型與實驗結果之ㄧ致性。立即可行建議-因應研究人力與腹地不足，應儘速提出書面規劃主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所為因應本所建築材料實驗中心研究人力與腹地不足之問題，宜儘速針對試驗裝置設定、試驗整備與人力動員之計劃，提出適當且可行之書面規劃。立即可行建議-儘速研擬試驗流程、人員防護與機具安全之對策主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所為因應試驗機能量之提高，試體規模之擴大，以及實驗經驗 X.

(14) 摘要. 之不足，建議應儘速針對試體之製作與安裝、測計之架設與安排、試驗加載流程與試體撤移等步驟，研擬人員防護與機具安全之措施，並瞭解可能面臨之勞安法令規定與要求，研提具體可行之對策。. XI.

(15) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. XII.

(16) 摘要. ABSTRACT Keywords: Steel reinforced concrete, Stub columns, Hoop reinforcement 1. Purpose In Taiwan, the design specification to the calculation constructing the intensity of material steel reinforcement concrete (abbreviated as SRC ), with ' intensity superposition method ' basic assumption, receive assessment , strength of intensity as to SRC columns axial, the synthetic utility that has not considered among steel and armored concrete yet, this research hopes to test with the axle strength of real SRC columns, find out about the synthesis between two materials , the influence assessed to the intensity of SRC columns axial, and propose SRC columns encloses the revision formula that hoops reinforcement calculates , utilize large diameter to try the experimental result of the body, clarify the influence of the size effect. 2. Method and Steps Research this plan 31 tests large diameter (56* 56cm ) make person who covers cross short columns of SRC try on body , probe into mainly and target that study, in destruction way to understand SRC short columns , receive the behavior of strength with the axial , and enclose the design law of the muscle demand of hoops reinforcements to SRC columns, carry on the self-criticism of rationality. As to SRC is short it last planning , body of design parameter columns,it include steel width- thickness ratio, steel section depth , steel not offer to last bunches of effect, and enclose the hoops reinforcement demand for a bunch of concrete , probe into U.S.A.. XIII.

(17) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. AISC and design the rationality stipulated , exactness of proposing the design formula of verification separately, and propose the formula carries on a series of parameters and is probed into and try the body to plan to. b/tf. restriction on use.. 3. Main Finding This research plans 56* 56cm and wraps up the short columns which covers cross type SRC and tries the body, its largest and possible mark calls intensity 1,898 tons, if consider the variability of real stencil plate , reinforcing bar and intensity of concrete material again, short columns try on great compression strength most of body, might up to 2,846 tons, for 3,000 tons omnipotent testing machine being most heavy to bear the weight of 95% of capacity. Originally (2007) plan to carry on 31 tests of trying the body of 56* 56cm SRC short columns originally in year , is used by the postponement limited to 3000 tons of omnipotent testing machines at present, with laboratory being so far unable to offer enough to is it put material with is it try on space of body to make to push away, research work of making this research expect to carry on experiment and result to analyse, must cooperate and revise and change . 4. Major suggestion Short term Suggestion – handle and wrap up and cover such section SRC columns big measurement entities as the I type ,etc. to test Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior. XIV.

(18) 摘要. Associate Office ： Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Is it can make person who covers I or is it cover T SRC columns , style of calligraphy of section to make future to propose, and person who pack or is it cover steel tube concrete columns ,etc. section of packing etc. to wrap up, the entity which plans the large diameter columns tests, make use of and receive the strength behavior with the axial by way of understanding it destroys. Short term Suggestion - establish time not to enclose bunch with enclose bunches of concrete stress and strain relation model while being high Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office ： Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Propose future can be to the enclosing bunch second-classly with enclosing one bunch of effects high of concrete, it establish is the reasonable it is relevant stress and the model not analytic , strain of relation, it more compare it more predict by model and experimental more result Causing. Short term Suggestion - because of and being enough , hinterland should get out of and plan in writing as quickly as possible in conformity with research manpower Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office ： Architecture and Building Research Institute XV.

(19) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. Ministry of Interior For the research manpower of experimental center and insufficient problem of hinterland because in conformity with the construction material of our institute, should establish , test and reorganize and outfit the plan mobilized with manpower to the experimental rig as quickly as possible , propose proper and feasible planning in writing. Short term Suggestion - grind and plan to test procedure , personnel to protect with the safe countermeasure of the machines immediately Major Office：Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office ： Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior In order to should test the improvement of function quantity , try the enlargement of the scale of body , and the deficiency of experiment experience, propose should install , examine count not to erect and arrange for , test procedure of loading and try on body dismiss from step of moving etc. as quickly as possible to making to try on body, grind and draft personnel and protect it with the safe measure of the machines, understand the safe decree stipulating and demand of the laborer that may face , grind and propose the concrete and feasible countermeasure.. XVI.

(20) 第一章緒論. 第一章第一節. 緒論. 研究緣起與背景. 國內鋼骨鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete，簡稱 SRC）構造設計規範對構材強度之計算方法，係以「強度疊加法」作為 SRC 構材強度計算之基本架構，對於 SRC 柱構材軸向受力強度之評估，並未考慮鋼骨與鋼筋混凝土間之合成效用，詳如(1.1)式所示，本研究希望藉由實際 SRC 柱構材軸力之試驗，瞭解兩材料間之合成作用，對 SRC 柱構材軸向強度評估之影響。. (Pn )u = As Fys + 0.85 f c' Ac + Fyr Ar. (1.1). 國內 SRC 構造設計規範中，對於 SRC 矩形柱圍束箍筋的需求計算，主要參考美國 AISC 鋼結構建築耐震設計規定(Seismic Provisions for Structural Steel Buildings)及美國 ACI 318-02 鋼筋混凝土設計規範等規定，將柱構材圍束箍筋之最小需求，規定如下： ⎛ f ' ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ As Fys ⎤ Ash = 0.3shc ⎜ c ⎟⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − ⎥ ⎜f ⎟ A ⎝ yh ⎠⎝ ch ⎠ ⎣ (Pn )u ⎦. (1.2). (1.2)式主要之考量，係將 ACI 鋼筋混凝土設計規範對柱構材耐震閉合箍筋最小需求量之規定，利用一個折減係數 1 − As Fys / (Pn )u 來放寬，其主要目的在考量鋼骨斷面分擔 SRC 柱軸力對混凝土圍束效應之貢獻；但是，此折減方式只與鋼骨斷面積之大小有關，而未考慮鋼骨翼板之形狀因素，以及鋼翼板提供混凝土之圍束效果；似乎只要鋼骨用量高到某個程度之後，允許不需配置圍束箍筋，致其合理性仍招致存疑；因此，對於現行 SRC 柱構材圍束箍筋量之計算公式，有必要再進行更進一步之檢討。現有 SRC 柱試驗數據，幾乎都是縮小尺寸之試體，應用於實際建築仍有疑慮；一般而言，實際構件之強度，往往低於縮尺試體，設計時必須適度進行折減。因此，本研究將針對柱構材圍束 1.

(21) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 箍筋量之計算公式，利用實尺寸之實驗結果，研擬修正建議，並澄清尺寸效應之影響。第二節. 研究內容. 本研究嘗試規劃以大尺寸(56×56cm)包覆十字型 SRC 之短柱試體，為探討與研究之對象，以瞭解 SRC 短柱試體之破壞模式與軸向受力行為，並針對 SRC 柱圍束箍筋需求之設計法，進行相關合理性之檢討。對於 SRC 短柱試體設計參數之規劃，則包括鋼骨翼板寬厚比、鋼骨斷面深度、鋼骨提供之圍束效應，以及圍束混凝土之箍筋需求，分就探討美國 AISC 設計規定之合理性、驗證建議設計公式之正確性，以及探討建議公式對 b / t f 之使用限制等，進行一系列之探討與相關試體之規劃。本研究原規劃進行相關之研究內容，分述如下：一、藉由大尺寸 SRC 短柱之試驗，以瞭解其可能之破壞模式與軸向受力行為。二、檢討國內外現行 SRC 設計規範，對柱軸向強度與圍束箍筋需求之合理性。惟本(96)年度原規劃進行 31 支 56×56cm SRC 短柱試體之試驗，目前因囿限於本所建築材料實驗中心土建工程，至今尚未正式取得使用執照，且 3000 噸萬能試驗機之延宕啟用，與實驗室尚無法提供足夠供實驗材料推放與試體製作之空間，使得本研究原規劃執行短柱實驗與結果分析之內容與預期成果，必須配合修正與調整。本研究修正後相關之研究內容，茲分述如下：一、進行 SRC 短柱試驗之研究報告與文獻資料之蒐集與整理。. 2.

