建築構架含RC 牆之耐震性能研究- 非結構牆及槽縫牆行為
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(2) （國科會 GRB 編號） PG9702-0355 （本部研考資訊系統計畫編號） 097301070000G1016. 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 - 非結構牆及槽縫牆行為. 受委託者：國立雲林科技大學 研究主持人：李宏仁 研 究 員 ：朱瑞祥 研 究 助 理：陳永霖. 內政部建築研究所 委託研究報告 中華民國 97 年 12 月.
(3) 目次. 目 次. 表次 ........................................ III 圖次 .......................................... V 摘要 ......................................... IX 第一章 緒論.................................... 1 第一節 研究緣起與背景 .................... 1 第二節 研究目的 .......................... 3 第三節 研究方法 .......................... 4 第二章 文獻回顧................................ 7 第一節 蒐集之資料 ........................ 7 第二節 文獻分析 .......................... 8 第三章 實驗計劃................................15 第一節 試驗佈置 ..........................15 第二節 試體設計 ..........................22 第三節 試體製作 ..........................29 第四節 測試程序 ..........................36 第四章 實驗結果與討論..........................37 第一節 韌性構架 MF ......................37 Ⅰ.
(4) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 第二節 韌性構架含非結構牆 MFW ..........41 第三節 韌性構架含全槽縫牆 AS.............45 第四節 韌性構架含半槽縫牆 AI4 ............49 第五節 綜合檢討比較 ......................53 第五章 結論與建議..............................57 第一節 結論 ..............................57 第二節 建議............................ 58 附錄一 期中審查會議紀錄與意見回覆 .............59 附錄二 期末審查會議紀錄與意見回覆 .............65 附錄三 期中專家座談會紀錄與意見回覆 ...........69 附錄四 期末專家座談會紀錄與意見回覆 ...........71 參考書目 ......................................73 符號說明 ......................................77. Ⅱ.
(5) 表次. 表. 次. 表 2-1. 牆剪力強度預測值與實測值之比較................................. 10. 表 3-1. 韌性梁柱設計概要 ............................................................. 23. 表 3-2. 鋼筋抗拉試驗結果 ............................................................. 29. 表 3-3. 混凝土 28 天標準抗壓強度試驗結果............................... 29. 表 3-4. 層間變位與柱端控制位移轉換表..................................... 36. 表 4-1. 試體各階段割線勁度原始資料 ......................................... 55. 表 4-2. 試體各勁度對層間變位 0.25%正規化比較..................... 55. 表 4-3. 試體各勁度對第一迴圈正規化比較................................. 55. 表 4-4. 試體各勁度對韌性構架 MF 正規化比較......................... 55. Ⅲ.
(6) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. Ⅳ.
(7) 圖次. 圖. 次. 圖 1-1. 槽縫牆之耐震性能 ............................................................. 3. 圖 1-2. 本研究之測試佈置圖 ......................................................... 4. 圖 1-3. 試體規劃 ............................................................................. 5. 圖 1-4. 研究步驟 ............................................................................. 6. 圖 2-1. 低型牆剪力破壞模式 ......................................................... 9. 圖 3-1. 試驗佈置立面圖及平面圖 ................................................. 15. 圖 3-2. 制動器固定座詳圖 ........................................................ 16,17. 圖 3-3. 試體施力夾具詳圖 ............................................................. 18. 圖 3-4. 反力座詳圖 ......................................................................... 19. 圖 3-5. 試體面外側撐及施力夾具立體裝置圖............................. 20. 圖 3-6. 試體面外側撐設計圖 ................................................... 20,21. 圖 3-7. MF 試體標準抗彎構架...................................................... 22. 圖 3-8. 梁柱斷面細部 ..................................................................... 23. 圖 3-9. MF 試體梁柱產生塑鉸之剪力.......................................... 25. 圖 3-10 牆體配筋圖 ....................................................................... 26 圖 3-11 槓鈴斷面 ........................................................................... 26 圖 3-12 試體規劃與開槽縫細部 ................................................... 27 V.
(8) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 3-13 構架加全槽牆 AS 槽縫錯置設計.................................... 27 圖 3-14 位移計架設圖 ................................................................... 28 圖 3-15 摩擦銲接錨錠物 ............................................................... 29 圖 3-16 鋼筋磨平及刨光 ............................................................... 30 圖 3-17 應變計加工完成 ............................................................... 30 圖 3-18 梁柱主筋應變計黏貼位置 ............................................... 30 圖 3-19 基座模板整平 ................................................................... 31 圖 3-20 柱筋、牆筋及 PVC 管安插............................................. 32 圖 3-21 基座灌漿 ........................................................................... 32 圖 3-22 柱筋綁紮 ........................................................................... 32 圖 3-23 預埋桿件及鋼管 ............................................................... 33 圖 3-24 預埋螺帽 ........................................................................... 33 圖 3-25 預埋牙條 ........................................................................... 33 圖 3-26 第一批試體 ....................................................................... 33 圖 3-27 第二批試體 ....................................................................... 34 圖 3-28 試體 AS 槽縫圖 ................................................................ 34 圖 3-29 試體 AI4 槽縫圖............................................................... 34 圖 3-30 試體施作流程圖 ............................................................... 35 圖 3-31 層間變位角關係圖 ........................................................... 36 VI.
(9) 圖次. 圖 3-32 施載程序 ........................................................................... 36 圖 4-1. MF 構架側力-變位遲滯迴圈 ............................................ 38. 圖 4-2. MF 試體層間變位 0.25% pull(3rd)之照片....................... 39. 圖 4-3. MF 試體層間變位 1.5% push(1st)之照片........................ 39. 圖 4-4. MF 試體層間變位 4.0% 實驗結束之照片...................... 40. 圖 4-5. MF 構架側力-變位包絡線 ................................................ 40. 圖 4-6. MFW 構架側力-變位遲滯迴圈 ........................................ 42. 圖 4-7. MFW 試體層間變位 0.25% push(1st)之照片.................. 43. 圖 4-8. MFW 試體層間變位 0.75% pull(3rd)之照片................... 43. 圖 4-9. MFW 試體層間變位 1.5% push(1st)之照片.................... 44. 圖 4-10 MFW 構架側力-變位包絡線 .......................................... 44 圖 4-11 AS 構架側力-變位遲滯迴圈............................................ 46 圖 4-12 AS 試體層間變位 0.25% pull(3rd)之照片...................... 47 圖 4-13 AS 試體層間變位 1% pull(3rd)之照片........................... 47 圖 4-14 AS 試體層間變位 3% push(1st)之照片 .......................... 48 圖 4-15 AS 構架側力-變位包絡線................................................ 48 圖 4-16 AI4 構架側力-變位遲滯迴圈 .......................................... 50 圖 4-17 AI4 試體層間變位 0.25% pull(3rd)之照片 .................... 51 圖 4-18 AI4 試體層間變位 0.5% pull(1st)之照片 ....................... 51 VII.
(10) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 4-19 AI4 試體層間變位 3% 實驗結束之照片 ...................... 52 圖 4-20 AI4 試體側力-變位包絡線比較 ...................................... 52 圖 4-21 各試體側力-變位包絡線比較.......................................... 53. VIII.
(11) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：建築構架、鋼筋混凝土牆、槽縫牆 一、研究緣起 國內之建築耐震設計慣用抗彎韌性構架系統，但構架內含的 RC 非結構 牆具有剛度大而韌度差之特性，可能會導致中度地震時牆體明顯破損，大地 震時甚至妨礙構架發揮預期的韌性，導致地震力超過預期造成基底柱與或基 礎損壞，危及整棟建築安全。為免除此一疑慮，可選擇使用結構牆提升結 構勁度，但基底剪力隨之提高，或選擇將剛性牆體與柔性構架間作槽 縫切割回填彈性填縫材，但其施工細部需妥善處理以免漏水，這是國 內業界所關心的研究課題。 本 計 畫 以 內政部建築研究所建築材料實驗室反 力 牆 及 強 力 地 板 為 基 礎，規劃 200 噸制動器之測試佈設，執行實尺寸含牆構架受側力反復載重 試驗，測試建築構架內含 RC 非結構牆及槽縫牆之行為，探討建築構架 含牆之層間變形能力、耐震性能及破壞機制，俾利業界作建築結構設計參據， 相關建議可使建築設計規範更趨完善。 二、研究方法及過程 1.. 蒐集彙整國內外有關含 RC 牆構架資料：RC 非結構牆屬低矮型，耐震行 為由剪力破壞主控，本計畫就國內外有關含 RC 牆構架之重要文獻、實驗 資料進行蒐集與彙整，並歸納最新研究成果與現況，以供參考。. 2.. 規劃含 RC 牆構架實驗：參考試體 2 座構架分別含 RC 非結構牆或不含牆， 對照試體 2 座構架含全槽縫或半槽縫牆。依照國內現行法規設計並使用業 界常用之非結構牆配筋。. 3.. 製作含 RC 牆構架試體及試驗夾持具：配合建築研究所建築材料實驗室 200 噸制動器、反力牆、及強力地板，設計固鎖鋼座、反力支承座、面 外滑動側撐及試體夾持扣件，並模擬實務製作實尺寸含 RC 牆構架試體。. 4.. 執行反復載重試驗評估含牆構架之耐震性能：以標準反復加載程序逐漸增 加層間變位角至 4%，探討建築構架含牆之層間變形能力、耐震性能及破 壞機制，並比對槽縫切割之效益，俾利業界作建築結構設計參據。 IX.
