中 華 大 學 碩 士 論 文
建築工程擴徑錨定鋼筋應用之研究
系 所 別：營 建 管 理 研 究 所 學號姓名：M09416021 黃 奇 生 指導教授： 蕭 炎 泉 博士
楊 錫 麒 博士
中華民國 九十七 年 二 月
誌 謝
年過半百能有機會再進學校，重溫校園生活，除了廣交朋友之外，
更能學習許多新知識，算是人生一大樂事。本論文得以完成，感恩教 授、同學、朋友及家人的協助。
在校期間承蒙所內吳卓夫、吳福祥、余文德、楊智斌、蕭炎泉、
石晉方、許玉明、楊錫麒、鄭紹材等各位教授的用心指導獲益良多；
吳卓夫老師、指導教授蕭炎泉老師、楊錫麒老師更在論文寫作期間，
悉心指導，並協助指導投稿事宜，在此謹致上最真誠摯之感謝。
論文口試承蒙中國科技大學蔡得時老師、萬能科技大學廖國裕老 師及本所吳卓夫老師、蕭炎泉老師、楊錫麒老師惠予指正，謹此表達 最誠摯的感謝。
論文研究期間承蒙博士班學長林大森、吳啟炘鼓勵及指導，使學 業得以順利完成，學長韓道昀、楊文龍、同窗郭峻宏、劉政瑋、鄭翔 倫、王蒼培、王曉梅、鄭育佳、蔡宗益、張佳慧、吳雋瑋、林義欽互 相砥礪切磋，在此致上由衷的感謝。
在職進修期間感謝服務單位直屬長官林政則市長、黃秋榮局長、
強國瑞課長關心支持，由衷感激。
感謝家庭太太明諸、女兒郁蕙、兒子琮暉各位成員的鼓勵與支持，
每當精神或體力不繼時，太太總會適時鼓勵與加油，許多休假時間因 為功課問題無法陪伴，太太都能體諒，給予精神上最大的支持，是我 一路走來的最大幫手。
最後以此論文獻給我感恩的師長、同學、朋友與家人。
摘 要
關鍵字：機械式錨定、擴徑錨定、擴徑錨定鋼筋
鋼筋混凝土之應用肇始至今已愈百餘年，係屬土木建築工程內最 重要之結構材料，其利用鋼筋材料及混凝土材料之優點互補，混凝土 特性在於抗壓及覆裹鋼筋防止生鏽，鋼筋特性在於抗拉及抗壓，實屬 理想之結構材料，所以在國內外廣泛的被使用。
鋼筋在混凝土中須有足夠握裹長度，才能發揮強度抵抗載重；然 彎勾本身常於梁柱接頭、柱端等鋼筋密集處造成壅塞，導致施工困難 及混凝土澆置品質不良，引起結構安全的疑慮。
參考國內外相關文獻，鋼筋採用機械式錨定替代彎勾實為可行之 對策，惟【結構混凝土設計規範】5.7.2 明定機械式錨定之適當與否須 經試驗證明，而機械式錨定種類依不同廠商之開發產品有不同之規 格，其適用與否仍須經試驗證明，本研究旨在探討擴徑錨定鋼筋應用 之可行性。
本文首先回顧鋼筋施工缺失及原因、相關規範及法規、彎勾錨定 之規定、機械錨定之現有產品概況及機械錨定已知相關研究成果，再 探討擴徑錨定鋼筋之試驗結果、物性規格、適用範圍、施工性提昇、
節省成本分析，作為後續研究、推廣及適用規範之參考。
Abstract
Keywords: Mechanical Anchor, Enlarged Diameter Anchor, Enlarged Diameter Anchor Steel Bar
Reinforced concrete has been used for more than a century. It is one of the most important structural materials for civil and building engineering.
Steel bars and concrete are complimentary with each other. Concrete is used to resist compression and cover steel bars to prevent them from becoming rusted. Steel bars are used to resist compression and tension. It is such a perfect combination that reinforced concrete has been extensively used worldwide.
Steel bars need enough embedded length to develop resistant force to carry structural loads. However, many anchors are usually located in a beam-column joint and cause congestion there. This condition makes it difficult to pour concrete in the joints and the structural safety will be in doubt.