(22) 第一章緒論. 二、探討有關 SRC 柱構件，於耐震設計對橫向箍筋需求之合理性，並研提相關之設計建議。三、進行 31 支大尺寸 SRC 柱短柱試體之規劃及設計。四、規劃本研究未來進行材料試驗與試體試驗，所需之試體製作與試驗標準。第三節. 預期成果. 本研究原規劃之預期成果，分述如下：一、藉由大尺寸 SRC 柱之軸向載重試驗，評估各項實驗參數對 SRC 柱軸向強度與韌性之影響。二、檢討現行 SRC 構造設計規範中，有關柱橫向箍筋量之設計條款，建立 SRC 柱橫向箍筋需求的評估方法。本研究修正後相關之預期成果，茲分述如下：一、完成有關 SRC 短柱試驗之研究報告與文獻資料之蒐集與整理。二、完成有關 SRC 柱構件，於耐震設計對橫向箍筋需求合理性之探討，並研提相關之設計建議公式。研提未來評估 SRC 柱橫向箍筋需求的研究方向。三、完成 3 組（31 支）SRC 柱短柱試體之先期規劃及設計。四、完成相關材料試驗與試體試驗，所需試體製作與試驗標準資料之整理。待明(97)年度配合本所建築材料實驗中心暨 3000 噸萬能試驗機之正式啟用，將另案賡續進行 SRC 短柱試體之製作、試驗與分析，評估各項實驗參數對 SRC 短柱試體軸向強度與韌性之影響，並研提對 SRC 構造於柱橫向箍筋需求之設計條款。 3.

(23) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 4.

(24) 第二章文獻回顧. 第二章第一節. 文獻回顧. 國內外 SRC 構造相關規範. 在 SRC 柱之圍束箍筋量設計方面，目前美國 ACI-318 規範(2002) 僅對一般 RC 柱之圍束箍筋量有相關要求，對 SRC 柱之箍筋設計尚無明文規定；而 AISC- Seismic Provisions for Structural Steel Buildings (2005)，雖然已考慮到 SRC 柱中之鋼骨對分擔柱軸力之貢獻，但並未考慮鋼骨形狀因素，對核心混凝土圍束效應之影響。以下將分別針對國內外相關設計規範中，對於 SRC 柱圍束箍筋量之設計法，作一簡要說明。 2.1.1. 美國 ACI 設計規範美國 ACI-318 設計規範(2005)以極限強度設計法計 SRC 構. 材，主要是將鋼骨換算成等值之鋼筋量，再依設計 RC 構造之方式進行設計。依據 ACI-318 規範對於合成受壓構材之軸向設計強度為： φPn = φ 0.85[0.85 f c' (Ag − Ast ) + f y Ast ]. (2.1). 其中 φ =0.65 為強度折減係數；Pn 為構件之軸向標稱強度； f c' 為混凝土之抗壓強度； f y 為鋼材之降伏應力； Ag 為構材之全斷面積； Ast 為鋼骨之斷面積，橫向箍筋內之縱向鋼筋併入 Ast 計算。. 此外，ACI-318 規範第 21 章 21.4.4 節中規定矩形 RC 柱之閉合箍筋之總斷面積( Ash )不得小於下列二式之規定： ⎛ f c' Ash = 0.3shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞⎛ Ag ⎞ ⎟⎜ ⎟⎟ 1 − ⎟⎜ A ⎠ ⎠⎝ ch. (2.2). 5.

(25) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. ⎛ f c' Ash = 0.09shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. (2.3). 其中， s 為柱圍束箍筋之間距； hc 為受箍筋圍束之柱核心斷面之寬度； Fyh 為圍束箍筋之降伏應力； Ach 為受箍筋圍束部分柱核之斷面積。 2.1.2. 美國 AISC 設計規範美國 AISC- Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. (2005)中，有關包覆型合成柱圍束箍筋配置之要求，主要參採 ACI-318 規範中之規定，而對於最小矩形閉合箍筋之總斷面積( Ash ) 改採下式計算： ⎛ f c' Ash = 0.09shc ⎜ ⎜F ⎝ yh. ⎞⎛ Fys As ⎟⎜1 − ⎟⎜ Pn ⎠⎝. ⎞ ⎟⎟ ⎠. (2.4). 其中 F ys 為鋼骨之降伏應力； As 為鋼骨之斷面積； Pn 為合成柱之軸向標稱強度，其值依 AISC-LRFD Sect.12 中之規定計算。 (2.4)式係沿用公式(2.3)之基本架構，但因合成柱斷面中之鋼骨亦能提供一部份之軸向抗壓強度，所以公式中之 (1− Fys As / Pn ) 是一個折減係數，主要係考慮鋼骨斷面對 SRC 柱軸力之分擔對混凝土圍束效應的貢獻，以作為 SRC 柱箍筋量放寬之依據。值得注意的是，公式(2.4)之計算方式僅考慮「鋼骨用量」之影響，而並未考慮鋼骨形狀因素之變化，對混凝土圍束效應的影響。對於具有相同用鋼量但鋼骨翼板寬度不同之兩組 SRC 柱斷面，當依 AISC 進行其所需之箍筋量設計，將會得到相同的箍筋量設計結果，似乎並不合理。 2.1.3. 6. 我國 SRC 構造設計規範.

(26) 第二章文獻回顧. 目前我國 SRC 規範第九章 9.7.3 節中參考 AISC 之作法，規定矩形 SRC 柱閉合箍筋之總斷面積( A sh )不得小於下列二式之規定： ⎛ f' Ash = 0.3shc ⎜ c ⎜F ⎝ yh. ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ ⎛ As F ys ⎟⎜ ⎟⎟ ⎢1 − ⎜⎜ − 1 ⎟⎜ A ⎠ ⎢⎣ ⎝ ( Pn ) u ⎠⎝ ch. ⎛ f' Ash = 0.09 shc ⎜ c ⎜F ⎝ yh. ⎞ ⎡ ⎛ As F ys ⎟ ⎢1 − ⎜ ⎟⎢ ⎜ ( P ) ⎠⎣ ⎝ n u. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎥⎦. ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎥⎦. (2.5). (2.6). 其中， ( Pn ) u 為 SRC 柱之軸向受壓強度，做下式計算： ( Pn ) u = 0.85 f c' Ac + Fys As + Fyr Ar. 第二節. (2.7). SRC 柱相關文獻回顧. 一、翁正強等(1990)[1]利用強度疊加的概念，將鋼骨及 RC 部分分別依據 AISC-LRFD 及 ACI 規範之極限設計法進行設計，發現在不考慮安全係數、載重係數及強度折減係數之影響下，將鋼骨及 RC 之強度予以疊加，其所得到之梁柱極限強度介於 AIJ 及 AISC-LRFD 規範之間，而又以 AISC-LRFD 規範最為保守，但是在比較設計強度時，利用強度疊加法所得之強度最大。二、Wakabayashi(1992)[3]以高強度鋼應用於 SRC 構件進行試驗研究，試驗結果顯示，使用高強度鋼之 SRC 柱在軸向壓力或側向力作用下，皆具有較好之韌性行為。此外，強度疊加法仍適用於極限強度小於 590MPa 之鋼材。三、蔡克銓等(1995)[4]以試驗來探討鋼骨量、主筋量、橫箍筋間距及橫箍筋形式對於包覆型 SRC 短柱在承受軸向載重下之極限強度及剩餘強度的影響。試驗結果顯示，增加主筋量對於極限強度的貢獻大於鋼骨量之增加，但對於過極限強度後之強度維持行為則相反。. 7.

(27) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 四、葉士青(1996)[5]以試驗的方式，依鋼骨斷面形狀、鋼骨含量、箍筋間距、箍筋形式及箍筋含量等參數，探討對於 SRC 柱之極限強度、圍束效應及於極限載重後剩餘強度的影響。研究結果顯示試體達到極限載重後初期的剩餘強度值，以內含十字型鋼骨斷面的試體表現為佳。且相較於四角形箍筋，以八角形箍筋可有效地改善箍筋間距不足或鋼骨型式不良所造成剩餘強度的損失，隨著箍筋間距的減少，八角形箍筋的強度效率將更為提高。五、翁正強等(1998)[6]對包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱中，混凝土受鋼骨圍束作用之行為，進行理論模型之研究，提出數種 SRC 柱中鋼骨對混凝土之圍束模式，其中特別針對鋼骨翼板寬厚比的變化，對混凝土圍束效應的關係進行分析。研究對包覆型 I 型鋼 SRC 柱初步建議採用較為保守的小三角形模式，作為考量鋼骨對於混凝土圍束效應之貢獻，至於包覆十字型（或稱雙 H 型鋼）SRC 柱，則建議採用矩形圍束的模式。六、林草英等(2002)[7]以實驗驗證不同翼板寬厚比之雙 H 型鋼對於混凝土之圍束效應，及加入翼板連接板對於圍束效應之影響，實驗結果顯示，圍束效應將隨翼板寬厚比增大而降低，而繫接板加入後，對於混凝土之圍束效應，應有正面的影響。七、陳正誠與蔣迪(2005) [11]等以 12 支 SRC 短柱試體之單向載重試驗，配置不同箍筋量以探討在軸向載重下，箍筋、鋼骨對於混凝土圍束之效應。實驗結果顯示鋼骨腹板有類似箍筋的功能，能提供混凝土圍束所需的拉力，而此拉力與鋼骨腹板承受軸向之力量互為消長，可以使用鋼材降伏理論決定之。八、陳正誠與林盛夫(2005) [12]等以 8 支 SRC 短柱試體及 8 支 RC 短柱試體，進行單向載重試驗，探討鋼骨、箍筋、橫隔板對混凝土圍束之效應，實驗結果顯示，第一種鋼骨斷面較深之柱斷面的軸向. 8.