(12) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 三、重要發現 根據中華民國鋼結構協會委託永峻工程顧問有限公司所調查之作 「鋼骨建築非結構牆參考手冊」，由於金屬帷幕牆及預鑄帷幕牆的造價 高出傳統現場澆置的 RC 牆甚多，導致國內新建的鋼骨或鋼骨鋼筋混凝 土建築結構，反而大量採用高張力鋼網作為模版或面材在現場澆置 RC 非結構牆，這些場鑄 RC 非結構牆為脆性剪力主控的低型牆，其剛度大 韌度小之特性，除非作特別處理如開槽縫，或特別設計整體構架之剛 性，否則並不適用於鋼骨建築結構。此一方面的研究在國外甚少見， 必須由國內自行研究。 台灣地狹人稠，建築走向高層化是必然趨勢，日本經驗足堪借鏡。 然建築構架內含的 RC 非結構牆具有剛度太大而韌度不足之特性，對高 層建築構架而言，可能導致中度地震時牆體有明顯裂損，強烈地震時 構架無法發揮預期韌性，地震力超過設計預期，導致基底樓層柱或基 礎破壞，危及建築結構安全。因此，設計時如何考慮現場澆置的 RC 非 結構牆之剛度與韌度，或如何以槽縫減少 RC 非結構牆之剛度且提高其 韌度，是研究建築構架含 RC 非結構牆之重要課題。 RC 牆的抗側力行為與牆高寬比、厚度及配筋有關，通常高寬比大 於 2 的高型 RC 牆以撓曲破壞為主，高寬比小於 1 的低型 RC 牆以剪力 破壞為主，撓剪破壞介於之間。通常建築構架梁跨度寬大於柱高，一 般建築構架內含的 RC 非結構牆幾乎均為剪力破壞主控的低型 RC 牆， 對於多樓層建築構架而言，RC 牆受各樓層構架層間相對變形擠壓而有 對角壓力與張力，造成斜向剪力開裂與破損，偏向低型 RC 牆之破壞行 為。 921 地震後，新建的 RC 造或鋼骨混凝土造建築物均有作符合當代 耐震設計規範之韌性配筋，但填充於韌性構架中的 RC 牆常被視為非結 構牆而忽略，事實上，這些 RC 牆因高寬比小，為脆性剪力破壞主控元 件，其能承受之層間相對變形甚小，極易在中小地震中裂損，如欲降 低 RC 牆之剛性，或提高其忍受層間相對變形之能力，在構架與 RC 牆 間設置槽縫是可行的對策之一。 X.
(13) 摘要 本研究規劃 200 噸制動器之測試佈設包括固鎖鋼座、反力支承座、 面外滑動側撐及試體夾持扣件，將試體固鎖於強力地板上以制動器施加水 平反復載重至層間變位角 4%。規劃 4 座試體包括標準構架、含 RC 牆構架、 全槽縫牆構架、及半槽縫牆構架，根據實驗所得之載重變形能力及破壞行為， 整理觀察結果如下： 1.. 以現行耐震設計規範設計之標準韌性構架試體確可發展預期塑鉸，約 在層間變位角 1% 後發揮韌性，抗側力強度可維持至層間變位角 4% 而未有明顯衰減，耐震消能行為良好。. 2.. 含 RC 非結構牆之構架，因為牆體剪力破壞之影響，造成含牆構架抗 側力強度在層間變位角 1% 前達到最大值而開始迅速衰減，抗側力強 度大幅超出標準構架，韌性及耐震消能行為甚差。. 3.. 全槽縫構架試體將 RC 牆體左右及底部作全開切割，預留寬度容忍層 間變位角約 1.2%，當梁柱構架承受層間變位角 1.2% 時槽縫密合接觸 使牆體受力，抗側力強度介於兩座標準試體之間，三邊槽縫使牆體轉 為單曲率撓剪破壞，因此含全槽縫牆構架可維持側力強度至層間變位 角 4% 而未有明顯衰減，耐震行為良好。. 4.. 半槽縫構架試體將 RC 牆體三邊槽縫保留 1/3 與構架相連，且牆體鋼 筋仍與構架相連，同樣預留寬度容忍層間變位角約 1%，但因為鋼筋 仍然相連，故強度與韌度介於全槽縫牆與無槽縫之間，初期行為接近 含牆試體，但半槽處破壞後，行為趨向全槽縫試體。. 5.. 目前國內規範對於含 RC 非結構牆之設計條款尚待修正，這些 RC 牆 體承受層間變位角 0.5% 已有明顯破損，在中小地震時，這些 RC 非結構牆可能會開裂、破損、混凝土或磁磚飾材剝落，造成住戶 恐慌；在大地震時，這些 RC 非結構牆會牽制構架發揮其應有的 韌性，並導致過大的基底剪力危及建築構架安全，實為必須持續 檢討之，並據以建議規範作適當之調整。. 6.. 構架內含的 RC 非結構牆可忍受之層間變形角隨牆體高寬比而異，對 典型建築構架跨度設計時建議取 0.8%，此值對韌性構架而言太小，如 欲提昇牆的層間變形能力，使用三邊全開槽縫作法是可行的。. XI.
(14) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 四、主要建議事項 根據實驗觀察，本研究評估建築構架含 RC 牆之耐震行能，觀察非結構牆 及槽槽縫牆之行為，提出下列具體建議。 立即可行之建議－含牆構架相關耐震設計規範之修正建議。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：各國立大學建築、土木、營建相關科系 建築物耐震設計規範第 1.7 節結構系統，規定韌性抗彎矩構架具非結構牆 之韌性容量 R 值可取 4。第 2.17 節極限層剪力強度之檢核，對非結構 RC 牆無 適切規定。本實驗結果，顯示非結構 RC 牆會大幅增加基底剪力並牽制構架韌 性，因而建議應修正相關規範內容。但本研究收集之文獻與測試數量有限，尚 不足以客觀合理提出修訂條款，建議再增加後續研究，檢討非結構牆之側向強 度及變形能力，或作槽縫處理隔離降低牆的反應，以提升建築含牆構架之耐震 性能。 長期性建議－加強建研所實驗室含牆構架測試佈設系統。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：各國立大學建築、土木、營建相關科系 本研究規劃設計之側力加載佈設仍需持續補充，以提升內政部建研所建築 材料實驗室之能量，未來亦可接受業界委託測試不同含牆構架系統。 長期性建議－釐清不同含牆構架系統適用耐震設計規定之疑慮。 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：各國立大學建築、土木、營建相關科系 建築材料、工法不斷推陳出新，鋼骨或鋼筋混凝土結構使用不同外 牆或隔間牆新工法耐震性能之認定，常有疑慮。測試含牆構架之行為，並增修 相關法規，對於建築新工法之推動應有裨益。. XII.
(15) 摘要. ABSTRACT Keywords: building frames, reinforced concrete walls, slitted walls 1. Purpose In building frame structure systems, the infilled reinforced concrete walls have remarkable lateral resistance and stiffness, but poor ductility. These characteristics might cause significant damage which is not desired under a moderate earthquake. For a major earthquake, these infilled nonstructural walls would contribute large lateral resistance but also reduce the expected ductility of the frame. As a result, unexpected large base shear, which may damage the base columns and foundations, could threaten the safety of the building. 2. Method and Steps To increase the deformability of an infilled wall under large story drifts, using a three-side slitted wall is a viable option. This research project used a 200-ton actuator in the Laboratory of the Architecture and Building Research Institute to evaluate the seismic performance of building frame and frames infilled with reinforced concrete walls, slitted walls, and semi-slitted walls. The research studied the drift capacity and failure behavior of the infilled nonstructural walls with common domestic details. Specimens were designed to simulate a building frame and frames infilled with an RC wall, a slitted wall, and a semi-slitted wall. 3. Main Findings 1.The code-compliant moment resisting frame could develop anticipated plastic hinges after a drift of 1%. Excellent ductility could reduce the base shear and dissipate energy from earthquake excitations. 2.The infilled RC wall contributed remarkable lateral resistance but reduce the ductility significantly. 3.The three-side slitted wall resisted lateral load when the slit closed after a drift ratio of 1%, when yield of the column initiated. The strength and ductility of frame with slitted wall fall between the frame with and without infilled wall. 4.The semi-slitted wall still contributed large lateral resistance and reduces ductility to a certain degree. The failure behavior included sliding at wall-frame XIII.
(16) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 interface and diagonal shear damage. 5.Current seismic design provisions for the nonstructural wall infilled in a moment-resisting frame are not conservative. The infilled RC wall would be damaged under a lateral drift ratio of 0.5%, which might be introduced when a moderate earthquake attacks. The infilled RC wall would arise excessive base shear and result in unexpected damage at columns and foundations. It should be further studied to improve the design provisions in the near future. 6.The drift capacity of an infilled wall depends on its aspect ratio and details. For a typical building frame, a design drift ratio of 0.8% is recommended. However, this value is too small for a moment resisting frame for seismic design. The slitted wall can be a viable option to this problem. 4. Major Suggestion Short-Term Suggestion－The revision of the building frame infilled with RC walls. Major Office: Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office: The Civil, Architecture, or Construction Engineering Department, National University in Taiwan. There are several controversies in determining the ductile capacity R and ultimate shear capacity for building frame structure with infilled RC walls in the section 1.7 and 2.17 of Seismic Design Code, TOC. From the main findings of this research, the drift capacity as well as lateral resistance regards to the ductility ratio and the ultimate shear capacity should be further studied and addressed by the next edition of seismic design code for building structures. Long-Term Suggestion－Enhance the laboratory capacity of testing devices and accessory equipment of Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior. Major Office: Architecture and Building Research Institute, Ministry of Interior Associate Office: The Civil, Architecture, or Construction Engineering Department, National University in Taiwan. The laboratory capacity of ABRI should be further enhanced. Further studies for different walls infilled in steel or reinforced concrete frame are recommended. XIV.
(17) 摘要 A better laboratory capacity can help the building construction industry utilizing new and better construction methods. Long-Term Suggestion－Enhance the testing infrastructure in the laboratory of Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior. Major Office: Architecture and Building Research Institute Ministry of Interior Associate Office: The Civil, Architecture, or Construction Engineering Department, National University in Taiwan. More and more new construction materials are discovered and developed in the new century. How to comply to the specification for the using of new material of partition and external wall for the steel or reinforcement concrete building are always argued. Therefore, the researches for the structural frame with new type infilled wall are highly recommended for the safety and the developing of new construction materials purpose.. XV.
(18) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. XVI.