From related worldwide reference sources, it is now feasible to use mechanical anchors to replace traditional 90 or 180 degree steel bar bending anchors. In Section 5.7.2 of the “Structural Concrete Design Code”, it states that a mechanical anchor needs experimental proof before it being used. Mechanical anchors, based on different manufacturers, have their own specifications. However, the validity of them has to be verified experimentally. The objective of this study is to study the feasibility of the application by using an enlarged diameter anchor for the steel bar.
This research first studies the problems and reasons of the steel bar construction defects, then related codes and regulations, 90 and 180 degree steel bar bending anchor regulations, current mechanical anchor products and relative research results on mechanical anchors. Finally, the experimental results, physical properties, applicable scope, constructability improvement and cost saving analysis from using enlarged diameter anchor will be investigated.
目 錄
第一章 序論 01
1.1 研究動機 02
1.2 研究目的 03
1.3 研究範圍 03
1.4 研究方法 04
1.5 研究架構與流程 04
第二章 文獻回顧 06
2.1 公共工程查核經驗 06
2.2 鋼筋施工查核項目及缺失改善依據 06 2.3 鋼筋施工不良原因之探討 09
2.3.1 柱主筋搭接 09
2.3.2 柱頂層彎鉤 09
2.3.3 梁主筋埋入長度 10
2.3.4 梁柱保護層 11
2.4 相關法規及規範 12
2.5 鋼筋材料相關規範之探討 12
2.5.1 竹節鋼筋之標示代號 13 2.5.2 鋼筋之化學成分 15 2.5.3 鋼筋之機械性質 16
2.6 其他相關文獻回溯 16
2.6.1 彎勾錨定 16
2.6.2 機械錨定台灣相關之研究 20 2.6.3 擴徑錨定鋼筋國外相關試驗 21
2.6.3.1 板構材試體配筋設計 21 2.6.3.2 板構材彎曲剪斷試驗結果 21 2.6.3.3 板構材試體破壞狀況 22 2.6.3.4 柱部材試體配筋設計 22 2.6.3.5 柱部材彎曲試驗結果 22 2.6.3.6 柱部材試體破壞狀況 23 2.6.3.7 梁柱接合部試體配筋設計 24 2.6.3.8 梁柱接合部握裹定著性能試驗結果 24 2.6.3.9 梁柱接合部試體破壞狀況 25
第三章 錨定之探討分析 26