(28) 第二章文獻回顧. 行為優於第二種傳統的柱斷面，代表在柱全斷面寬度與鋼骨斷面深度的尺寸中，增加鋼骨斷面深度的比例可以對 SRC 柱圍束效益有很大的幫助。所提出之修正公式，可合理反映斷面變化造成軸向受力行為的差異。九、陳正誠與陳冠宇(2007) [14]以四組包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱反復載重試驗，探討梁柱接頭區以角隅箍筋取代閉合箍筋是否可有效抑止主筋挫屈。實驗結果顯示若梁柱接頭區角隅箍筋之間距與塑性鉸區箍筋間距相同，角隅箍筋可有效抑止主筋挫屈，以及在雙軸彎矩作用下，配置於角落之主筋量可以有效提升斷面彎矩容量。十、翁正強與顏聖益(2007)等[14]共進行 16 支 SRC 短柱試體軸壓試驗，以探討耐震設計時 SRC 柱中所需之圍束箍筋用量。並相對於 ACI-318 規範與我國 SRC 規範，對 SRC 柱圍束箍筋用量之計算法，提出 Weng’s Formula，主要考慮 SRC 柱內之「高度圍束區混凝土」可以由 SRC 柱內的「鋼骨之翼板」來提供圍束，而 SRC 柱之箍筋則用來圍束「普通圍束區混凝土」，因此箍筋用量得以減少，有助於獲得較為經濟之設計結果。目前有關包覆型 SRC 柱之純軸壓試驗的研究十分有限，且對於 SRC 柱中圍束箍筋用量的研究資料極為缺乏，故本研究乃進行 31 支包覆型 SRC 與 RC 短柱試體之軸向抗壓試驗，主要的研究目的在於探討耐震設計時，SRC 柱內鋼骨翼板寬厚比、斷面深度與不同高圍束混凝土可能斷面對應之箍筋量，檢討美國 AISC 設計規定之合理性、驗證建議設計公式之正確性。. 9.


(30) 第三章本研究建議 SRC 柱圍束箍筋量之設計法. 第三章. 本研究建議 SRC 柱圍束箍筋量之設計法. 國內 SRC 構造設計規範中，對於 SRC 矩形柱圍束箍筋的需求計算，主要參考美國 AISC 鋼結構建築耐震設計規定(Seismic Provisions for Structural Steel Buildings)及美國 ACI 318-02 鋼筋混凝土設計規範等規定，將柱構材圍束箍筋之最小需求，其規定分別如下： ⎛ f c' ⎞ ⎡ As Fys ⎤ ⎟ ⎢1 − ⎥ ⎟ f Pn ⎦ ⎝ yh ⎠ ⎣. (3.1). ⎛ f c' ⎞⎛ Ag ⎞ ⎡ As Fys ⎤ ⎟⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − ⎥ ⎜ ⎟ ⎠ ⎣ (Pn )u ⎦ ⎝ f yh ⎠⎝ Ach. (3.2). AISC Ash = 0.09⎜⎜. 國內 Ash = 0.3shc ⎜⎜. ( Pn ) u = 0.85 f c' Ac + Fys As + Fyr Ar. (3.3). 其中， s 為柱圍束箍筋之間距； hc 為受箍筋圍束之柱核心斷面之寬度； f yh 為圍束箍筋之降伏應力； Ach 為受箍筋圍束部分柱核之斷面積；F ys 為. 鋼骨之降伏應力； As 為鋼骨之斷面積； Pn 為合成柱之軸向標稱強度； ( Pn ) u 為 SRC 柱之軸向受壓強度。. 上開二式皆未考慮到 SRC 柱內鋼骨翼板寬厚比、鋼骨深度對核心混凝土圍束效應之貢獻，因此本研究為了考慮 SRC 柱內「鋼骨翼板寬厚比」與「鋼骨深度」對混凝土圍束效應之影響。本研究所建議之修正公式，主要針對於折減係數的變更，考慮由於鋼骨之形狀因數，對 SRC 柱核心混凝土所提供額外之圍束效應，並建議可依照高圍束混凝土範圍與 SRC 柱核心斷面之比例而折減，以考慮鋼骨翼板與鋼骨深度之尺寸變化，對橫向箍筋需求所產生之影響，相關建議修正之設計公式如(3.4)式所示： ⎛ f c' ⎞⎛ Ag ⎞⎡ A ⎤ ⎟⎜ Ash = 0.3shc ⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − cr ⎥ ⎜ f ⎟⎜ A ⎠ ⎣ Ach ⎦ ⎝ yh ⎠⎝ ch. (3.4). 11.

(31) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 為便於後續之討論，在此定義 p ： p=. Ash f yh. (3.5). s. 因此，將(3.4) 式移項為(3.6)式所示： p=. Ash f yh s. ⎞⎡ A ⎤ ⎛ Ag = 0.3hc f c' ⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎢1 − cr ⎥ ⎠ ⎣ Ach ⎦ ⎝ Ach. ( ). (3.6). 其中， Acr 為高圍束混凝土之斷面積。本研究將探討四種可能高圍束混凝土之範圍形狀，其形式如圖 3-1，分別定義為矩形(Mod.1)、直線(Mod.2)、圓弧(Mod.3)與直角(Mod.4)，並分述如下：一、Mod.1 (矩形)： ⎛ d + bf Acr = d ⋅ w f = d s ⋅ ⎜⎜ ⎝ 2. ⎞ ⎟⎟ = f (d , b f ⎠. ). (3.7). 如圖3-1(a)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為 d ⋅ w f ；其中， d 為鋼骨的深度， w f 為鋼骨斷面尺寸之函數，其值為鋼骨深度 d 與鋼骨翼板寬度 b f 和之半。二、Mod.2 (直線)： 2 (d − b f − 2t f ⎛ ⎞ Acr = d − ⎜ d − b f ⎟ + 2 ⎝ ⎠ 2. ). 2. = f (d , b f , t f. ). (3.8). 如圖3-1(b)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為相鄰翼板內緣以直線連線之區域。三、Mod.3 (圓弧)：. (. Acr = d − 2t f. 12. ). 2. ⎛ d bf − π ⎜⎜ − −tf ⎝2 2. 2. ⎞ ⎟ + 4 ⋅ b f ⋅ t f = f (d , b f , t f ⎟ ⎠. ). (3.9).

(32) 第三章本研究建議 SRC 柱圍束箍筋量之設計法. 如圖3-1(c)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為相鄰翼板內緣以圓弧連線之區域。四、Mod.4 (直角)： Acr = d − ⎛⎜ d − b f ⎞⎟ = f (d , b f ⎝ ⎠ 2. 2. ). (3.10). 如圖3-1(d)所示，主要將高圍束混凝土的區域定義為相鄰翼板內緣以直角連線之區域。因此，可藉由試體不同箍筋量之配置，探討合理高圍束混凝土的區域之形狀，並利用試體所呈現之強度與延展性，評估 AISC 設計公式之合理性，確認建議修正公式之正確性。. 13.

(33) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. (a)矩形高圍束區示意圖 Mod.1. (b)直線連接形高圍束區示意圖 Mod.2. (c)圓弧形高圍束區示意圖 Mod.3. (d)直角連接形高圍束區示意圖 Mod.4. 圖 3-1 （資料來源：本研究規劃）. 14. 高圍束混凝土範圍之可能形式.