(19) 第一章 緒論. 第一章 緒 第一節. 論. 研究緣起與背景. 1999 年 921 地震時台灣既有的老舊鋼筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）結構表現不佳，民眾對於 RC 結構信心大減，導致 2000 年以後許多新推高樓建案均標榜鋼骨或鋼骨鋼筋混凝土結構，其中不乏 使用減震消能元件的豪宅。但基於住宅防水、隔音、與安全等適用性， 加上成本考量，目前台灣常用的建築構架外牆或隔間牆仍多數採用高張 力鋼網作為模版或面材，現場澆置混凝土形成場鑄 RC 牆，然而 RC 牆 體剛性甚大，建築構架屬柔性結構系統，一旦遭遇中大規模地震搖晃， 建築構架有較大的層間變形時，將導致外牆或隔間牆體嚴重破壞。依過 去震害經驗，牆體嚴重損壞修復費用昂貴，易使民眾對建物安全產生疑 慮，減損建築物之價值。為避免此類破壞，有兩種手段，其一是強化剪 力牆為結構牆提升整體結構勁度，其二是將剛性牆體與柔性構架之間作 槽縫(Slits)切割，填補具彈性之填縫材，但其施工細部需妥善處理以免 漏水。 目前國內建築構造中非結構牆大多為現場澆置的 RC 牆，很少數作 槽縫處理，事實上這些 RC 牆剛度甚大，即使是只配單層最少鋼筋量 12cm 厚的 RC 牆，仍具有非常顯著的抗側力之剛度與強度，但缺乏韌 度。國內這些內含於韌性構架中但設計時未被正確考慮的 RC 非結構 牆，在中小地震時，這些 RC 非結構牆可能會開裂、破損、混凝土或磁 磚飾材剝落，造成住戶恐慌；在大地震時，這些 RC 非結構牆的剛性甚 至會牽制構架發揮其應有的韌性，故建築構架含 RC 非結構牆之耐震性 能，實為必須立即檢討之課題之一。 台灣地狹人稠，建築走向高層化是必然趨勢，日本經驗足堪借鏡。 然建築構架內含的 RC 非結構牆具有剛度太大而韌度不足之特性，對高. 1.
(20) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 層建築構架而言，可能導致中度地震時牆體有明顯裂損，強烈地震時構 架無法發揮預期韌性，地震力超過設計預期，導致基底樓層柱或基礎破 壞，危及建築結構安全。因此，設計時如何考慮現場澆置的 RC 非結構 牆之剛度與韌度，或如何以槽縫減少 RC 非結構牆之剛度且提高其韌 度，是研究建築構架含 RC 非結構牆之耐震性能的重要課題。. 2.
(21) 第一章 緒論. 第二節. 研究目的. 本研究計畫擬於內政部建研所建築材料實驗室建立一套反復側力 加載試驗系統，以實驗室現有 200 噸油壓制動器測試建築構架內含 RC 非結構牆、槽縫牆之耐震性能，包含測試線上所需之夾持具設計與製 作，提升內政部建研所建築材料實驗室之實驗能量。 本研究探討鋼筋混凝土構架內含非結構 RC 牆設置新式槽縫，如圖 1-1 所示，其剛度與韌度之行為、層間變形能力、耐震性能及破壞機制， 並與純構架及無槽縫牆構架比較，檢討不同槽縫處理方法之效益，成果 可提昇業界對建築構架內含 RC 牆結構行為之認識，俾利建築結構設計 參據。. 原始狀態. 平移至與牆 達初始接觸. 受力階段至 牆達到降伏. 圖 1-1 槽縫牆之耐震性能 (資料來源：本研究繪製). 3.
(22) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 第三節. 研究方法. 本 研 究 將 鎖 定 國 內 建 築 構 架 最 常 用 的 RC 造 非 結 構 牆 工 法 與 細 部，設計一標準構架，填充 RC 牆並選擇部分試體作槽縫隔離，以反復 側力載重試驗檢討其於中度地震乃至於大地震時之剛度與韌度表現，探 討建築韌性構架含場鑄 RC 非結構牆之層間變形能力、耐震性能及破壞 機制，測試應用不同槽縫處理方法之效益，進而提出設計建議俾利建築 結構設計參據。建築構架內含之 RC 非結構牆屬剪力破壞主控元件，現 有的研究顯示低型 RC 牆（高寬比小於 2）剛度大韌度低，作特別槽縫 處理可適度提升其韌性，本文研究方法以結構實驗為主，測試建築構架 含 RC 牆 之 耐 震 性 能 。 本 案 研 究 人 員 實 地 勘 查 建 築 材 料 實 驗 室 反 力 牆 區，設計之試驗佈置如圖 1-2 所示，配合現有 200 噸油壓制動器底座設 計一固鎖鋼座，施加預力固鎖於南側反力牆，試體以一雙鋼構反力座及. 圖 1-2 本研究之測試佈置圖 (資料來源：本研究繪製). 4.
(23) 第一章 緒論 及預力鋼棒施預力固鎖於強力地板，單層構架試體內含 RC 牆，油壓制 動器以夾持具鉗住梁兩端施加位移控制之反復載重，迫使牆體承受南北 向層間相對變形，觀測其開裂與破損行為，同時利用西側反力牆架設面 外側撐，該鋼構側撐提供一滑動支承面，僅容許牆於南北方向面內變 形，束制其面外變形。 試體共規劃 4 座，如圖 1-3 所示，第 1 座試體編號 MF，測試梁柱 構架求得無 RC 牆影響之側力強度與韌度，第 2 座試體編號 MFW，測 試梁柱構架含現場澆置的 RC 牆，因未作特殊處理，整體強度將大幅提 高，但韌度減少。第 3 試體編號 AS，作全槽縫處理，第 4 座試體編號 AI4，作半槽縫處理，兩座特殊試體，牆兩側及底側的槽縫避免 RC 牆 影響梁柱結構行為，其強度與韌度應介於第 1 座與第 2 座之間。. (1) 梁柱構架 MF. (2) 無槽縫 RC 牆 MFW. (3) 全開槽縫 RC 牆 AS. (4) 半開槽縫 RC 牆 AI4. 圖 1-3 試體規劃 (資料來源：本研究繪製) 構架內含的 RC 牆如欲提供足夠的層間變形能力，較可行的方式是 將牆體的兩側及底部開槽縫，提供耐震變形能力。非結構牆全槽縫之隔 離設計，係以底部與側面交錯設置 Z 字型隔離縫，以確保槽縫牆面外變 形之穩定性與一致性。採用全開槽縫可完全達到隔離牆體的目的，但為 了防範漏水，其槽縫的施工處理也較複雜，當構架側位移較大時，槽縫. 5.
(24) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 寬度若不足，牆對構架仍可能發生顯著之影響。採用半開槽縫雖然施工 較為簡單，但牆體與梁柱結構間未能完全隔離，其耐震行為介於全槽牆 和未開槽牆之間，難以預期。故本計畫以反復位移控制的實驗方式探討 並比較不同牆體耐震行為、層間變形能力、及破壞機制。. 本計畫之研究步驟如流程圖 1-4 所示:. 蒐集國內外含RC牆構架之實驗資料. 設計含RC牆構架試體. 製作含RC牆構架試體及夾持具. 執行反復載重試驗， 評估建築構架含RC牆之耐震性能. 圖 1-4 研究步驟 (資料來源：本研究繪製). 6.
(25) 第二章 文獻回顧. 第二章 文獻回顧 第一節. 蒐集之資料. 本研究共蒐集國內外相關文獻共 33 篇: (1) 國內相關文獻共 26 篇[1]-[26]，包括許茂雄教授、廖慧明教授 和劉玉文教授等研究團隊所做的鋼筋混凝土低型牆(含槽縫牆)小尺寸試 體試驗[1]-[18]，共 18 篇。黃世建教授等研究團隊所發表的鋼筋混凝土 低型牆抗剪強度評估[19]-[20]，共 2 篇。邱耀正教授、劉玉文教授等研 究團隊所做的大尺寸試體鋼筋混凝土牆-構架互制試驗與數值模擬 [21]-[24]，共 4 篇。中華民國鋼結構協會委託永峻工程顧問有限公司研 究之鋼骨建築非結構牆參考手冊[25]。以及中國土木水利工程學會編著 之混凝土工程設計規範與解說[26]。 (2) 國外相關文獻共 10 篇[27]-[36]，包括日本建築學會編著之非 構造部材耐震設計指針[27]，及黃世建教授等研究團隊發表在 ASCE 的 鋼筋混凝土低型牆抗剪強度評估[28]。美國紐約州立大學水牛城分校研 究生 Gulec[30]於 2005 年的畢業論文中彙整文獻報告的 352 個鋼筋混凝 土低型牆測試結果，其中 192 個槓鈴斷面，49 個為工字斷面，另有 111 個為矩形斷面。2006 年 Gulec et al.[31]再另蒐集 37 個矩形斷面低型牆， 計 148 個矩形斷面低型牆的資料庫探討低型牆之剪力強度。國外設計規 範參考 ACI 318-08[32]及 ACI T1.1-01[36]。. 7.