3.1 名詞定義及解釋 26
3.1.1 握裹力 26
3.1.2 彎鉤錨定 27
3.1.3 機械式錨定 29
3.1.4 擴徑錨定 31
3.2 擴徑錨定之概要分析 32
3.2.1 擴徑錨定部之尺度及形狀 32
3.2.2 錨定長度 33
3.2.3 擴徑錨定之握裹力 34
3.3 擴徑錨定鋼筋之適用範圍 35
3.4 錨定工法之比較分析 39
3.4.1 錨定工法之沿革 39 3.4.2 錨定工法之比較 40
第四章 相關試驗與結果分析 42
4.1 試驗規劃 42
4.2 擴徑錨定鋼筋之形狀及尺寸 43
4.2.1 增肉比 43
4.2.2 肉厚比 44
4.2.3 角度 44
4.2.4 偏心率 45
4.3 擴徑錨定鋼筋之化學品質試驗 45 4.4 擴徑錨定鋼筋機械性質之測試 46
4.4.1 目的 46
4.4.2 試驗裝置 46
4.4.3 試體取樣 47
4.4.4.試驗結果 47
4.4.5.試驗結果分析 48
4.5 拉拔性狀試驗測試 51
4.5.1 目的 51
4.5.2 試體取樣 51
4.5.3 試驗方法 51
4.5.4 試驗結果 51
4.5.5 結果分析 52
第五章 擴徑錨定鋼筋成本差異分析 53
5.1 鋼筋工程分析 53
5.1.1 鋼筋工程 WBS 分析 53
5.1.2 工作包分類 53
5.2 鋼筋施工流程 55
5.3 鋼筋錨定工法成本差異說明 57 5.4 鋼筋錨定工法成本因素差異影響分析 59
5.5 擴徑錨定鋼筋可行性分析個案研究 60
5.5.1 個案基本資料 60
5.5.2 個案鋼筋施工方法評估 60
5.5.3 擴徑錨定工法非成本因素之優缺點分析 63
第六章 結論與建議 64
6.1 結論 64
6.2 建議 65
參考文獻 66
表 目 錄
表 2.1 工程鋼筋施工查核缺失項目及說明依據表 06 表 2.2 竹節鋼筋之種類及符號 CNS A2006 表 1 13 表 2.3 竹節鋼筋之標示代號、單位值量及標稱尺度 14
表 2.4 竹節鋼筋之化學成分表 15
表 2.5 竹節鋼筋之機械性質表 16
表 2.6 ACI code 和 AASHTO code 基本伸展長度修正因數表 18 表 2.7 具標準彎勾之受拉鋼筋伸展長度之修正因數表 19
表 3.1 擴徑錨定之尺度範圍表 33
表 3.2 鋼筋種類及混凝土強度之組合表 35
表 3.3 錨定之工法比較表 40
表 4.1 化學成分分析結果表 46
表 4.2 試體稱號、支數及材質表 47
表 4.3 D19（SD345）拉力試驗結果表 49 表 4.4 D32（SD490）拉力試驗結果表 49
表 5.1 鋼筋工程工作包分類表 53
表 5.2 鋼筋錨定工法成本差異說明表 57 表 5.3 鋼筋錨定工法成本差異影響分析表 59
表 5.4 鋼筋施工成本參數表 60
表 5.5（摩擦焊接錨定鈑）柱鋼筋成本差異分析表 61 表 5.6（擴徑錨定）柱鋼筋成本差異分析表 61 表 5.7（摩擦焊接錨定鈑）樑鋼筋成本差異分析表 62 表 5.8（擴徑錨定）樑鋼筋成本差異分析表 62 表 5.9 鋼筋錨定工法非成本因素之優缺點分析表 63
圖 目 錄
圖 1.1 集集大地震建築物損壞要因圖 02
圖 1.2 研究架構與流程圖 05
圖 2.1 柱主筋平面圖及剖面圖 10
圖 2.2 梁主筋端部剖面圖 10
圖 2.3 梁柱主筋剖面圖 11
圖 2.4 竹節鋼筋之標示符號圖 14
圖 2.5 受拉標準彎勾型式及各式部尺寸要求示意圖 17
圖 2.6 彎勾對鋼筋伸展之有效性 18
圖 2.7 彎勾之混凝土束制不足情況 19
圖 2.8 單一或雙重機械式錨定物取代標準彎勾於梁柱接頭之應用 20
圖 2.9 板構材配筋設計圖 21
圖 2.10 荷重變形關係圖 21