(34) 第四章試體之規劃與設計. 第四章第一節. 試體之規劃與設計試驗試體之規劃. 本研究共計規劃 31 支 SRC 與 RC 短柱試體之抗壓試驗；其中，28 支為 SRC 包覆十字型短柱試體，2 支為 RC 短柱試體，相關試體之編號及細部說明，詳請參見表 4-1 與表 4-2 所示。本研究採用之主筋強度為 4200 kgf / cm 2 (SD420)；橫向箍筋則依試驗所需參數變化之需求，分別採 SD420 與 SD280（標稱強度 2800 kgf / cm 2 ）兩種；鋼板為 ASTM A572 Gr.50（標稱強度為 3500 kgf / cm 2 ）；混凝土抗壓強度為 280 kgf / cm 2 之高流動性混凝土；本研究使用之試驗機，為本所材料實驗中心新購置之 3000 噸萬能試驗機，如照片 4-1 所示，所有試體均以無偏心單向靜力軸向加壓的方式，進行 SRC 短柱軸力行為之探討。為配合 3000 噸萬能試驗機之實驗容量，試體全斷面尺寸規劃為 560×560 mm，試體長度為 1680 mm，兩端再各加上 15 mm 厚之端板，試體總長度為 1710 mm，並取短柱中央三分之ㄧ約 560mm 之範圍為量測區，由柱兩端邊緣往內各 575 mm 之範圍為非量測區，詳如圖 4-1 與圖 4-2 所示。為避免加載時在柱兩端因應力集中，而造成發生過早之破壞，因此本研究於柱試體上下兩端之非量測區範圍內，配置較密之橫箍筋，並於此範圍內兩相鄰鋼骨翼板外緣間，設置翼板連接板，以防止試體兩端非量測區之主筋與鋼骨翼板，發生過早之局部挫屈。本研究旨在針對 SRC 柱圍束箍筋量之合理性，進行相關之探討。其中，對於 SRC 短柱試體之設計參數，包括鋼骨翼板寬厚比、鋼骨斷面深度、鋼骨提供之圍束效應，以及圍束混凝土之箍筋需求。本研究分就檢討美國 AISC 設計規定之合理性、驗證本文建議箍筋量公式之正確性，以及探討建議公式對 SRC 短柱 b / t f 之使用限制等三部分，進行 15.

(35) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 一系列之探討與相關試體之規劃。第二節. 美國 AISC 設計規定合理性之探討. 有關 AISC 對於矩形 SRC 柱圍束箍筋需求的計算，主要係參考美國 ACI 318 等規範之規定，而將鋼筋混凝土柱圍束箍筋之最小需求，利用於柱構件整體斷面中，鋼骨所佔之斷面比例，來放寬 SRC 柱對於圍束箍筋之需求；然而，此舉卻無法反應鋼骨翼板之形狀效應，以及鋼骨提供柱核心混凝土額外之圍束影響，卻似乎顯示只要鋼骨用量高到某個程度之後，就允許大幅降低圍束箍筋之需求，甚至允許可不配置圍束箍筋，致其合理性仍具存疑。因此，本研究首先針對鋼骨翼板寬厚比與鋼骨斷面深度等參數之變化，藉以瞭解鋼骨之形狀因素，對 SRC 柱核心混凝土圍束效應之影響，並探討 AISC 規範柱箍筋計規定之合理性。在此，本研究規劃計 8 支 BF 系列與 D 系列之試體，其中 BF 系列試體 5 支與 D 系列 3 支。希望藉由 BF 與 D 系列試體之試驗，以確認 b / t f 與 d（或 hc / t w ）等參數，為影響 SRC 柱圍束箍筋需求之重要因素。有關 5 支 BF 系列之 SRC 短柱試體，係固定柱斷面之鋼骨用量（取、測試區箍筋配置（按 AISC 對箍筋之需求）、箍筋間鋼骨比 ρ s = 0.077 ）距( s = 12cm )、鋼骨斷面深度( d = 450mm )與鋼骨腹板厚度( t w = 10mm )，將試體鋼骨翼板之寬厚比( b / t f = b f / 2t f )，規劃由 0.07、0.4、2.4、5.0 至 8.8，相對應試體編號為 BF028-AISC、BF060-AISC、BF141-AISC、 BF200-AISC 與 BF263-AISC，即分別表示鋼骨翼板寬度為 28mm、 60mm、141mm、200mm 與 263mm，試體細節請參見表 4-3 所示。另外，D 系列 3 支 SRC 柱之試體，同樣係固定柱斷面鋼骨用量（取鋼骨比 ρ s = 0.077 ）、測試區箍筋配置（按 AISC 對箍筋之需求）、箍筋間距( s = 12cm )、鋼骨翼板寬度( b f = 200mm )與鋼骨腹板厚度( t w = 10mm )，而 16.

(36) 第四章試體之規劃與設計. 將 SRC 柱試體鋼骨之斷面深度，規劃由 260 mm、336 mm 與 450mm，即鋼骨深厚比( hc / t w )分別為 20.5、14.5 與 10.5，相對應試體編號為 D260-AISC、D336-AISC 與 D450-AISC，其中 D450-AISC 與 BF 系列 BF200-AISC 之試體相同，試體細節請參見表 4-4 所示。第三節. 本研究建議箍筋量設計公式正確性之驗證. 為探討 SRC 柱核心高圍束混凝土區形狀之合理性，以及驗證本研究建議設計公式之正確性，在此選取 D260、D336、BF141 與 BF200 等 4 個系列之試體，除同前固定各系列試體於量測區之箍筋間距 ( s = 12cm )外，對於 SRC 柱試體箍筋需求之規劃，將依實際探討箍筋需求之範圍，各採取 4 種不同圍束箍筋需求之方式配置，其分別為 HP03-28（一支＃3-SD280）、HP03-42（一支＃3-SD420）、HP04-28（一支＃4-SD280）、HP04-42（一支＃4- SD280）或 HP44-28（二支＃ 4-SD280），在此共計有 16 支 SRC 短柱試體，其細部尺寸請參見表 4-5 與表 4-6 所示；而未來對於本研究建議箍筋量設計公式合理性之驗證，將考慮以內插之方式，進行 SRC 短柱軸力行為之評估。為評估 SRC 柱試體強度與韌性行為之有效性，本研究另考慮增設 2 支 RC-R 系列之 RC 短柱試體，其主筋量之安排，係參照 ACI 318-05 結構混凝土設計規範，於耐震設計對縱向鋼筋比( ρ g )須為 0.01 ≤ ρ g ≤ 0.06 之規定，分別規劃為 RC-R16-ACI(16 根主筋＃8-SD420)與 RC-R32-ACI （32 根主筋＃8-SD420）各 1 支，其縱向鋼筋比分別為 0.026 與 0.052； RC 試體之縱向長度與外部斷面尺寸，均與前述 SRC 短柱相同；有關試體中央量測區箍筋配置之需求，則依 ACI318-05 規範於耐震設計對矩形閉合箍筋量之規定，於柱核心外圍採用 1 支＃4-SD420 之橫箍筋，另於水平斷面內，各再配置 2 支＃4-SD280 之繫筋，量測區箍筋間距亦均固定為 12 公分，各試體之細部說明，請參見表 4-7 所示。. 17.

(37) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 同樣地，於 RC 柱試體上下兩端之非量測區，則配置較密之橫箍筋，以抑制試體兩端非量測區之主筋，發生過早或非預期之挫屈與破壞。第四節. 建議箍筋設計公式對 b / t f 使用限制之探討. 為探討本研究所建議 SRC 柱箍筋之設計公式，於鋼骨翼板寬厚比 ( b / t f )之使用限制，將直接選取 SRC 柱試體鋼骨翼板之寬厚比為參數，在此規劃 5 支 BOT 系列 SRC 短柱試體，並固定鋼骨斷面深度 ( d = 450mm )、鋼骨翼板寬度( b f = 200mm )、鋼骨腹板厚度( t w = 10mm )、測試區箍筋配置(按 AISC 對箍筋之需求設計)與箍筋間距( s = 12cm )，而將試體鋼骨翼板之寬厚比( b / t f = b f / 2t f )規劃由 4.0、6.0、8.0、10.0 至 12.0，相對應試體之編號為 BOT04-AISC、BOT06-AISC、BOT08-AISC、 BOT10-AISC 與 BOT12-AISC，分別表示鋼骨翼板厚度為 25mm、 16.7mm、12.5mm、10.0mm 與 8.3mm，各試體之細部說明，請參見表 4-8 所示。本研究亦利用前述所增設 2 支 RC-BR 系列之 RC 短柱試體，即 RC-R16-ACI（16 根主筋＃8-SD420）與 RC-R32-ACI（32 根主筋＃ 8-SD420）各 1 支，其縱向鋼筋比分別為 0.026 與 0.052；試體量測區箍筋配置之需求，依 ACI318-05 規範於耐震設計對矩形閉合箍筋量之規定，於柱核心外圍採用 1 支＃4-SD420 之橫箍筋，另於水平斷面內，各再配置 2 支＃4-SD280 之繫筋，量測區箍筋間距亦均固定為 12 公分，以做為合理評估 SRC 柱試體強度與韌性之用，試體細部說明，同前請參見表 4-7 所示。同樣地，於 RC 柱試體上下兩端之非量測區，則配置較密之橫箍筋，以抑制試體兩端非量測區之主筋，發生過早或非預期之挫屈與破壞。. 18.