(26) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 第二節. 文獻分析. RC 牆的抗側力行為與牆高寬比(Aspect Ratio)、厚度及配筋有關， 通常高寬比大於 2 的高型 RC 牆以撓曲破壞為主，高寬比小於 1 的低型 RC 牆以剪力破壞為主，撓剪破壞介於之間。通常建築構架梁跨度寬大 於柱高，故一般建築構架內含的 RC 非結構牆幾乎均為剪力破壞主控的 低型 RC 牆，對於多樓層建築構架而言，RC 牆受各樓層構架層間相對 變形擠壓而有對角壓力與張力，造成斜向剪力開裂與破損，偏向低型 RC 牆之破壞行為。 過 去 50 年 來 在 低 型 牆 方 面 已 有 相 當 多 的實 驗 成 果 研 究 低 型 剪 力 牆，大部分著重於測試低型牆之抗剪強度，測試的水平斷面形狀包含三 類： (1) 矩形斷面（rectangular） (2) 槓 鈴 斷 面 （ barbell, rectangular section with columns at wall ends） (3) 工字斷面（flanged） 其中槓鈴斷面即矩形牆斷面兩端有柱邊界構材，圖 2-1b 所示之含 牆構架其水平斷面即屬上述第(2)類槓鈴斷面。 現行 ACI 318-08 Building Code[32]建築設計規範第 21 章及第 11 章有針對耐震牆及一般牆規定剪力強度計算公式與配筋法則。這些章節 中的設計條款源自 Barda et al.[33]及 Wood[34]對剪力強度之研究，還有 Wallace and Moehle[35]的建議。 一般而言，低型剪力牆之剪力破壞模式可區分為圖 2-1 所示之對角 拉力破壞、對角壓力破壞及滑移破壞等三種[19]、[29]。對角拉力破壞(圖 2-1a)係指剪力牆在對角方向產生一拉力破壞面，其可藉足夠的水平鋼筋 或頂部繫梁之配置而予以排除。對角壓力破壞(圖 2-1b)係指剪力牆在對 角斜. 8.
(27) 第二章 文獻回顧. (b) 對角壓力破壞. (a) 對角拉力破壞. (c)滑移破壞. 圖 2-1 低型牆剪力破壞模式 (資料來源：參考書目 19) 裂縫間之混凝土遭到擠碎，此類破壞可藉限制最大之水平剪力作用值而 避免之。滑移破壞(圖 2-1c)則為剪力牆在基底處產生過量之滑移變形， 其可藉適當的垂直鋼筋或垂直載重而予以控制。 ACI 318-08 規範[32]中共有兩組半經驗公式可估算低型牆剪力強 度，兩者均是以桁架模式為基礎。第一組牆剪力強度公式在第 21.9 節 （韌性結構牆與鏈結梁）(in units of kgf-cm) Vn1 = ( α c. f c′ + ρ h f yh ) Aw ≤ 2.65 f c′ Aw. (2-1). 其中 α c 視牆高寬比而變之係數，ρ h 為牆水平鋼筋比。剪應力上限 2.65 f c′ 是為了避免對 角 壓 力 破 壞 ； 另 外 第 21.9 節亦要求牆水平鋼筋比至少 0.0025，對於高寬比 2 以下之低型牆，垂直鋼筋比 ρ v 亦不得少於 ρ h 。 ACI 318-08 規範[32] 第 11.10 節有第二組一般牆剪力公式如下。(in units of kgf-cm) Vn 2 = Vc + Vs ≤ 2.65 f c′tw d1. Vc = 0.88 f c′tw d1 +. N u d1 4lw. ⎡ ⎛ 0.2 N u ⎞ ⎤ ⎟⎥ lw ⎜⎜ 0.33 f c′ + ⎢ lwtw ⎟⎠ ⎥ ⎝ ⎢ Vc = 0.16 f c′ + t d M u lw ⎥w 1 ⎢ − ⎥ ⎢ Vu 2 ⎦ ⎣. Vs =. Av f yh d1 s. (2-2). (2-3). (2-4). (2-5). 9.
(28) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 其 中 混 凝 土 剪 力 強 度 以 式 (2-3) 及 (2-4) 值 取 較 小 者 ， 後 者 不 適 用 於. M u lw − ≤ 0 時。剪應力上限也是 2.65 f c′ ，牆最少水平鋼筋比 0.0025，而 2 Vu 牆最少垂直鋼筋比 ρ v = 0.0025 + 0.5( 2.5 −. hw )( ρ h − 0.0025) 。 lw. Barda et al.[33] 曾 建 議 一 個 預 測 牆 剪 力 強 度 之 公 式 。 (in units of kgf-cm) Vn 3 = ( 2.13 f c′ − 0.67 f c′. hw N + u + ρ v f yv )t w d 2 lw 4lwtw. (2-6). Wood [34] 也 曾 建 議 一 個 預 測 牆 剪 力 強 度 之 公 式 。 (in units of kgf-cm) 1.6 f c′ Aw ≤ Vn 4 =. Avf f y 4. ≤ 2.67 f c′ Aw. (2-7). 根據 Gulec et al.[30] 統計分析，上述牆剪力強度公式，以 Wood. (1990) 建議公式預測與實測比值平均最接近 1.0，變異係數也最小，如表 2-1 所示。值得注意的是， Wood (1990) 建議公式相當簡單，且 90% 以上 的牆試體剪力強度計算是由下限值 1.6 f c′ Aw 控制，這顯示用 1.6 f c′ Aw 推算 牆體之剪力強度似乎是最簡單而有效的。. 表 2-1 牆剪力強度預測值與實測值之比較 平均值. 中位數. 標準差. 變異係數. 最小值. 最大值. Vn1 V peak. 1.09. 1.00. 0.54. 0.49. 0.40. 3.51. Vn 2 V peak. 0.92. 0.86. 0.42. 0.45. 0.37. 2.73. Vn 3 V peak. 1.24. 1.23. 0.40. 0.32. 0.59. 2.51. Vn 4 V peak. 1.03. 0.93. 0.33. 0.32. 0.57. 2.23. 註：以 73 個剪力破壞的低型牆試體計算。 (資料來源：參考書目 34) 國內在剪力牆研究首推成功大學建築系許茂雄教授，早期研究受. 10.
(29) 第二章 文獻回顧 限於實驗室容量，許茂雄教授團隊所測試的低型牆均為牆厚 5 至 10cm 的縮尺試體，包括槽縫牆之受力行為與分析 [1-13] ，研究顯示鋼筋混凝 土槽縫牆在水平力作用下，無剪力牆斜裂縫出現後的嚴重剛度退化，是 一種很好的吸能構材。過去關於槽縫牆之研究主要分為三方面，選取部 分研究成果分析如后： 1. 耐震行為與經驗公式建立:. 1986 年，許茂雄、廖慧明、劉玉文、朱瑞祥等 [1, 2] 首次在國內進 行槽縫牆之試驗，探討無邊構材低型剪力牆，配置不同數目之水平槽縫 或垂直槽縫，承受單向水平載重之行為研究。1987 年洪舜仁 [4] 探討不 同高寬比之無邊構材低型槽縫牆，承受反向重覆載重之行為研究。. 1987-88 年陳奕信 [5] 、許茂雄 [6] 研究有邊構材之槽縫牆，同時施加軸 力及水平力之行為，並建立預測開裂剛度、降伏剛度、及極限剛度之經 驗公式。1988-89 年，陳明徽 [7] 、許茂雄 [8] 進行雙層有邊構材槽縫牆 之試驗研究，並將槽縫牆之變形分為整體撓曲、剪力變形及局部撓曲、 剪力變形。1990 年許茂雄 [10]、曾亮 [11] 研究不同開槽數目之槽縫牆之 受力行為，並將槽縫牆視為有效剛架結構，建立經驗分析模式。 2. 強度、剛度推導與耐震能力分析:. 1989 年劉玉文、許茂雄 [9] 用試驗結果推導槽縫剪力牆承受水平力 之開裂、降伏、及極限行為模式，並建立經驗公式。 1992 年劉玉文、 劉國強 [14] 探討配置槽縫剪力牆之鋼筋混凝土結構系統行為，並分別以 不同樓層數及不同跨間數共 18 個例題，以增量震譜法進行動態分析， 歸納出槽縫牆結構系統之行為模式。 1993 年劉玉文、鄭雅源 [15] 依據 過去試驗數據建立開裂、降伏、及極限剛度衰減規則，並利用非線性動 態歷時分析程式，探討槽縫剪力牆不同配置方式應用於高層建築對耐震 行為之影響。 1995 年楊國豪 [13] 將槽縫牆單元視為一個「牆柱」元素， 建立分析模式並與試驗結果比對，再應用於不同建築物中，進行靜態、 動態非線性分析探討整體結構耐震能力。 1995 年陳宏州 [16] 將槽縫牆. 11.
(30) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 單元視為一個「版」元素，建立槽縫牆剛度分析模式並與試驗結果比對， 再應用於非線性耐震診斷程式，探討建築物修補增設槽縫剪力牆之耐震 能力。 1998 年吳政哲 [17] 依據 26 個試體之試驗結果，進行剛度研究， 比較其韌性與能量吸收上之差異，並建立槽縫牆彈性、降伏、及極限階 段之剛度退化因子修正、強度衰減因子修正、及恢復力環規則等經驗公 式。 2001 年，劉玉文、許茂雄、劉國強、吳政哲 [18] 將槽縫牆各牆柱單 元及邊界柱組合為一支「等值柱」 ，建立彈性階段剛度、降伏階段剛度、 及極限階段剛度，並應用在工程實例分析，以非線性增量震譜法診斷耐 震能力，比較槽縫牆與非傳統剪力牆之差異。. 1999 年 921 地震前，台科大黃世建教授研究室將許茂雄教授所測 試 的 數 據 以 壓 拉 桿 模 式 重 新 分 析 [19] ， 本 研 究 主 持 人 即 為 共 同 作 者 之 一，對於國內外現有之低型 RC 牆縮尺試體曾作過詳細之整理與分析 [19,. 28] 。另外國家地震工程中心曾測試一批牆厚為 12cm 及 15cm 的實尺寸 低型 RC 牆試體 [20] ，但其試體係模擬 921 地震前未作適當韌性配筋之 非韌性構架，內含開口 RC 牆之行為，著重於既有老舊低矮型街屋與校 舍建築。 3. 實尺寸 RC 剪力牆試驗:. 921 地震後，國立成功大學土木系邱耀正教授研究團隊 [21-24]，做 了一批 ( 共 27 個 ) 實尺寸剪力牆試驗，除了傳統含邊柱剪力牆試體外，並 變換試體之牆體配筋形式進行試體試驗。文中試體包括高寬比小於 2 之 低型牆，以及含矮牆構架、含高牆構架、含牆開門構架、含翼牆構架、 含槽縫牆構架、純構架與純牆板等試體，還有 45° 斜向配筋剪力牆等改 良型試體，以側向反覆載重加載至破壞，探討鋼筋混凝土含牆構架之開 裂載重、降伏載重、極限載重與結構韌性。 其中低型剪力牆及純構架與本計畫研究性質相近，但槽縫的分割 方法不同。成大邱耀正教授研究團隊槽縫牆試體之牆淨高為 200cm、含 槽縫之總牆寬為 270cm ，四片內牆之淨牆寬為 65cm ，三片內牆之淨牆. 12.