圖 2.11 擴徑錨定試體破壞狀況 22
圖 2.12 180°彎勾繫筋試體破壞狀況 22
圖 2.13 柱部材配筋設計 22
圖 2.14 荷重變形關係圖 23
圖 2.15 擴徑錨定試體破壞狀況 23
圖 2.16 180°彎勾繫筋試體破壞狀況 24
圖 2.17 梁柱接合部配筋設計圖 24
圖 2.18 反覆載重變形關係圖 25
圖 2.19 梁柱接合部試體破壞狀況 25
圖 3.1 鋼筋與混凝土間握裹應力傳遞應力示意圖 26
圖 3.2 劈裂破壞與拉拔破壞示意圖 27
圖 3.3 抗拉標準彎勾圖 28
圖 3.4 彎勾施工不當造成之破壞圖例 29
圖 3.5 機械式錨定端部形狀圖 30
圖 3.6 A 股份有限公司產品 31
圖 3.7 B 股份有限公司產品 31
圖 3.8 擴徑錨定加工示意圖 32
圖 3.9 擴徑錨定擴徑部之尺度圖 33
圖 3.10 擴徑錨定長度示意圖 34
圖 3.11 擴徑錨定適用例(1) 36
圖 3.12 擴徑錨定適用例(2) 37
圖 3.13 擴徑錨定適用例(3) 38
圖 3.14 擴徑錨定適用例(4) 39
圖 4.1 擴徑錨定尺寸之測定位置圖 43
圖 4.2 增肉比測定結果圖 43
圖 4.3 肉厚比測定結果圖 44
圖 4.4 角度θ測定結果圖 44
圖 4.5 偏心率測定結果圖 45
圖 4.6 化學成分分析取樣位置圖 45
圖 4.7 拉力試驗夾軛冶具示意圖 47
圖 4.8 拉力強度試驗結果圖 48
圖 4.9 鋼筋降伏強度試驗結果圖 48
圖 4.10 D19 擴徑錨定鋼筋母材拉斷照片 49 圖 4.11 D32 擴徑錨定鋼筋尺寸圖 50 圖 4.12 D32 擴徑錨定鋼筋母材拉斷照片 50
圖 4.13 拉拔性狀試驗方法圖 51
圖 4.14 拉拔試驗結果圖 52
圖 5.1 鋼筋成本 WBS 圖 53
圖 5.2 柱鋼筋施工流程示意圖 55
圖 5.3 樑鋼筋施工流程示意圖 55
圖 5.4 板鋼筋施工流程示意圖 56
圖 5.5 牆鋼筋施工流程示意圖 56
圖 5.6 梯鋼筋施工流程示意圖 57
第一章 緒論
鋼筋混凝土係由鋼筋及混凝土組合而成，自肇始至今已逾百餘 年，至今仍為建築構造方式之主流，其應用之廣泛實為他種建築材料 所莫及。
鋼筋混凝土其特性為採用鋼筋及混凝土材料之優點互補，缺一不 可。混凝土之抗拉強度約為抗壓強度之 1/10，故於實值設計上均不予 採用，另鋼筋對於抗拉及抗壓均具優異之強度，然因於大氣中易腐蝕，
且不耐高溫，故兩者為互助其長互補其短，即於構材抗拉處配置鋼筋，
並以混凝土加以包裹，完成理想之組合構材。
921 集集大地震為台灣地區百年來空前之震災，面對八萬餘棟震毀 建築物及喪失3000 餘人之性命，我們應於震後痛定思痛之餘，記取教 訓，積極防範並提出預防對策。
地震後相關業界團體均全力投入救災行列，除蒐集震災後資訊 外，協助政府進行建築物震後安全評估 ，並協助災區復建，期間產官 學界召開了無數次國內、外研討會，並配合出版無數之調查報告及對 策刊物。建築物震災損毀雖非單一因素所致，經由本次震災統計得知 該次震災仍係因地震超出法定之規範最大值實為最大之殺手，綜合整 理歸納出要因圖[1]如圖 1.1 所示：
圖 1.1 集集大地震建築物損壞要因圖 1.1 研究動機
綜觀 921 八萬餘幢損毀建築物統計資料得知，歸納損壞要因約略 可分為以下列四大項：
一、地震強度超過規範及地質缺陷 二、建築結構設計疏失而耐震規模過小 三、使用管理不當
四、施工品質不佳
第四項施工品質不佳統計其重大缺失共計 16 小項中，半數以上涉 及鋼筋施工(註 1.1 參照圖 1.1) ，另由高雄市建築工程施工查核之統計 (註 1.2 參照表 2.1)獲知鋼筋施工缺失之數量比例僅次於施工安全及混 凝土施工，位居第三位。缺失內容 8 項涉及與鋼筋之彎勾、錨定、配 置密度有關，此與 921 大地震蒐集之鋼筋施工不良報告不謀而合。由 此可知鋼筋施工品質如何改善及提昇實為不可或缺之要項，此乃從事 本研究之動機。