(38) 第四章試體之規劃與設計. 表 4-1. SRC 短柱試體編號與細部尺寸鋼. 試體系列. D. 骨. 筋. 主筋. 軸向標稱強度. 配筋. Pno (×1.5). hc tw. 5.0. 20.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 4.3. 14.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 4.3. 14.5 (D10)@12. 2.8. 12-#8. 4.3. 14.5 (D10)@12. 4.2. 12-#8. D336-HP04-28. 4.3. 14.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. D336-HP04-42. 4.3. 14.5 (D13)@12. 4.2. 12-#8. D260-AISC. 4.0. 10.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. D260-HP03-42. 4.0. 10.5 (D10)@12. 4.2. 12-#8. 4.0. 10.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 4.0. 10.5 (D13)@12. 4.2. 12-#8. 4.0. 10.5. 2.8. 12-#8. 8.8. 21.0 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 5.0. 20.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 5.0. 20.5 (D10)@12. 2.8. 12-#8. 5.0. 20.5 (D10)@12. 4.2. 12-#8. BF200-HP04-28. 5.0. 20.5 (D13)@12. 2.8. 12-#8. BF200-HP04-42. 5.0. 20.5 (D13)@12. 4.2. 12-#8. BF141-AISC. 2.4. 19.6 (D13)@12. 2.8. 12-#8. BF141-HP03-28. 2.4. 19.6 (D10)@12. 2.8. 12-#8. 2.4. 19.6 (D13)@12. 4.2. 12-#8. BF141-HP04-28. 2.4. 19.6 (D13)@12. 2.8. 12-#8. BF141-HP04-42. 2.4. 19.6 (D13)@12. 4.2. 12-#8. 斷面尺寸. D450-AISC. 2H 450×200×10×20. 斷面積. As ( ρ s ) 241.0 (0.077). D336-HP03-28. D. 箍. 筋. b tf. 試體編號. D336-AISC. D. 鋼. D336-HP03-42 2H336×200×10×23. D260-HP04-28. 2H260×200×10×25. D260-HP04-42. 241.0 (0.077). 241.0 (0.077). D260-HP44-28. BF BF263-AISC. 2H450×263×10×15. 240.8 (0.077). BF200-AISC BF200-HP03-28 BF BF200-HP03-42 2H450×200×10×20. BF BF141-HP03-42 2H450×141×10×29. 241.0 (0.077). 241.0 (0.077). 配筋. (D13+D13) @12. 強度. Fyh. 1774 (2660). 1774 (2660). 1774 (2660). 1773 (2660). 1774 (2660). 1774 (2660). BF BF060-AISC. 2H450×60×10×76. 241.0 (0.077). 0.4. 14.9 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 1774 (2660). BF BF028-AISC. 2H450×27.6×10×211.2. 240.8 (0.077). 0.1. 1.4 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 1773 (2660). BOT BOT04-AISC. 2H450×200×10×25. 279 (0.089). 4.0. 20.0 (D13)@12. 2.8. 12-#8. 1898 (2846). 19.

(39) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. BOT06-AISC. 2H450×200×10×16.7. 215.9 (0.069). 6.0. 20.8. 12-#8. 1692 (2538). BOT08-AISC. 2H450×200×10×12.5. 184 (0.059). 8.0. 21.3. 12-#8. 1588 (2381). BOT10-AISC. 2H450×200×10×10. 165 (0.053). 10.0 21.5. 12-#8. 1526 (2288). BOT12-AISC. 2H450×200×10×8.3. 152.1 (0.048). 12.0 21.7. 12-#8. 1484 (2225). （資料來源：本研究規劃）. 表 4-2 試體系列. RC 短柱試體編號與細部尺寸. 柱斷面尺寸. 主筋數量-型號(強度) ( ρr ). RC-R32-ACI. 56×56. RC-R16-ACI. 56×56. 試體編號. 實際測試區箍筋配置. 軸向標稱強度. 外箍. 內箍. 間距. 32-#8(SD420) (0.052). 2-#4(SD420). 2-#4(SD280). 12. 1389 (2084). 16-#8(SD420) (0.026). 2-#4(SD420). 2-#4(SD280). 12. 1068 (1602). Pno (×1.5). RC. （資料來源：本研究規劃）. 20.

(40) 第四章試體之規劃與設計. 表 4-3. BF 系列試體編號與細部尺寸鋼. 試體系列. 試體編號. SRC 斷面. 骨. 斷面尺寸. 箍筋測試區配筋. 斷面積 As ( ρ s ). 配筋. 設計規定. 強度 p pro. F yh. p AISC. BF BF263-AISC. 56×56. 2H 450×263×10×15. 240.8 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. BF BF200-AISC. 56×56. 2H 450×200×10×20. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. BF BF141-AISC. 56×56. 2H 450×141×10×29. (D13)@12. 2.8. 0.59. BF BF060-AISC. 56×56. 2H 450×60×10×76. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. BF BF028-AISC. 56×56. 2H 450×27.6×27.6×211.2. 240.8 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. p AISC. 241.0 (0.077). 測試區段面. =0.61. （資料來源：本研究規劃）. 21.

(41) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 表 4-4 鋼試體系列. 試體編號. SRC 斷面. D 系列試體編號與細部尺寸骨. 斷面尺寸. 箍筋測試區配筋. 斷面積 As ( ρ s ). 配筋. 設計規定. 強度 p pro. F yh. p AISC. D. D450-AISC. 56×56. 2H 450×200×10×20. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. D. D336-AISC. 56×56. 2H 336×200×10×23. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. D. D260-AISC. 56×56. 2H 260×200×10×25. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. 0.61. （資料來源：本研究規劃）. 22. 測試區段面.

(42) 第四章試體之規劃與設計. 表 4-5 鋼試體系列. 試體編號與細部尺寸. 骨. 箍測試區配筋. 試體編號斷面尺寸. 配筋 ( Fyh ). p pro.. (D10)@12 (SD280). 0.33. D336-HP03-42. (D10)@12 (SD420). 0.50. 2H336×200×10×23. 241.0 (0.077). D336-HP04-28. (D13)@12 (SD280). 0.59. D336-HP04-42. (D13)@12 (SD420). 0.89. (D10)@12. D260-HP03-42. (SD420). 0.59. (D13)@12 (SD420). 0.89. D260-HP44-28. (D13+D13) @12 (SD280). 1.19. BF200-HP03-28. (D10)@12 (SD280). 0.33. (D10)@12 (SD420). 0.50. 2H260×200×10×25 D260-HP04-42. 241.0 (0.077). BF200-HP03-42 BF. 2H450×200×10×20. 241.0 (0.077). BF200-HP04-28. (D13)@12 (SD280). 0.59. BF200-HP04-42. (D13)@12 (SD420). 0.89. BF141-HP03-28. (D10)@12 (SD280). 0.33. BF141-HP03-42. (D13)@12 (SD420). 0.50. BF. 2H450×141×10×29. 範. 241.0 (0.077). p SRC −TW. 規. 定. 修. p AISC p mod .1. 正. 建. 議. p mod .2. p mod .3. p mod .4. (矩形). (直線). (圓弧). (直角). 0.79. 0.61. 0.91. 0.85. 0.87. 0.88. 0.79. 0.61. 1.11. 1.08. 1.08. 1.08. 0.79. 0.61. 0.53. 0.43. 0.51. 0.57. 0.79. 0.61. 0.62. 0.58. 0.70. 0.79. 0.50. (D13)@12 (SD280). D260-HP04-28 D. 規. 斷面積. As ( ρ s ). D336-HP03-28. D. 筋. BF141-HP04-28. (D13)@12 (SD280). 0.59. BF141-HP04-42. (D13)@12 (SD420). 0.89. （資料來源：本研究規劃）. 23.

(43) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 表 4-6. 圍束箍筋配置與細部尺寸鋼. 試體系列. 試體編號. SRC 斷面. 骨. 斷面尺寸. 箍筋測試區配筋. 斷面積 As ( ρ s ). 配筋. 強度 p pro. F yh. BF200-HP03-28 56×56. 2H 450×200×10×20. 241.0 (0.077). (D10)@12. 2.8. 0.33. BF200-HP03-42 56×56. 2H 450×200×10×20. 241.0 (0.077). (D10)@12. 4.2. 0.50. BF200-HP04-28 56×56. 2H 450×200×10×20. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. BF200-HP04-42 56×56. 2H 450×200×10×20. 241.0 (0.077). (D13)@12. 4.2. 0.89. BF BF141-HP03-28 56×56. 2H 450×141×10×29. 241.0 (0.077). (D10)@12. 2.8. 0.33. BF. （資料來源：本研究規劃）. 24. 測試區段面.

(44) 第四章試體之規劃與設計. 表 4-6. 圍束箍筋配置與細部尺寸（續）鋼. 試體系列. 試體編號. SRC 斷面. 骨. 斷面尺寸. 箍筋測試區配筋. 斷面積 As ( ρ s ). 配筋. 強度 p pro. F yh. BF141-HP03-42 56×56. 2H 450×141×10×29. 241.0 (0.077). (D10)@12. 4.2. 0.50. BF BF141-HP04-28 56×56. 2H 450×141×10×29. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. BF141-HP04-42 56×56. 2H 450×141×10×29. 241.0 (0.077). (D13)@12. 4.2. 0.89. D336-HP03-28. 56×56. 2H 336×200×10×23. 241.0 (0.077). (D10)@12. 2.8. 0.33. D336-HP03-42. 56×56. 2H 336×200×10×23. 241.0 (0.077). (D10)@12. 4.2. 0.50. 測試區段面. D. （資料來源：本研究規劃）. 25.