(31) 第二章 文獻回顧 寬 為 87cm ， 槽 縫 使 用 夾 板 分 隔 寬 度 均 為 1.8cm ， 試 體 使 用 牆 厚 均 為. 12cm ，而牆體之垂直及水平鋼筋皆採 #3 鋼筋。 實驗結果顯示，增加剪力牆之垂直向鋼筋比可大幅提升結構之強 度與韌性，其效果比提升混凝土強度明顯；牆高寬比大於 1 漸趨向撓曲 破壞，其結構韌性與允許側向位移皆大於低高寬比者。槽縫牆的確有較 佳的韌性，且槽縫單元的高寬比明顯影響其結構行為，單元高寬比不宜 過大亦即開槽數不可太多，若配合適當的鋼筋比與槽縫數，可在小幅降 低結構強度的情況下，提升含牆構架的結構韌性。. 921 地震後，新建的 RC 造或鋼骨混凝土造建築物均有作符合當代 耐震設計規範之韌性配筋，但填充於韌性構架中的 RC 牆常被視為非結 構牆而忽略，事實上，這些 RC 牆因高寬比小，為脆性剪力破壞主控元 件，其能承受之層間相對變形甚小，極易在中小地震中裂損，如欲降低. RC 牆之剛性，或提高其忍受層間相對變形之能力，在構架與 RC 牆間 設置槽縫是可行的對策之一。 根據中華民國鋼結構協會委託永峻工程顧問有限公司所作的「鋼 骨建築非結構牆參考手冊」 [25] 中之調查，由於金屬帷幕牆及預鑄帷幕 牆的造價高出傳統現場澆置的 RC 牆甚多，導致新建的鋼骨或鋼骨鋼筋 混凝土建築結構，反而大量採用高張力鋼網作為模版或面材在現場澆置. RC 非結構牆，這些場鑄 RC 非結構牆為脆性剪力主控的低型牆，其剛 度大韌度小之特性，除非作特別處理如開槽縫，或特別設計整體構架之 剛性，否則並不適用於鋼骨建築結構。此一方面的研究在國外甚少見， 必須由國內自行研究。 台灣地狹人稠，建築走向高層化是必然趨勢，日本經驗足堪借鏡。 然建築構架內含的 RC 非結構牆具有剛度太大而韌度不足之特性，對高 層建築構架而言，可能導致中度地震時牆體有明顯裂損，強烈地震時構 架無法發揮預期韌性，地震力超過設計預期，導致基底樓層柱或基礎破 壞，危及建築結構安全。因此，設計時如何考慮現場澆置的 RC 非結構. 13.
(32) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 牆之剛度與韌度，或如何以槽縫減少 RC 非結構牆之剛度且提高其韌 度，是研究建築構架含 RC 非結構牆之耐震性能的重要課題。. 14.
(33) 第三章 實驗計畫. 第三章. 實驗計畫. 第一節. 試驗佈置. 本 計 畫 擬 於 內 政 部 建 研 所 建 築 材料 實 驗 室 反 力 牆 區 ， 以 現 有 200 噸油壓制動器施加似靜力反復載重測試建築構架內含 RC 非結構牆、槽 縫牆、半槽縫牆，模擬構架於地震反應中之層間變形行為。試驗佈置立 面及平面如圖 3-1 所示， 200 噸雙動油壓制動器以固定座固鎖於南側反 力牆上，施力中心線距地面 300 cm，試體底部以石膏蓋平後以 8 根預力 鋼棒，每根預力 100 tf 將試體與強力地板栓緊，試體基礎南北兩端以兩 個鋼構反力座夾住，兩個反力座同樣以 8 根預力鋼棒每根預力 100 tf 再 栓緊，試體基礎與鋼構反力座間隙以螺栓、鋼板及石膏填縫，確保基礎 與強力地板無相對滑移。總計垂直預力 1200 tf 乘以 0.85 預力損失，約. 1000 tf，再乘以摩擦係數 0.25，約 250 tf，而制動器水平推力最大為 200 tf ，故採用本佈置固鎖試體之方式是非常保守的設計。. 圖 3-1 試驗佈置立面圖及平面圖 (資料來源：本研究繪製). 15.
(34) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 試體基礎深 75cm 設計成彈性，確保柱主筋錨定與試體不滑移。柱 跨度 300 cm 係配合制動器衝程與強力地板孔位，柱中心線正好座落於 地下室支承牆上，可使柱軸力直接傳遞而強力地板不受撓曲。梁柱深度 均取 50 cm，使梁淨長度 250 cm，柱淨長度 200 cm，模擬 2/3 縮尺的建 築構架。構架內牆之高寬比為 200/250=0.8，根據以往的研究經驗顯示， 這類低型牆幾乎都是剪力破壞主控。本研究擬探究建築構架內含牆體在 層間變形下之行為，故選擇此一高寬比。 制動器前端鉸座連接一鋼構夾具頂住構架外伸梁，遠端以另一組 鋼構夾具穿螺紋鋼棒施加少許預力夾住試體並連接制動器，使制動器可 施加推拉力於梁中心線，以反復載重模擬地震下之層間變形與剪力。螺 紋鋼棒之容量超過 400 tf ，應屬安全保守。制動器、固鎖基座、夾具之 間係以高拉力螺栓接合。制動器固定座、反力座及夾具均以厚鋼板銲接 而成，如圖 3-2~ 圖 3-4 所示。防止面外變形之側撐，考慮未來使用共通 性，採用槽鋼組合式設計，如圖 3-5~ 圖 3-6 所示，測試佈置設計考量吊 裝架設之方便性及施加反復載重所需之容許應力，並檢核螺栓接合時鋼 板之局部承壓力及剪力以符合安全要求。. 圖 3-2(a) 制動器固定座詳圖 (資料來源：本研究繪製). 16.
(35) 第三章 實驗計畫. 圖 3-2(b) 制動器固定座詳圖 (資料來源：本研究繪製). 圖 3-2(c) 制動器固定座詳圖 (資料來源：本研究繪製). 17.
(36) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 3-3(a) 試體施力夾具詳圖 (資料來源：本研究繪製). 圖 3-3(b) 試體施力夾具詳圖 (資料來源：本研究繪製). 圖 3-3(c) 試體施力夾具詳圖 (資料來源：本研究繪製). 18.
(37) 第三章 實驗計畫. 圖 3-4(a) 反力座詳圖 (資料來源：本研究繪製). 圖 3-4(b) 反力座詳圖 (資料來源：本研究繪製). 19.
(38) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 3-5 試體面外側撐及施力夾具立體裝置圖 (資料來源：本研究繪製). 圖 3-6(a) 試體面外側撐設計立面圖 (資料來源：本研究繪製). 20.
(39) 第三章 實驗計畫. 圖 3-6(b) 試體面外側撐設計平面圖 (資料來源：本研究繪製). 21.
(40) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 第二節. 試體設計. 本研究計畫測試 4 座試體，第 1 座編號為 MF 為標準抗彎構架，初 步設計柱斷面 40 x 50 cm 配置 10-#7(D22) 主筋，主筋比 0.019 ，箍筋. #3@10cm 全長緊密圍束，梁斷面 30 x 50 cm 上下層均配置 4-#7(D22) 主 筋，主筋比 0.011，箍筋 #3@10cm 或 20cm，試體立面如圖 3-7 所示，斷 面配筋細節如圖 3-8 所示。梁、柱主筋均採用錨定頭取代傳統彎鉤。. 圖 3-7 MF 試體標準抗彎構架 (資料來源：本研究繪製). 22.
(41) 第三章 實驗計畫. 圖 3-8 梁柱斷面細部 (資料來源：本研究繪製) 試體設計時係依據 ACI 318-08 第 21 章作韌性抗彎構架設計，控制 為強柱弱梁，塑鉸發生於梁兩端及柱底，依塑鉸彎矩容量設計剪力鋼 筋，排除梁柱剪力破壞，確保構架之韌性。梁、柱、及接頭之設計摘要 如表 3-1 所示。外伸梁基本上考慮為非測試區，以緊密箍筋圍束排除破 壞。. 表 3-1 韌性梁柱設計概要表 條件. f ' c = 210 kgf/cm 2 , fy = 4200 kgf/cm 2 fyt = 4200 kgf/cm 2. 梁. Beam : 30 × 50 cm 4 - 22 top & bottom Length 2.5 m 撓曲 Mnb = 26.12 tf ⋅ m 剪力 Ve =. Mpr = 29.92 tf ⋅ m. 2 × Mpr = 23.94 tf 2.5. 兩端塑鉸區. S ≤ min(. d , 8db, 24dt , 30 )cm 4. d S = 10cm ≤ min( = 11.2 , 8db = 17.8 , 24dt = 17.04 , 30)cm 4. 23.