1.2 研究目的
本研究經由文獻回溯及資料蒐集，廠商訪談，及實驗測試驗證等 手段進行比較探討，分析評估擴徑錨定鋼筋之性能，及其實用之效益 優劣，其目的如下:
一、經由實驗測試掌握擴徑錨定鋼筋之物性。
二、確保構材端部小型化，防止過密配筋提昇抗震。
三、鋼筋加工之省力化以提昇施工性。
四、分析擴徑錨定鋼筋之成本，探討推廣應用之可行性。
1.3 研究範圍
本研究之範圍係以一般鋼筋混凝土用鋼筋為對象，針對研究標的 之材料物性採以實驗測試為手段進行分析研究範圍包括：
一、擴徑錨定鋼筋之形狀及尺寸含增肉比測定、肉厚比測定、角度θ 測定、偏心率測定。
二、擴徑錨定鋼筋之化學品質試驗。
三、擴徑錨定鋼筋機械性質之測試含拉力強度試驗、降伏強度試驗。
四、擴徑鋼筋之拉拔試驗。
1.4 研究方法
本研究所使用之方法如下：
一、次級資料分析法
回顧相關文獻資料，探討機械式錨定之發展現況及規範。
二、實驗測試法
經由實驗規劃、設計、執行，取得相關數據，研判是否符合 規範數值。
三、比較分析法
將實驗數據與其他工法之數值比較，評估效能與優缺點。
四、個案研究法
藉由分析個案之相關資料、評估採用各工法之優缺點、效益，
證明應用之可行性。
1.5 研究架構與流程 (參照圖 1.2)
圖1.2 研究架構與流程圖
第二章 文獻回顧
目前國內建築物鋼筋混凝土約佔90%以上，由累積經驗告訴我們 建築物之受災損毀，除混凝土施工不良外，鋼筋之施作不佳為另一要 因，兩者之重要性實不相上下。
2.1 公共工程查核經驗
營建工程管理特性在於營建工程目的之達成，是有形的製造過 程，唯其工程品質具有破壞性及單一產品，不能以不合格淘汰的方法 來檢驗，而必須把握一次就做好的品質觀念，其必須確切在營建管理 上把握PDCA 的循環。其施工品質往往維繫工程品質的成敗，材料品 質控制、混凝土品質控制、鋼筋施工、細部施工品質等等，隱含著許 多知識。施工查核所得資料，數據之累積，經整理分析，可洞察出隱 含著組織文化，工作團隊一些習慣。藉由查核不斷導入知識，使工作 者工作品質提昇，進而影響工作團隊工作品質提昇，更進而使組織品 質提昇，以達品質持續改善。要以事前管理，取代事後品質檢驗，有 必要做好知識管理，以達成一次就做好的品質目標。
2.2 鋼筋施工查核項目及缺失改善依據
本小節茲將高雄市政府現行公共工程鋼筋施工查核缺失項目及說 明[2、3]，詳列如表 2.1 所示。
表2.1 工程鋼筋施工查核缺失項目及說明依據表 缺失
編碼 缺失名稱 混凝土及鋼筋混凝土工程施工
說明
32101 鋼筋保護層不足 第廿八條鋼筋保護層最小厚度 規定
32102
鋼筋搭同一斷面未錯開 第廿八條規定接頭應錯開其錯 開長度至少40 倍鋼筋直徑
表2.1工程鋼筋施工查核缺失項目及說明依據表（續）
缺失
編碼 缺失名稱 混凝土及鋼筋混凝土工程施工
說明 30103 柱之十字繫筋及彎勾處未依
規定彎紮， 十字繫筋未交 互配置且未繫於主筋部位並 綁紮固定
第廿六條鋼筋排紮均須依設計 圖排列整齊，結紮牢固
30104 鋼筋材料在加工前後未予墊 高並加帆布覆蓋
第廿四條鋼筋應妥為保護儲存 30105 主筋及箍筋未綁紮固定確實 第廿六條鋼筋排紮牢固
30106 加工後之鋼筋過於鏽蝕 第廿四條鋼筋應妥為保護儲存 30107 鋼筋搭接長度不足 第廿八條搭接長度依法規規定 30108 樓板或梁、牆鋼筋未依規定
錨定梁柱接錨定位置未超過 中心線
第廿六條鋼筋排紮均須依設計 圖
32109 臨時開口處及樓梯之預留筋 僅預留單層鋼筋或未埋設
第廿六條鋼筋排筋均須依設計 圖
32210 開口處未設補強鋼筋或未依 圖說施工