(45) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 表 4-6. 圍束箍筋配置與細部尺寸（續）鋼. 試體系列. 試體編號. SRC 斷面. 骨. 斷面尺寸. 箍筋測試區配筋. 斷面積 As ( ρ s ). 配筋. 強度 p pro. F yh. D336-HP04-28. 56×56. 2H 336×200×10×23. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. D336-HP04-42. 56×56. 2H 336×200×10×23. 241.0 (0.077). (D13)@12. 4.2. 0.89. D260-HP03-42. 56×56. 2H 260×200×10×25. 241.0 (0.077). (D10)@12. 4.2. 0.50. D260-HP04-28. 56×56. 2H 260×200×10×25. 241.0 (0.077). (D13)@12. 2.8. 0.59. D260-HP04-42. 56×56. 2H 260×200×10×25. 241.0 (0.077). (D13)@12. 4.2. 0.89. D. D. （資料來源：本研究規劃）. 26. 測試區段面.

(46) 第四章試體之規劃與設計. 表 4-6. 圍束箍筋配置與細部尺寸（續）鋼. 試體系列. D. 試體編號. D260-HP44-28. SRC 斷面. 56×56. 骨. 斷面尺寸. 2H 260×200×10×25. 箍筋斷面積 As ( ρ s ). 測試區配筋配筋. 強度 p pro. F yh. 241.0 (D13+D13) 2.8 @12 (0.077). 測試區段面. 1.19. （資料來源：本研究規劃）. 27.

(47) RC 系列試體編號與細部尺寸. 主筋試體編號. 箍筋實際測試區箍筋配置. 總斷面積數量. Ar ( ρ r ). 外箍. 內箍. 強度 F yh. 規範值 Ash F yh s. 間距. p ACI. (t/cm). 162.24 RC-B32-ACI 32-#8(SD420). (0.052). 2-#4(SD420). 2-#4(SD280). 4.2/2.8. 1.48. 12. 1.51. 81.12 RC-B16-ACI 16-#8(SD420). （資料來源：本研究規劃）. 28. (0.026). 2-#4(SD420). 2-#4(SD280). 4.2/2.8. 1.48. 12. 測試區段面. 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 28. 表 4-7.

(48) 第四章試體之規劃與設計. 表 4-8. BOT 系列試體編號與細部尺寸鋼. 試體系列. BOT. 試體編號. 骨. 箍筋測試區配筋. 變化參數. 斷面尺寸. 斷面積 As ( ρ s ). 測試區段面配筋. BOT04-AISC. b = 4.0 tf. BOT06-AISC. b = 6.0 2H 450×200×10×16.7 215.9 tf (0.069). BOT08-AISC. b = 8.0 2H 450×200×10×12.5 184 tf (0.059) (D13)@12. BOT10-AISC. b = 10.0 tf. BOT12-AISC. b = 12.0 2H 450×200×10×8.3 152.1 tf (0.048). 2H 450×200×10×25. 2H 450×200×10×10. 強度 F yh. p pro.. 2.8. 0.59. 279 (0.089). 165 (0.053). （資料來源：本研究規劃）. 29.

(49) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 圖 4-1. SRC 短柱試體縱剖面之配置圖（資料來源：本研究規劃）. 30.

(50) 第四章試體之規劃與設計. 圖 4-2. RC 短柱試體縱剖面之配置圖（資料來源：本研究規劃）. 31.

(51) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 照片 4-1. MTS3000 噸萬能試驗機. （資料來源：本研究拍攝）. 32.

(52) 第五章材料與試體試驗方法之規劃. 第五章. 材料與試體試驗方法之規劃第一節. 材料試驗方法之規劃. 未來將對於試體使用之鋼板、鋼筋與混凝土等材料，規劃進行其基本力學性質之試驗。鋼板部分將由與試體同一爐號之材料，切取鋼板拉力試片，並依據 CNS 金屬材料拉力試驗之規定，進行試片之製作與試驗。主筋與箍筋亦取與試體同批之鋼筋，進行拉力試驗。混凝土強度部份，在灌製試體同時，另製作標準圓柱試體，以求得實際混凝土之抗壓強度，其相關之實驗規劃如下：一、鋼板拉伸試驗：試體採用鋼板之種類，皆規劃為標稱降伏強度3500 kgf / cm 2 之 ASTM A572 Gr.50鋼材，並依CNS 2112「金屬材料拉伸試驗試片」與CNS 2111「金屬材料拉伸試驗法」之規定，製作鋼板拉伸試片與進行相關拉伸試驗，未來將於本所材料實驗中心所購置之300噸萬能材料試驗機，進行鋼板之拉伸測試。二、鋼筋抗拉試驗：試體箍筋預計使用D10(＃3)與D13(＃4)等兩種號數，鋼材種類則為SD420或SD280，縱向鋼筋均使用D25(＃8)，鋼材種類則為 SD420。鋼筋拉伸試驗須依循CNS 560「鋼筋混凝土用鋼筋」、CNS 2112「金屬材料拉伸試驗試片」與CNS 2111「金屬材料拉伸試驗法」等相關之規定，製作鋼筋式樣與進行相關拉伸試驗，未來亦將於本所材料實驗中心所購置之300噸萬能材料試驗機，進行相關之測試。三、混凝土圓柱試體抗壓實驗：有關混凝土圓柱試體之抗壓實驗，將依據CNS 1232「混凝土圓柱試體抗壓強度檢驗法」或ASTM C39/C39M-01之規定辦理，未 33.

(53) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 來同樣以300噸萬能材料試驗機，進行相關之測試。混凝土圓柱試體於試驗之前，將先以石膏蓋平於圓柱試體之頂部，待石膏乾硬後，再將圓柱試體移至材料試驗機，進行抗壓強度試驗。第二節. 試體試驗方法之規劃. 本節將介紹本研究預計進行 SRC 及 RC 柱試體試驗方法之規劃，在此將分就試體之安裝與定位、量測系統之安排與試驗加載程序之規劃等部份，分述如下：一、試體之安裝與定位：本研究將預先於試體非量測區之側邊兩方向，預先將吊耳銲接鋼骨翼板於腹板方向之對側，以利將試體平穩吊放於試驗台車之上方，待預先準備之五金釦件將試體固定於台車上部端板之後，利用台車設備之輸送功能，將試體送入MTS 3000噸萬能試驗機內之中央位置，詳如圖5-1~圖5-3所示，並以預先架設於試驗機兩側之經緯儀或雷射定位儀，協助試體定心作業之進行。試體於對準試驗之中心位置後，為確保SRC短柱試體受到均勻的軸壓力，將試體頂部端板之灌漿孔，覆以預留之圓形鋼板，再澆置做為蓋平用之石膏，蓋平前需注意頂部混凝土與鋼骨之平整，如有不平處使用砂輪機使之磨平，圓形鋼板蓋平後再加上一塊與頂部端板尺寸相同之鋼板，再予以石膏蓋平，蓋平時需使用氣泡水準儀檢查校正使頂部能保持水平，待石膏凝固後再進行試驗。. 34.

(54) 第五章材料與試體試驗方法之規劃. 承座垂直向調整機制承座重直向調整機承座水平向調整機制承座水平向調整機制運載台車本體. 軌道. 輪座組（含驅動系統）. 圖 5-1. 台車設備之立面透視圖. （資料來源：本研究規劃）. 圖 5-2. 台車設備裝載時之側視圖. （資料來源：本研究規劃）. 35.

(55) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 圖 5-3. 台車設備裝載時之正視圖. （資料來源：本研究規劃）. 二、量測系統之安排：有關試體實驗數據之獲得，主要除了有MTS大型力學試驗機所紀錄載重與位移之數據外，預計於試體量測區內部主筋與箍筋之內側表面，各黏貼一只單軸應變計，以觀察主筋受壓與箍筋發揮圍束之力學行為；另於量測區兩方向鋼骨腹板側壁，各黏貼一只三軸應變計，藉以量測鋼骨腹板承載時，於垂直與水平方向應力與應變之變化情形，並觀察鋼骨腹板之受力行為，有關SRC與 RC柱試體應變計之配置範例，請參考圖5-4~圖5-6所示。另外，分別於試體外部測試區與試體全長之範圍，於其兩相對角之方向，對稱設置2組衝程為±5 cm之位移計(LVDT)，有關試體位移計之配置範例，請參考圖5-7所示，以量測測試區與試體全長之變位量，作為展現柱試體力學行為與評估韌性之參據。. 36.