(42) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. AV × fy × d 4 × 0.71× 4.2 × 44.9 = = 53.56 S 10 Ve 23.94 > = = 31.92 (tf) OK Φ 0.75. VS =. 中央 Vc = 0.53 f ' c × b × d = 0.53 210 × 30 × 44.9 = 10.36(tf). d S = 20cm ≤ ( = 22.5, 60)cm 2 Vs =. Av × fy × d 4 × 0.71 × 4.2 × 44.9 = = 26.78 (tf) S 20. Vn = Vc + Vs = 37.14 ≥. Ve = 31.92(tf) OK Φ. Provided 5cm + 6 @ 10cm + 6 @ 20cm + 6 @ 10cm + 5cm = 250cm 柱. Column : 40 × 50cm 12 - D22 Length 2 m. 撓曲 Mnc = 31.28 tf ⋅ m. Mpr = 36.64 tf ⋅ m. 圍束. hmin , 6db , 15)cm 4 S = 10cm ≤ (11.23 , 13.32 , 15)cm. S ≤ min(. Ash = 0.09. f 'c × S × b c for ductility fyt. 3 × 0.71 = 2.13 ≥ 0.09. 210 × 10 × 34 = 1.53 ; 2.13/1.53 = 1.39 4200. 4 × 0.71 = 2.84 ≥ 0.09. 210 × 10 × 44 = 1.98 ; 2.84/1.98 = 1.43 4200. Ash = 0.3 × S × bc ×. A sh = 0.3 × 10 × 34 ×. 210 40 × 50 ( − 1) = 1.72 ; 2.13/1.72= 1.24 4200 34 × 44. A sh = 0.3 × 10 × 44 ×. 210 40 × 50 ( − 1) = 2.22 ; 2.84/2.22 = 1.28 4200 34 × 44. 剪力 Ve =. 24. f ' c Ag ( − 1) for axial capacity fyt Ach. 2 × Mpr = 36.64 tf 2.
(43) 第三章 實驗計畫. Vc = 0.53 f c′bd = 13.8 tf Vs =. Av × fyt × d 3 × 0.71 × 4200 × 44.9 = = 40.17 tf S 10. Vn = Vc + Vs = 53.97 ≥. Ve = 48.85(tf) OK Φ. Provided 5cm + 19@10cm + 5cm = 200 cm 接頭. Mnc ≥ 1.2 × Mnb. 31.3 ≥ 1.2 × 26.1 = 31.3(tf - m) OK 剪力 T1 = As × α × fy = 4 × 3.87 × 1.25 × 4.2 = 81.27 tf ΦVn = 0.85 × 3.2 210 × 40 × 50 = 78.8 tf < 81.27 tf. (資料來源：本研究整理) 依塑性設計韌性構架 MF 試體受側力推垮最大強度推估為 66.6 tf， 如圖 3-9 所示。. 圖 3-9 MF 試體梁柱產生塑鉸之剪力 (資料來源：本研究繪製) 第 2-4 座試體均含有 12-cm 厚 RC 牆，配置水平垂直均 #3@20cm 單層，牆體配筋如圖 3-10 所示，模擬非結構牆，填充於標準構架之中， 牆水平、垂直鋼筋比約為 0.003 ，滿足一般牆要求，但單層配筋不符結 構牆要求。第 2 座試體編號為 MFW 擬測試韌性構架內含現場澆置的 RC. 25.
(44) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 非結構牆，因未作特殊處理，構架含牆形成「槓鈴斷面」，整體撓剪強 度均大幅提高，但因牆體厚度小且為單層配筋，韌度恐有不足。. 圖 3-10 牆體配筋圖 (資料來源：本研究繪製) 以 Wood 建議之牆剪力強度估算，牆體剪力強度約 80 tf 至 90 tf ， 與邊界柱組合後形成「槓鈴斷面」，如圖 3-11 所示，最大剪力推估約在. 150 tf 左右，低於撓曲破壞所需之 220 tf ，控制牆體為剪力破壞。. 圖 3-11 槓鈴斷面 (圖 3-10 Section A-A) (資料來源：本研究繪製) 第 3 及第 4 座組分別編號為 AS 及 AI4 牆三邊做槽縫特殊試體，. AS 牆做全槽縫， AI4 做半開槽縫，細部如圖 3-12 所示。全開槽縫及半 開槽縫 RC 牆兩側及底側共有三邊槽縫，只留頂部與梁相連，牆鋼筋仍 以直線錨定於邊界構材內，為避免全開槽縫牆體面外變形，牆兩側與底 側開槽採錯置方式，如圖 3-13 所示。建築上槽縫可填縫材隔離全部或 一半的混凝土厚度，降低 RC 牆對構架韌性行為之牽制，其構架含牆之 強度與韌度應介於第 1 座與第 2 座之間。. 26.
(45) 第三章 實驗計畫. 圖 3-12 試體規劃與開槽縫細部 (資料來源：本研究繪製). 圖 3-13 構架加全槽牆 AS 槽縫錯置設計 (資料來源：本研究繪製) 將牆體兩側及底部開槽縫，可使構架內含的 RC 牆可忍受較大的層 間變形，對整體韌度助益甚大。且以彈性材料隔離混凝土，但鋼筋維持 連續，具有局部消能能力以暨維持牆面外變形穩定性與一致性。採用全 開槽縫可完全達到隔離牆體的目的，但為了防範漏水，其槽縫的施工處 理也較複雜，當構架側位移較大時，槽縫寬度若不足，牆對構架仍可能 發生顯著之影響。採用半開槽縫雖然施工較為簡單，但牆體與梁柱結構. 27.
(46) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 間未能完全隔離，其耐震行較難以預期， AI4 試體其三邊開槽部份與基 礎梁、柱相接僅四公分寬，預測開槽區域會因應力集中而先行開裂，產 生滑移破壞，其開裂、降伏後之勁度變化及試體破壞前之塑性行為，即 本研究擬以實驗探討之重要目的之一，並檢討現行規範相關規定之適用 性。 量測系統之佈設如圖 3-14 所示，位移測微計在牆體共裝設六支， 主要為量測分析出牆體之剪力變形量、撓曲變形量。構架梁之頂面裝設 一支位移計，柱兩側各裝設三支位移計，主要為量測層間變位角，以檢 討試體剛性變化、破壞模式與層間變位角之關連性等。. 圖 3-14 位移計架設圖 (資料來源：本研究繪製). 28.
(47) 第三章 實驗計畫. 第三節. 試體製作. 試體製作可分為材料準備、鋼筋加工、黏貼應變計、施作流程，以下針 對各細項加以詳述： (1) 材料準備 鋼筋：本研究梁柱及基腳所採用的主筋為 SD420W-D22 之竹節鋼筋，牆 筋及箍筋則採用竹節鋼筋 SD420W-D10，其鋼筋抗拉試驗結果列表如表 3-2 所示，主筋兩端皆以錨定鈑取代傳統的彎鉤，採用蘭州工程股份有限公司所 製作摩擦銲接錨定鈑，錨定鈑直接銲接於主筋上，如圖 3-15 所示。. 表 3-2 鋼筋抗拉試驗結果 鋼筋規格 號數. 種類. fy (kgf/cm2). fu (kgf/cm2). #7 SD420W 4999 #3 SD420W 4560 (資料來源：本研究整理). 6920 6818. 6.5. 錨錠鈑尺寸 單位:公分(cm). 2. 圖 3-15 摩擦銲接錨錠物 (資料來源：本研究繪製) 混凝土：採用國產實業建設股份有限公司預拌混凝土 210 kgf/cm2。取三 個做混凝土標準抗壓強度，如表 3-3。. 表 3-3 混凝土 28 天標準抗壓強度試驗結果 澆置. f c′ (kgf/cm2). Batch1 三試體平均值. 259.4. Batch2 三試體平均值 (資料來源：本研究整理). 266.2. 模板：下部基座樑使用一般模板，上部柱、牆、梁使用清水模板，基座. 29.
(48) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 與柱、梁、牆有施工縫，試體模擬實務狀況，直立澆置。 (2) 鋼筋加工 梁柱及基腳所使用的竹節鋼筋，其不須任何加工即可使用，箍筋則須於 操作機台上進行箍筋彎製加工，箍筋之尺寸大小應控制精準，避免鋼筋籠綁 紮完成後主筋間距與保護層厚度錯誤。 (3) 黏貼應變計 應變計：使用日本 TML 公司製造的應變計，型號為：FLA-5-11-3L，應 變計係數為 2.12±1％，電阻值為 120Ω (歐姆)。先將鋼筋固定於工作桌上，在 欲黏貼位置處，以手持砂輪機將鋼筋竹節分粗磨、細磨磨平及刨光，如圖示. 2-16，接著以工業酒精將殘餘竹節上之鐵屑擦拭乾淨，再使用 TML 生產快乾 劑(型號為：CN)進行應變計黏貼，等快乾劑凝固時，再以 TML 所生產石蠟(型 號為：W-1)包覆應變計，石蠟上層再貼上 3M 防水膠布(型號為：2151)，最後 纏上一般電氣膠帶保護，如圖 3-17 所示。應變計位置選定於柱梁及基座交界 處，因交界處會出現撓曲最大值，圖 3-18 為梁柱主筋應變計黏貼位置。. 圖 3-16 鋼筋磨平及刨光 圖 3-17 應變計加工完成 (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-18 梁柱主筋應變計黏貼位置 (資料來源：本研究繪製). 30.
(49) 第三章 實驗計畫. (4) 試體施作流程 本試驗將四座試體分為兩批施作，於戶外施工，基座模板製作前先進行 墊平，如圖 3-19 所示，墊平完後於基座模板標示柱筋及預埋孔位置，進行第 一批試體基座鋼筋、柱筋、牆筋綁紮及預埋 PVC 管，如圖 3-20 所示，然後進 行第一次澆置(基座)，如圖 3-21 所示，並製作圓柱試體 6 個，圓柱試體用來 預測試體混凝土之抗壓強度，澆置完成 5 小時後，隨即覆蓋麻布袋於試體上 進行養護，以避免水泥產生水化熱造成混凝土乾縮龜裂。 澆置兩天後進行拆除模板作業，進行第一批試體柱、牆及梁主筋的綁 紮，如圖 3-22 所示，以及柱、牆、梁的模板組裝，同時埋入預埋桿件及鋼管， 如圖 3-23~3-25 所示，預埋桿件主要為了未來架設位移計，鋼管主要預留孔洞 供未來側撐鋼構架設，同時施作第二批試體基座模板及基座鋼筋籠綁紮，由 於試體總高度為 3.25 m 且有開槽縫試體，故第二次使用高流動混凝土及泵送 車澆置 (第一批試體上部及第二批試體基座)，並製作圓柱試體 24 個(第一批 試體上部 15 個、第二批試體基座 9 個)，澆置完成 5 小時後立即養護。 澆置兩天後拆除模板，並進行第二批試體柱、牆及梁主筋的綁紮以及 柱、牆、梁的模板組裝，同樣以高流動混凝土及泵送車進行第三次澆置作業， 並製作圓柱試體 24 個，同樣澆置完成後 5 小時養護，兩天後拆模，完成兩批 總數四座試體的製作，如圖 3-26~29 所示。施作流程如圖 3-30 所示。. 圖 3-19 基座模板整平 (資料來源：本研究拍攝). 31.