第廿六條鋼筋排筋均須依設計 圖
32211 鋼筋綁紮歪斜 第廿六規定條鋼筋結紮應牢 固，排置公差之規定
32212 箍筋未按圖彎紮1350 彎勾 或延長度不足
第廿八條規定鋼筋加工之公 差， 第廿六條規定鋼筋排置 均須依設計圖
32213 樓板角隅鋼筋未依規定排列 與加強
第廿六條規定鋼筋排紮均須依 設計圖
32214 配筋過度緊密(小於2.5 ㎝) 影響混凝土澆置
32215
鋼筋號數不符或數量或間距 不符
第廿六條規定鋼筋排置均須依 設計圖第廿八條規定鋼筋間距 公差
32216 大小樑交接處小梁主筋錨定 長未達15 ㎝
表2.1工程鋼筋施工查核缺失項目及說明依據表（續）
缺失
編碼 缺失名稱 混凝土及鋼筋混凝土工程施工
說明 32217 鋼筋表面生銹油污混凝土殘
渣
第廿四條規定妥為儲存保護 32218 穿梁位置補強筋未依合約施
設
第廿六條規定鋼筋排置須依設 計圖
32219 外露鋼構部份或連續壁鋼板 有銹蝕現象
第廿四條規定妥為儲存保護 32220 鋼筋以瓦斯切割時燒及底下
鋼筋影響強度
32321 梁箍搖晃未完全固定 第廿六條規定鋼筋排置應牢固 32322 柱筋排列有不對稱之情況 第廿六條規定鋼筋排置均須依 設計圖依設計圖第廿八條規定 排置間距公差
32323 剪力牆之橫筋與柱間無彎勾 或補強
第廿六條規定鋼筋排置應牢固 32324 樓板筋穿梁處延伸長度不足 第廿八條規定鋼筋加工之公差 32325 柱主筋長度不足 第廿八條規定鋼筋加工之公差
及搭接長度
綜合上述表2.1 可得知常見之缺失細項，改善所依據之工程契約文 件及圖說，有部份之缺失細項可得到具體改善。但尚有甚多缺失細項，
所依據之規定並無量化標準及標準作業。為達施工品質提昇，施工零 缺失的目標，承商依據契約文件擬訂施工計畫時，就應預先詳加規範，
並做好自主檢查。主辦機關對承商所提施工計畫、品管計畫，預先詳 加審查並據以查核。
綜觀上述為改善工程施工缺失，具體改善預防措施為 A.加強工程 專業人員專業素養，B.加強落實契約管理，C.落實三級品管制度，D.
主辦機關落實自主評量。所謂落實三級品管制度，亦可謂承商依造契 約的精神，按照工程類別、專案特性、工區狀況，訂定詳實施工計畫，
包括標準分項作業要領、分項作業步驟、分項作業程序、分項工作（施 工前準備，施工中，施工後）自主檢查表。配合專案工程分項作業程 序要領，訂定品管計畫，勞安衛生計畫，緊急應變計畫，送交監造單 位，判讀確認。經監造辨認後，送交工程主辦機關核備。工程主辦機 關，據此施工計畫，予以實施自主評量，以做好品保工作。工程主管 機關，採不定期工程施工評鑑，以期落實品質管理PDCA 的循環，持 續改善，提昇工程施工品質。
2.3 鋼筋施工不良原因之探討 2.3.1 柱主筋搭接
鋼筋標準圖常規定柱主筋必須兩層一搭，但是地下室安全支撐內 的柱主筋，但從未看到哪一個工地確實照圖施工，原因是兩層一搭的 鋼筋長度動輒七、八公尺，在空間有限的安全支撐內施工確實不易[4]。
2.3.2 柱頂層彎勾
柱的頂層彎勾常規定九十度朝外，則部分彎勾的尾端將伸入可能 只有十二公分且已經配置四層版筋(上、下層各有縱橫兩向)的樓版之 中，照圖施工的結果極可能是一層又一層的鋼筋讓十二公分的樓版完 工之後變成十五公分、甚至更厚，如果柱的頂層彎勾真的那麼重要，
伸入樓版是否合理，范光懿在「建築鋼筋工程現場實務」一書編寫期 間，閱讀相關文獻，日人著作「建築新配筋讀本」一書第十八頁（井 上博．北小路宏合著，建築技術株式會社，平成七年三月四版一刷。）
記載，日本方面規定柱頂四個角落的主筋應施作彎勾，其餘免施作，
與國內常見的鋼筋標準圖的規定不同。且書中的柱頂彎勾以一百八十 度繪製，因此建議當九十度標準彎勾施作不易時，可考慮採用一百八 十度標準彎勾。
樓版
圖2.1 柱主筋平面圖及剖面圖 2.3.3 梁主筋埋入長度