(56) 第五章材料與試體試驗方法之規劃. 三、試驗加載程序之規劃：本試驗將採用本所材料實驗中心3000噸萬能試驗機，試驗進行採位移控制(Displacement Control)之方式，對試體施加單方向軸向之載重，以控制當實驗輸出力達試體之極限載重後，仍能夠穩定的繼續擷取資料。預計行程速率控制為0.03mm/sec，試驗進行期間必須確保加載速率保持一致，大約在每增加載重300噸時停住試驗機，進行裂縫之觀察與拍照紀錄等。預計當試體強度衰減至極限強度70%時，即停止試驗。. 圖 5-4. D260-AISC 試體應變計之配置示意（資料來源：本研究規劃）. 37.

(57) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 圖 5-5. D450-AISC 試體應變計之配置示意（資料來源：本研究規劃）. 圖 5-6. RC-R16-ACI 試體應變計之配置示意（資料來源：本研究規劃）. 38.

(58) 第五章材料與試體試驗方法之規劃. 圖 5-7. 試體位移計之配置示意. （資料來源：本研究規劃）. 39.


(60) 第六章結論與建議. 第六章. 結論與建議. 第一節. 結論. 本研究嘗試規劃以大尺寸(56×56cm)包覆十字型 SRC 短柱試體，為研究探討之對象，以瞭解 SRC 短柱試體之破壞模式與軸向受力行為，並針對 SRC 柱圍束箍筋需求之設計法，進行相關合理性之檢討。對於 SRC 短柱試體設計參數之規劃，則包括鋼骨翼板寬厚比、鋼骨斷面深度、鋼骨提供之圍束效應，以及圍束混凝土之箍筋需求，分就探討美國 AISC 設計規定之合理性、驗證建議設計公式之正確性，以及探討建議公式對 b / t f 之使用限制等，進行一系列之探討與相關試體之規劃。本研究所規劃 56×56cm 包覆十字型 SRC 之短柱試體，其最大可能之標稱強度為 1,898 噸，倘若再考慮實際鋼板、鋼筋與混凝土材料之試驗強度之變異性，因此短柱試體整體之最大抗壓強度，可能高達 2,846 噸，為 3000 噸萬能試驗機最大承載容量的 95%，未超過其最大承載容量，因此尚屬可行。本(96)年度原規劃進行 31 支 56×56cm SRC 短柱試體之試驗，惟目前囿限於本所建築材料實驗中心土建工程，至今尚未正式取得使用執照，且 3000 噸萬能試驗機之延宕啟用，與實驗室尚無法提供足夠供實驗材料推放與試體製作之空間，使得本研究原預計實驗部份與結果分析之計畫工作，必須配合修正與調整。明(97)年度配合本所建築材料實驗中心暨 3000 噸萬能試驗機之正式啟用，將另案賡續進行 SRC 短柱試體之製作、試驗與分析，評估各項實驗參數對 SRC 短柱試體軸向強度與韌性之影響，並研提對 SRC 構造於柱橫向箍筋需求之設計條款。. 41.

(61) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 第二節. 建議. 建議一辦理包覆 I 型等不同斷面 SRC 柱大尺寸實體試驗：立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所建議未來可進一步以包覆 I 型或包覆 T 字型斷面之 SRC 柱，以及填充型或包覆填充型鋼管混凝土柱等斷面（請參見圖 6-1 與圖 6-2 所示），規劃大尺寸柱之實體試驗，藉以瞭解其破壞模式與軸向受力行為。建議二建立次圍束與高圍束混凝土應力與應變關係模型：立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所建議未來可針對混凝土之次圍束效應與高圍束效應，建立更為合理應力與應變關係之解析模型，並比較其預測模型與實驗結果之ㄧ致性。建議三因應研究人力與腹地不足，儘速提出書面規劃：立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：內政部建築研究所為因應本所建築材料實驗中心研究人力與腹地不足之問題，宜儘速針對試驗裝置設定、試驗整備與人力動員之計劃，提出適當且可行之書面規劃。建議四儘速研擬試驗流程、人員防護與機具安全之對策：立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所. 42.

(62) 第六章結論與建議. 協辦機關：內政部建築研究所為因應試驗機能量之提高，試體規模之擴大，以及實驗經驗之不足，建議應儘速就試體之製作與安裝、測計之架設與安排、試驗加載流程與試體撤移等步驟，加強防護人員與機具安全之措施，並瞭解可能面臨之勞安法令規定與要求，研擬具體之對策。. (a) 包覆 I 型 SRC 柱. (b) 包覆十字型 SRC 柱. (c) 包覆 T 字型 SRC 柱. 圖 6-1. 包覆型 SRC 柱斷面. 43.

(63) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. (a) 填充型鋼管混凝土柱. (b) 包覆填充型鋼管混凝土柱. 圖 6-2. 44. 鋼管混凝土柱斷面.

(64) 附錄. 附錄. 歷次審查之會議紀錄. -------------------------------------------------------------------------------------. 本所 96 年度第四次研究業務協調會議紀錄一、日期：96 年 3 月 26 日（星期一）上午 9 時正二、地點：本所簡報室三、主持人：何所長明錦四、記錄：李其中、陶其駿、郭清香、李台光五、宣讀上次會議紀錄。六、自行研究計畫簡報：（略）七、綜合討論：（略）。八、會議結論：（三）「實尺寸鋼骨鋼筋混凝土(SRC)柱受軸力行為之研究」案： 1.有關研究目的之掌控，應明確且具體可行，並於做妥更深入之文獻回顧後，再確定相關試體之規劃。 2.有關試體數量之規劃，應就整體之研究期程與實驗能量，再進行更審慎之評估。 3.相關試驗所需之夾具、台車等設備之規劃，應考量組內年度預算之編列額度，確實掌控採購期程。 4.請瞭解有關鋼骨鋼筋混凝土結構，於 ACI Code 與 ISO 規範之相關規定，並適度反應於後續之研究內容。 5.SRC 是否確可結合 S 與 RC 兩種構造之優點與特性，或適得其反，建議可納入研究印證。九、散會：11 時 40 分。. 45.

(65) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 內政部建築研究所 96 年度「大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土 (SRC)柱受軸力行為之研究」、「大尺寸鋼筋混凝土柱繫筋搭接技術之研發」等 2 自辦研究案期中審查會議紀錄一、日期：96 年 9 月 3 日（星期一）下午 2 時 30 分二、地點：本所簡報室三、主持人：王組長榮進四、記錄：林谷陶五、簡報內容：（略）。六、綜合討論意見：（一）大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之規劃研究： 1.邱顧問昌平 (1)本研究擬進行大尺寸方形斷面 56cm×56cm、長 165cm 鋼骨鋼筋混凝土柱之載重試驗，並以利用材料實驗中心 3000 噸萬能試驗機為主要目的，其研究方向及預期成果皆大致正確，惟細節仍須檢討。 (2)期中報告表 3-3 所提 D260-AISC 試體鋼骨翼板間之空隙太小，即使銲接成型之施工可行（小試體可行，但實際柱有困難），混凝土之澆置仍有困難。圖 3-1 試體之製作精確度控制不易，宜考慮施工性與加載傳力之確實性，進一步改善之。 (3)在 3000 噸試驗機及周邊設施尚未完備前，建議可規劃先做小尺寸或單變數之前置試驗。 2.廖教授文義 (1)本案研究方法與文獻回顧之內容豐富，對於未來進行之參數探討，及實驗規劃均為完善，符合期中要求之預期 46.

(66) 附錄. 結果。 (2)本研究預期之研究成果，將對於未來鋼骨鋼筋混凝土柱設計及施作之改進，將有相當之助益。 (3)柱試體柱頂部與底部之箍筋為#4 間距為 5cm，將來須特別注意施工之品質，將可能影響試驗之結果。 (4)期中報告中所提之理論模型 Mod.1 及 Mod.4 是否合理，可再進一步討論。 (5)將來討論韌性容量時，何謂降伏強度與極限強度，宜有明確之定義。 (6)建議未來 3 至 5 年後續研究之規劃，可朝高強度混凝土（如≧6000 psi）之應用探討。 3.李教授宏仁 (1)本案研究目的明確，試體設計合理可行，應可達成預期研究之目標，惟部分鋼骨斷面之型式，於實務施工上有困難，建議應敘明為純研究之用。 (2)期中報告中圖 3-1 有關試體剖面之配置圖，應考慮預埋鐵件之細部，並應避免保護層剝落影響量測之精度；對於外部位移量之量測計畫，亦宜及早規劃。 (3)有關試體吊裝計畫宜預先規劃，或可考慮採外部夾具之吊裝方式。 4.詹教授添全 (1)如何訂定尺寸效應之影響參數，與軸力之關係圖如何表示，建議予以釐清。 (2)短柱試驗改變鋼骨翼板寬厚比(b/tf)之影響，是否會影響柱之細長比(L/r)，建議予以釐清。 (3)建議宜再確認實驗試體之尺寸，與國內可見型鋼尺寸與型號，是否相符？ (4)於研究業務協調會議紀錄第 4、5 點之建議，應再予以納 47.