(50) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 3-20 柱筋、牆筋及 PVC 管安插 (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-21 基座灌漿 (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-22 柱筋綁紮 (資料來源：本研究拍攝). 32.
(51) 第三章 實驗計畫. 圖 3-23 預埋桿件及鋼管 (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-24 預埋螺帽. 圖 3-25 預埋牙條. (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-26 第一批試體 (資料來源：本研究拍攝). 33.
(52) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 3-27 第二批試體 (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-28 試體 AS 槽縫圖 (資料來源：本研究拍攝). 圖 3-29 試體 AI4 槽縫圖 (資料來源：本研究拍攝). 34.
(53) 第三章 實驗計畫. 第一批試體基座墊平及組裝. 基座鋼筋籠組立、柱主筋、牆主 筋、PVC管安插. 第一次澆置(基座澆置) 拆模 第一批試體上部鋼筋組裝 (柱筋、牆筋). 第二批試體基座模板組裝. 第一批試體上部模板組裝 (柱、牆、梁). 第二批試體基座鋼筋籠組立. 第一批試體上部鋼筋組裝 (梁筋) 封模. 第二次澆置 (第一批試體上部及第二批試體基座) 拆模 第二批試體上部鋼筋組裝及模板製作. 第三次澆置(第二批試體上部) 拆模 完成四座試體施作. 圖 3-30 試體施作流程圖 (資料來源：本研究繪製). 35.
(54) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 第四節 測試程序 本試驗位移控制加載，目的為了保護儀器設備的安全，試體梁端位移模 擬結構的層間變位角，將梁載重端位移 Δ 除以柱構件長度，即可得試體模擬 之層間變位（Drift） ，如圖 3-31 所示。為了探討層間變位由小到大對結構體之 影響，因此施載程序便規劃各階段層間變位依次為 0.25%、0.5%、0.75%、1%、. 1.5%、2%、3%、4%，並參考 ACI T.1.1[36] 建議執行每一層間變位各 3 個週 期，採三角形位移波輸出，如圖 3-32 所示，表 3-4 則為層間變位與梁端控制 位移之轉換關係。ACI T1.1-01 and ACI T1.1R-01 [36]試驗評估性能標準細則在 此不多做解說，但重點方面之試驗方法指出：（1）試體受反復載重下需以位 移控制；（2）每一層間變位需做三次迴圈；（3）進行下一層間變位需為前一 層間變位的 1.25～1.5 倍； （3）試驗層間變位需逐漸增加至等於或大於層間變 位角 3.5%； （4）記錄數值以試體位移值及柱剪力值，並每層間變位第三迴圈. 4 2. 0.75 1 0.25 0.5. 0. 1.5. 4. 3. 2. 90 45 0 -45 -90. -2 -4 0. 3. 6. 9. 12. 15. 18. 21. Cycle. 圖 3-31 層間變位角關係圖. 圖 3-32 施載程序. (資料來源：本研究繪製). (資料來源：本研究繪製). 表 3-4 層間變位與柱端控制位移轉換表 Cycle 1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 13,14,15 16,17,18 19,20,21 22,23,24. 層間變位 Drift (% ) 0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 3 4. 註：Δ=(層間變位)×(2250 mm). (資料來源：本研究整理). 36. 制動器位移 Δ ( mm) 5.625 11.25 16.875 22.5 33.75 45 67.5 90. 24. Displacement (mm). Drift (%). 結束需拍照以做記錄。.
(55) 第四章 實驗結果與討論. 第四章 實驗結果與討論 實驗結果按韌性構架 MF、韌性構架含非結構牆 MFW、韌性構架含全槽 縫牆 AS、及韌性構架含半槽縫牆 AI4 分節論述，再綜合檢討比較於後。. 第一節 韌 性 構 架 MF 韌性構架 MF 試驗當天，取三個當初同時製作、工地養護的混凝土圓柱 試體做標準抗壓強度試驗，試驗結果平均值為 26.84 MPa（273.6 kgf/cm2）。 側力-變位反應及裂縫發展過程:. MF 韌性構架將作為標準試體，試驗受側力行為和韌性供含牆構架試體 比較。MF 韌性構架之側力-變位遲滯迴圈，如圖 4-1 所示。第一次加載側力 至層間變位角 0.25%，並無裂縫產生，第二迴圈 push 時，兩支柱下端左側（南 側）、柱上端右側（北側）、及梁端部均出現撓曲裂縫。層間變位 0.25% 三 迴圈加載完畢，照片如圖 4-2 所示，雖梁、柱產生細微撓曲裂縫，勁度仍然 良好，維持彈性反應。 層間變位繼續從 0.5%、0.75%、增加至 1% 時，除梁、柱端部撓曲裂縫 增多，梁柱接頭部亦開始產生斜向裂縫，但構架勁度仍然良好。當層間變位 角超過 1%時，如圖 4-3 所示，剛度開始降低，發生降伏現象。因構架採韌性 設計，降伏後之抗側力強度仍緩緩上升，側力-變位曲線呈現韌性。 層間變位角達 2%，側力-變位曲線趨於水平。直至層間變位達 3% push （1st），構架承受側力達到最大強度 721 kN（73.50 噸）。此時，梁端部與梁 柱接頭產生明顯開裂，抗側力強度開始漸漸衰減，照片如圖 4-4 所示。層間 變位達 4% 構架並無嚴重損壞。本試體是標準試體，目的是與含牆試體比較， 因此，側力達層間變位角 4% 三迴圈後，停止試驗，照片如圖 4-5 所示。 各迴圈之側力-變位（層間變位角）包絡線，如圖 4-5 所示。層間變位角. 1% 之前，每一載重階段三迴圈幾乎重疊在一起，直至層間變位角 2% 才逐 漸分開，達最大載重（層間變位角 3%）之後，三條包絡線差異明顯放大。. 37.
(56) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 勁度: 試體之彈性割線勁度（Ke）以 0.5%第一迴圈 push 之側力除以相對應之 位移值求得，本構架之彈性勁度為 29.27 kN/mm，韌性比大於 4，顯示依規範 設計之韌性構架耐震性能符合預期。. 2000. MF. 1500. push. Lateral Load (kN). 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000. pull -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-1 MF 構架側力-變位遲滯迴圈 (資料來源：本研究整理). 38. 3. 4.
(57) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-2 MF 試體層間變位 0.25% pull (3rd)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 圖 4-3 MF 試體層間變位 1.5% push (1st)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 39.
(58) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 4-4 MF 試體層間變位 4.0%實驗結束之照片 (資料來源：本研究拍攝). 2000. MF. 1500. push. Lateral Load (kN). 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000. pull -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-5 MF 構架側力-變位包絡線 (資料來源：本研究整理). 40. 3. 4.
(59) 第四章 實驗結果與討論. 第二節 韌性構架含非結構牆 MFW 韌性構架含 RC 非結構牆 MFW 試驗當天，取三個當初同時製作、工地 養護的混凝土圓柱試體做標準抗壓強度試驗，試驗結果平均值為 24.44 MPa （294.1 kgf/cm2）。 側力-變位反應及裂縫發展過程:. MFW 含牆構架可與 MF 標準構架比較，亦可作對照開槽試體 AS 及 AI4。 側力-變位遲滯迴圈，如圖 4-6 所示，第一次施加側力至層間變位角達 0.25%. push（1st），牆面即發生多道斜向剪力裂縫，同時南側（施推力側）柱外緣 中、下部位發生多道水平裂縫，如圖 4-7 所示，此時載重已達 766 kN，超過. MF 構架之最大載重。制動器位移控制 0.25% pull（1st）拉回時，因傳力鋼棒 伸長，造成試體位移與制動器作動位移並不一致，反向 pull 加載實際試體層 間變位只達 0.11%並未達到 0.25%，載重為 428 kN，北側柱並未出現裂縫， 但牆面仍出現多道反向斜剪裂縫。0.25%三迴圈結束，裂縫沒有明顯再增加。 增加載重至 0.5% push（1st），牆面出現多條剪力斜向裂縫，同時，牆兩 側之柱順著牆斜向裂縫延伸方向亦出現撓剪裂縫。反向加載 pull（1st）時，北 側柱外緣也出現多道類似南側柱之水平撓曲裂縫。繼續施加側力至層間變位 角 0.75%，照片如圖 4-8 所示，試體在 0.75% push 時基座產生滑動，故試體 層間變位並未施加到 0.75%，試體之變形及層間變位角以制動器作動位移扣 除試體滑動位移後求得。此階段剛度並無明顯變化，但柱裂縫漸轉為撓剪開 裂，整個牆面交叉斜剪裂縫均勻分布，且主裂縫附近有許多延伸細裂縫，至 層間變位 1% push 時，勁度突然降低，位移加大且裂縫加寬，顯示牆已開始 軟化。 繼續施加側力欲使層間變位角達 1.5% push（1st）之過程，在層間變位. 1.11%時，達到最大強度，載重為 2176 kN（221.81 噸），試體突然發生響聲， 牆及柱出現寬大的斜向剪力開裂，屬斜剪破壞，照片如圖 4-9 所示。繼續施 加位移，側力抵抗開始下降，至 1.5% push（1st）時，MFW 含牆構架開裂嚴 重已出現破壞現象，遂停止反復載重，繼續施加推力至層間變位角達 2.2%，. 41.