梁主筋在終止端的埋入柱中長度常規定在一般樓層的上部鋼筋須 符合錨定長度 Lt（頂層更長）、一般鋼筋須符合 Ld，長度相當之長。
在多數情形下，符合前述規定的彎勾尾端長度實已遠大於九十度主筋 標準彎勾所規定的 12db。如果照圖施工，試想，即使施工不是問題，
當業主要求下層梁主筋的彎勾必須朝上時，混凝土澆灌完成後的彎勾 是否將伸出樓版面之上。
圖2.2 梁主筋端部剖面圖
鋼筋標準圖中部分要求不易的規定以及諸如前述的迷惑，讓本應
照圖施工的營造廠不得已只好「圖歸圖、做歸做」，這應該不是任何人 樂見的結果。 標準圖者，施工、驗收之標準，其依據為規範。規範者，
最低標準之要求。如果結構設計者在「施作的可能性」存在之下依據 規範提高標準，則負責施工的營造廠自當照辦。再回頭討論，建築技 術規則、土木401-86 均規定主筋標準彎勾的尾端長度等於 12db，而上 部鋼筋Lt、一般鋼筋 Ld 是指直通鋼筋的錨定長度。結構設計者將直通 鋼筋的錨定長度「轉用」於梁主筋彎勾，依據許多文獻記載，此一規 定非屬適當。因此，梁主筋在終止端的埋入柱中長度須符合 Lt 或 Ld 的規定與規範意旨多有不合。當要求梁柱接頭處必須配置箍筋時，就 一般大梁的鋼筋綁紮而言，通常是先配置上層靠兩側的兩支梁主筋，
之後吊掛梁箍筋的Ｕ型部分，之後配置下層梁主筋，之後將預先置放 於梁柱接頭處上方的柱箍筋就定位，之後配置尚未配置完成的梁主 筋，最後把梁箍筋的「帽子」戴上去就完成了。在以上常見的綁紮方 法中，梁的下層主筋的彎勾尾端長度太長將「穿」不進去而無法配置。
因此，梁主筋在終止端的埋入柱中長度須符合 Lt 或 Ld 的規定雖然不 能說無法施作，但要求梁柱接頭處須配置箍筋時，與最常見的鋼筋綁 紮方法並不相容。
2.3.4 梁柱保護層
結構設計遷就業主及建築設計之要求，柱梁同寬或柱邊與梁邊齊 平，柱梁保護層要求相同，梁主筋入柱時碰上柱主筋，造成梁主筋單 向偏移使最外側梁主筋為於柱主筋之外。
圖2.3 梁柱主筋剖面圖
2.4 相關法規及規範
本研究主要係以鋼筋混凝土用鋼筋為標的，基於設備所限研究對 象則以材料物性之試驗為主軸，材料之試驗規範主要係CNS 及 JIS 規 範，其相關之法規及規範如下所示：
CNS A2006 鋼筋混凝土用鋼筋 CNS A2045 鋼筋混凝土用再軋鋼筋 CNS A2111 金屬材料拉伸試驗法 CNS A2112 金屬材料拉伸試驗法 CNS A2608 鋼筋之檢驗通則
CNS A2925 規定極限值之有效位數指示法 CNS A3940 金屬材料彎曲試驗試片
CNS A3941 金屬材料彎曲試驗法
CNS A8279 熱軋直棒鋼與捲狀棒鋼之形狀、尺度、重量及其容許差 CNS A9552 鋼筋混凝土用再軋鋼筋之檢驗法
JIS G3112 鋼筋混凝土用棒鋼之異形鋼筋 內政部:建築技術規則
建築物耐風設計規範及解說(2006-09-22) 建築物耐震設計規範及解說(2005-12-21) 結構混凝土設計規範(2003-01-01)
土木401-93 規範
日本建築學會:JASS 5，鋼筋混凝土工程(1999 年版) 日本建築學會:鋼筋混凝土構造計算同解說(1988 年版) 日本建築學會:鋼筋混凝土構物韌性保證型
耐震設計指針同解說(1999 年版) 2.5 鋼筋材料相關規範之探討
本研究之主要標的所指係以平爐、純氧轉爐製煉之鋼胚經熱軋加 工製造所稱之熱軋鋼筋。線上利用熱處理原理進行控制冷卻，並經鋼 筋本身餘熱回火之熱處理鋼筋(俗稱水淬鋼筋)則排除在外。
另本規範CNS A2006 中所指鋼筋混凝土用鋼筋不含光面鋼筋，僅針對 竹結鋼筋而言:其相關規範[5]如下所述：
表2.2 竹節鋼筋之種類及符號 CNS A2006 表 1 符 號 種 類
新稱呼 原舊稱呼 備 考 SD280 SD28