(67) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 入考量，並應確實掌握進度，妥為因應結案之時間。 5.陳教授正誠 (1)包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱橫向鋼筋量之需求，不但是工程實務上的問題，也是一個相當好的學術性研究課題，值得積極推動。 (2)試體數量頗大，恐不易在 96 年 12 月底前完成所有的試驗工作。 (3)研究題目宜指明為「包覆型」鋼骨鋼筋混凝土之短柱，另外「實尺寸」亦可考慮改為「大尺寸」。 6.中華民國土木技師公會全聯會. 凃技師泰成. (1)本研究案極具實用性，建議做更深入之探討與試驗，期能做出具體之成果，有利於預期成果之評估功能。 (2)國內陳正誠與翁正強等兩位教授，係為國內鋼骨鋼筋混凝土翹楚之學者專家，建議各項試驗之規劃設計，宜多向兩位教授請益，俾讓本研究之試驗成果，更具代表性。七、研究團隊回應（一）大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之規劃研究 (1)有關 D260 系列試體鋼骨翼版間隙過小之問題，本案後續研究將針對其施工可行性，再做進一步之評估。 (2)對於預埋吊裝鐵件之規劃，以及外部位移量測之計畫，將納入本案後續研究辦理。 (3)有關 ACI code 或 ISO 規範中，對鋼骨鋼筋混凝土柱圍束箍筋最小需求之檢討，將嘗試收集相關資料後，再行評估辦理。 (4)本案研究課題名稱「實尺寸鋼骨鋼筋混凝土(SRC)柱受軸力行為之研究」，配合與會專家學者之建議，修正為「大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之規劃研. 48.

(68) 附錄. 究」。八、會議結論：（一）本次 2 案期中審查原則通過，綜合討論及回應之意見請承辦同仁詳實記錄，請計畫研究團隊參採充實修正計畫內容，並納入成果報告。（二）請研究承辦同仁妥為因應期末結案之要求期程，如期繳交成果報告。九、散會：中午 12 時正. 49.

(69) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 內政部建築研究所 96 年度自辦研究計畫「大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究」與「繫筋細部對大尺寸鋼筋混凝土短柱行為影響之先期規劃研究」等 2 案期末審查會議紀錄一、日期：96 年 12 月 14 日（星期五）上午 9 時 30 分二、地點：本所簡報室三、主持人：王組長榮進四、記錄：林谷陶五、簡報內容：（略）。六、綜合討論意見：七、綜合討論：（依發言先後順序）（一）「大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究」案邱顧問昌平： 1.為因應 3000 噸萬能試驗機之啟用，未來將可供大型試體之實驗使用，進而規劃本研究之執行。本研究藉由國內外相關實驗資料與設計規範公式之探討，擬定一些實驗參數與規劃 31 支 SRC 短柱試體，以及兩支 RC 試體之細部設計，並完成材料與試體之試驗規劃，研究內容十分詳盡。 2.請再參照近期出刊之「結構工程」雜誌，兩篇有關 SRC 試驗之結果，並檢討 31 支試體之斷面細部（最有意義、施工可行的）。所有試體角隅皆採三根主筋，且設有ㄇ型輔助筋，是否最佳？另有關十字型鋼骨之深度達. 50.

(70) 附錄. 450mm，恐造成翼板與模板間之淨間距只剩 5cm，灌注混凝土則易生蜂窩，故可否將深度再減短一些？ 3. 2H 260×200×10×25 之五個試體，在銲接及灌漿之實務上有困難，可否規劃採不對稱十字型之斷面。陳教授正誠： 1.試體之規劃頗為完整，研究內容也相當豐富。 2.大型結構試驗需要不少經費及人力，試驗數據相當可貴，因此對於材料方面之試驗數據，應儘量週延嚴謹，建議提昇下列材料試驗之內容：(1)鋼筋及鋼材之拉伸試驗，應增加應力與應變關係之量測；(2)混凝土之壓力試驗，亦應增加應力與應變關係之量測。建築師公會全國聯合會. 蔡建築師光裕：. 1.試體總長為 171cm，小於試驗機最小可供實驗之尺度，故需藉台車補足高度，因此請考量台車之阻力損失，是否會影響試驗數據。 2.報告書第 15 頁第三段所述，於試體上、下兩端設置鋼骨翼板連接板，以防止兩端過早挫屈，但是否會因此導致中央量測區之應力集中而挫屈。 3.期末報告部分文字，尚有誤繕之情形，請注意校稿。結構技師公會全國聯合會林技師文宗： 1.後續計畫擬做箱形柱填充混凝土之試驗，建議亦可考慮柱內不灌漿之案例，此亦為國內實務界之所常用。 2.計畫中箍筋間距採用 12cm，建議亦考慮規範規定間距 15cm 之案例，或探討間距如再加大之影響。 3.本案係研究 SRC 柱箍筋量之計算，建議亦可研究鋼線網取代箍筋之案例，以及角隅繫筋對箍筋量之計算是否有效。 4.鋼骨翼板外緣保護層僅 5cm，除可能導致灌漿不易，以 51.

(71) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 及因箍筋緊貼鋼骨將影響握裹力外，恐將影響箍筋降伏強度之發揮。 5.環箍用於 SRC 柱時，除環箍一體外（實務上不易施工），其他如雙 L 型、或環箍彎？一端 90°等，是否會如 RC 柱一般發生挫屈之影響，其相關之替代方案，亦可列入研究。土木技師公會全國聯合會凃技師泰成： 1.試體長度之規劃，可否為 3 公尺左右，較符合工程實務之應用。 2.鋼骨與鋼筋配置之規劃，建議可增加國內教授實驗常見之斷面。 3.箍筋與繫筋配置之規劃，是否可考慮類似另案對箍筋與繫筋重要之配置，納入本案試體之規劃？又上、下各 1/3 部分加強配置箍筋與翼板連接板，是否可能影響未來之試驗結果。 4.有關試體之製作，建議儘量依慣例為之。 5.計畫案名稱中「短柱」一詞，似有混淆之虞，建議宜予修正。李教授宏仁（書面意見）： 1.肯定本案之實驗規劃與試體設計，詳實完整，應屬可行。 2.本案設計之試體數量眾多，且製作難度頗高，必須精密控制尺寸與間距。混凝土為直立式澆置，施工性與振動條件甚為重要，建議規劃試體可能的製作程序，模擬工程實務。 3.本案試體量測軸向應變所需之位移計或延伸計，必須用資料擷取器同步紀錄 MTS 3000 噸萬能試驗機之載重值，因此對於資料擷取規劃宜補強。廖教授文義（書面意見）： 52.

(72) 附錄. 1.本案之研究方法、文獻回顧與參數探討皆相當完善，符合預期要求，將來於研究計畫完成後，必能提供作為 SRC 柱設計或施工實務之重要參考，亦可產出不少學術論文。 2.混凝土施工之品質，將嚴重影響試驗結果，未來對於非同批澆置混凝土之強度控制，以及鋼筋？紮之施工品質，皆需嚴加監督施工。 3.因明年需完成 31 支柱之試驗及資料整理，需耗費極多之時間與人力，故對於圍束混凝土應力與應變模型之探討，建議可規劃於後(98)年度再進行，以避免壓縮時程而影響試驗品質。八、意見回覆情形：（一）「大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究」案 1.由於 D450 系列試體之鋼骨深度達 450mm，為恐造成翼板與模板間混凝土灌漿不易，惟本研究為維持探討試體參數之有效性，將考慮採以控制骨材最大粒徑，以及增加混凝土流動性之方式，克服試體蜂窩之產生，確保箍筋降伏強度之發揮。 2.有關鋼筋、鋼材與混凝土等材料應力與應變關係之量測，未來可考量納入後續研究中辦理。 3.有關試體長度之規劃，主要考量試體高寬比必須控制於 3.0 左右，若增加至 3 公尺以上，將可能發生非預期之挫屈破壞，而無法發揮柱之塑性行為。 4.本研究為降低因主筋過早發生挫屈之因素，可能對於短柱強度發揮之影響，仍考慮採用箍筋間距 12cm 之規劃。 5.台車設備於最大試驗載重下垂直應變之要求，係參照. 53.

(73) 大尺寸包覆型鋼骨鋼筋混凝土(SRC)短柱試體之先期規劃研究. 3000 噸萬能試驗機之變形規定，控制小於 1/2000，且要求於載重卸除後，台車仍不得存有殘餘變形之產生，已大幅降低影響試驗數據之可能。九、結論：（一）本次 2 案期末審查原則通過，綜合討論及回應之意見請承辦同仁詳實記錄，參採辦理妥予回應，並納入最後成果報告。（二）請研究承辦同仁確實配合期末結案之要求期程，如期繳交成果報告。十、散會：（下午 11 時 40 分）. 54.