(60) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 此時強度已下降超過 20%，牆面混凝土塊大量崩落，遂停止試驗。 各迴圈之側力-變位（層間變位角）包絡線，如圖 4-10 所示。層間變位 角 0.5% 之前，每一載重階段三迴圈之包絡線幾乎重疊在一起，直到層間變 位角 0.75%才逐漸分開。 勁度: 試體之彈性割線勁度（Ke）以 0.5%第一迴圈 push 之側力除以相對應之 位移值求得，本標準含牆構架 MFW 試體之彈性割線勁度為 130.40 kN/mm，4 倍於標準韌性構架 MF 試體之彈性勁度 29.27 kN/mm。但勁度軟化後立即達到 最大強度，然後迅速衰減，韌性比約為 2。由本試驗可知，結構設計採加強構 架強度忽略非結構牆存在之做法，值得商榷，建議應更進一步以實驗佐證， 探討是否有修訂規範之必要。 2500. MFW. 2000. push. Lateral Load (kN). 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500. pull -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-6 MFW 構架側力-變位遲滯迴圈 (資料來源：本研究整理). 42. 3.
(61) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-7 MFW 試體層間變位 0.25% push (1st)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 圖 4-8 MFW 試體層間變位 0.75% pull (3rd)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 43.
(62) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 4-9 MFW 試體層間變位 1.5% push (1st)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 2500. MFW. 2000. push. Lateral Load (kN). 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500. pull -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-10 MFW 構架側力-變位包絡線 (資料來源：本研究整理). 44. 3.
(63) 第四章 實驗結果與討論. 第三節 韌性構架含全槽縫牆 AS 韌性構架含全槽縫牆 AS 試驗當天，取三個當初同時製作、工地養護的 混凝土圓柱試體做標準抗壓強度試驗，試驗結果平均值為 30.85 MPa（314.5 kgf/cm2）。 側力-變位反應及裂縫發展過程:. AS 試體係將 RC 牆體左、右及底部（三側）作全開槽縫切割處理，預留 槽縫寬 3cm，如圖 3-12 及圖 3-13 所示，此寬度可容忍層間變位角約 1.2 %。 即梁柱構架承受層間變位角約 1.2% 時，槽縫密合，牆體才開始分擔剪力使 整體強度提高，猶如金屬材料受拉降伏後硬化的行為，抗側力強度應介於 MF 與 MFW 兩座標準試體之間。. AS 構架之側力-變位遲滯迴圈，如圖 4-11 所示。第一迴圈加載至 0.25% 層間變位角，並無裂縫產生，第二迴圈 push 時，兩支柱下端左側及上端右側 出現撓曲裂縫。0.25%三迴圈加載完畢，雖梁、柱均產生細微撓曲裂縫，勁度 仍然良好，維持彈性行為，照片如圖 4-12 所示。繼續從 0.5%、0.75% 加載至 層間變位角 1%，這期間梁、柱產生撓曲裂縫，且梁柱接頭產生雙向斜向裂縫， 雖梁柱接頭裂縫較標準構架 MF 試體多，但牆體沒有裂縫，整體勁度良好， 照片如圖 4-13 所示。 繼續加載使層間變位角超過 1% 時，剛度開始降低，發生降伏現象，側 力-變位曲線呈現韌性，層間變位約 1.2% 槽縫密合，牆與構架接觸，抗側力 勁度提高，如同降伏後硬化之行為，但第二迴圈與第一迴圈強度落差較明顯。 三邊槽縫使牆體轉為單曲率撓剪破壞，因此含全槽縫牆構架可維持側力強度 至層間變位角 3%而未有明顯衰減，韌性、耐震消能行為較含牆構架 MFW 佳。 層間變位角達 2%，牆上側出現撓剪裂縫，側力-變位曲線漸趨於水平。 至層間變位角 3% push（1st），構架達到最大剪力強度 1147 kN（117.04 噸）， 如圖 4-11 所示。此時，梁端部與梁柱接頭產生明顯開裂，構架區域之裂縫及 開裂型式和 MF 標準構架幾乎相同，照片如圖 4-14 所示。抗側力強度開始略 為衰減，加載至層間變位角 4%三迴圈後停止試驗。 各迴圈之側力-變位（層間變位角）包絡線，如圖 4-15 所示。層間變位. 45.
(64) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 角 1%之前，每一載重階段三迴圈幾乎重疊在一起，直至層間變位角超過 1%， 三條包絡線差異明顯放大，差異值較前二者試體 MF、MFW 大許多。 勁度: 試體之彈性割線勁度（Ke）以 0.5%第一迴圈 push 之側力除以相對應之 位移值求得，本試體之彈性割線勁度為 34.86 kN/mm，接近標準韌性構架 MF 試體之彈性割線勁度 29.42 kN/mm。AS 試體韌性比大於 4，且消耗之能量高 於 MF 試體，顯示韌性構架含全槽縫牆之耐震性能良好。. 2000. AS. 1500. push. Lateral Load (kN). 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000. pull -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-11 AS 構架側力-變位遲滯迴圈 (資料來源：本研究整理). 46. 3. 4.
(65) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-12 AS 試體層間變位 0.25% pull (3rd)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 圖 4-13 AS 試體層間變位 1% pull (3rd)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 47.
(66) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 4-14 AS 試體層間變位 3% push (1st)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 2000. AS. 1500. push. Lateral Load (kN). 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000. pull -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-15 AS 構架側力-變位包絡線 (資料來源：本研究整理). 48. 3. 4.
(67) 第四章 實驗結果與討論. 第四節 韌性構架含半槽縫牆 AI4 韌性構架含半槽縫牆 AI4 試驗當天，取三個當初同時製作、工地養護的 混凝土圓柱試體做標準抗壓強度試驗，試驗結果平均值為 33.38 MPa（340.3. kgf/cm2）。 側力-變位反應及裂縫發展過程:. AI4 試體係將 RC 牆體左、右及底部（三側）作半槽縫處理，牆與柱、 基座僅相連 1/3 厚度（4 cm），鋼筋直通，槽縫寬為 3cm，如圖 3-12 所示， 預測抗側力強度應介於 MF 與 MFW 兩座標準試體之間。期望中小地震時， 裂縫集中在較弱斷面的槽縫內，減少牆面外觀上裂縫，便於修補；大地震時， 可藉槽縫混凝土塊摩擦產生消能機制，改善韌性。. AI4 試體全程試驗之側力-變位遲滯迴圈，如圖 4-16 所示。第一次施加側 推力，層間變位角達 0.25% push（1st），牆面即發生多道斜向剪力裂縫，南 側（試體正面左側）柱中下部位左側外緣發生多道水平裂縫。此時側推力為. 696 kN，接近但略小於無槽縫牆構架 MFW 之 766 kN，遠高於韌性構架 MF 之 189.6 kN。裂縫發展與 MFW 試體近似，僅裂縫數較少。層間變位 0.25% 三 迴圈施載完畢，照片如圖 4-17 所示。 層間變位達 0.5% push（1st），牆面出現與 MFW 試體相似的斜向剪力裂 縫，反向加載 pull（1st）後，牆面呈現清楚交叉斜剪裂縫，北側柱外緣也出現 水平撓曲裂縫，照片如圖 4-18 所示。三迴圈後牆面交叉斜剪裂縫規則明顯， 因此並不如設計預期的讓開裂集中槽縫處能使牆面裂痕減少。相較於 MFW 試 體，AI4 試體牆面裂縫數少但開裂較寬。 當層間變位達 0.61%，側力 1337.4 kN（136.33 噸），試體達到最大強度， 勁度出現突降軟化現象，此因半槽縫最大應力處，混凝土被壓碎，故牆面外 觀上並沒有明顯裂損增加之現象。層間變位 0.75% 反復施載過程中，構架承 擔側力比例增加，梁柱裂縫增多，同時因牆柱接觸面積加寬，牆體也漸漸回 復承擔側力能力而使試體發揮韌性。當層間變位角達 1%，可觀察到牆體本身 有面外變形現象，牆鋼筋牽引開裂之混凝土塊產生不同變形造成牆面混凝土 開裂嚴重，甚至脫落。值得注意的是雖然牆開裂情況嚴重，試體整體抗側力. 49.
(68) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究 強度卻出現平台沒有明顯減弱，在層間變位 3% 第一迴圈甚至還出現強度提 高現象。但牆面混凝土掉落太過嚴重，故在變位 3% 三迴圈試驗完畢後停止 試驗，照片如圖 4-19 所示。 各迴圈之側力-變位（層間變位角）包絡線，如圖 4-20 所示。層間變位 角 0.5%之前，每一載重階段三迴圈幾乎重疊在一起。層間變位角超過 0.5% 後，第二、三迴圈與第一迴圈差異立即增大。 勁度: 試體之彈性割線勁度（Ke）以 0.5%第一迴圈 push 之側力除以相對應之 位移值求得，本試體之彈性割線勁度為 115.78 kN/mm。接近標準含牆構架. MFW 試體之彈性割線勁度 130.40 kN/mm，但仍遠高於標準韌性構架 MF 試 體之彈性割線勁度 29.42 kN/mm。本試體韌性比大於 3，依側力-變位曲線圖 研判，韌性有發揮出來，但牆體混凝土剝落嚴重，用在高樓結構恐掉落傷人， 尚待進一步研究改進，找出解決方案。 2000. AI4. 1500. push. Lateral Load (kN). 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000. pull -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. Lateral Drift (%). 圖 4-16 AI4 構架側力-變位遲滯迴圈 (資料來源：本研究整理). 50. 3. 4.
(69) 第四章 實驗結果與討論. 圖 4-17 AI4 試體層間變位 0.25% pull (3rd)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 圖 4-18 AI4 試體層間變位 0.5% pull (1st)之照片 (資料來源：本研究拍攝). 51.
(70) 建築構架含 RC 牆之耐震性能研究. 圖 4-19 AI4 試體層間變位 3% 實驗結束之照片 (資料來源：本研究拍攝). 2000. AI4. 1500. push. Lateral Load (kN). 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000. pull -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. 3. Lateral Drift (%). 圖 4-20 AI4 構架側力-變位包絡線 (資料來源：本研究整理). 52. 4.
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