SD280W - 增進銲接性 SD420 SD42
SD420W SD42W 增進銲接性 竹節鋼筋
SD490 SD50
備考：鋼筋需經銲接加工時，宜選用SD280W 及 SD420W 增進銲接性 之鋼筋並依其化學成分，選擇合適的銲接程序。
2.5.1 竹節鋼筋之標示代號
竹節鋼筋之標示代號、單位值量、標稱尺度及節之尺度依表 2.3 所示，各部名稱則依圖2.4 所示。
最大值
（mm）
最小值
（mm）
最大值
（mm）
最大值
（mm）
D10 3 0.56 9.53 0.713 3 6.7 0.4 0.8 3.7 D13 4 0.994 12.7 1.267 4 8.9 0.5 1.0 5.0 D16 5 1.56 15.9 1.986 5 11.1 0.7 1.4 6.2 D19 6 2.25 19.1 2.865 6 13.3 1.0 2.0 7.5 D22 7 3.04 22.2 3.871 7 15.6 1.1 2.2 8.7 D25 8 3.98 25.4 5.067 8 17.8 1.3 2.6 10.0 D29 9 5.08 28.7 6.469 9 20.1 1.4 2.8 11.3 D32 10 6.39 32.2 8.143 10.1 22.6 1.6 3.2 12.6 D36 11 7.9 35.8 10.07 11.3 25.1 1.8 3.6 14.1 D39 12 9.57 39.4 12.19 12.4 27.6 2.0 4.0 15.5 D43 14 11.4 43 14.52 13.5 30.1 2.1 4.2 16.9 D50 16 15.5 50.2 19.79 15.8 35.1 2.5 5.0 19.7 D57 18 20.2 57.3 25.79 18 40.1 2.9 5.8 22.5
節距平均 值（P）
單一間隙寬 度（b）
節 之 尺 度
竹節鋼 筋標號
單位質量 節之高度
（W）
（kg/m）
標稱直 徑（d）
（mm）
標稱剖 面積
（S）
（cm2）
標示 代號
標稱周 長
表2.3 竹節鋼筋之標示代號、單位值量及標稱尺度
圖2.4 竹節鋼筋之標示符號圖
註：1.表 2.3 之數字之計算方法依下列所示，計算值依 CNS2925（規定 極限值之有效位數指示法）修整。
2.單位質量（kg/m）
W=0.785×S 修整為有效位數三位所得之值。
3.標稱剖面積（cm2）
修整為有效位數三位
100
d
0.7854 ×
2S =
4.標稱周長（cm）
L=0.3142×d 修整至小數點以下一位。
5.最大節距（mm）
p=0.7×d 修整至小數點以下一位。
6.最小節高（mm）
修整至小數點以下一位。
) D57 D19
( ) D16 (
) D13 D10
100 ( 4
至 至
d
7.最大單一間隙寬度（mm）
b=1.25×L 修整至小數點以下一位。
2.5.2 鋼筋之化學成分
鋼筋混凝土用竹節鋼筋之化學成分依 CNS 之規定如表 2.4 所示：
表2.4 竹節鋼筋之化學成分表
化學成分（％）
種類 製造方法 符號
C Mn P S Si C.E.（2）
SD280 - - 0.060
以下
0.060
以下 - - SD420
SD490
0.32 以下
1.80 以下
0.050 以下
0.050 以下
0.50 以下
0.57 以下 竹
節 鋼 筋
熱 軋
SD280W SD420W
0.30 以下
1.50 以下
0.040 以下
0.040 以下
0.50 以下
0.55 以下
×d
= 4.5 d
×
=
×
=
100 5 100 a
a a
降伏強度 抗拉強度 N/mm2 N/mm2
2號 ≧ 14
3號 ≧ 18
2號 ≧ 14
3號 ≧ 2.5.3 鋼筋之機械性質
鋼筋混凝土用竹節鋼筋之機械性質如表 2.5 所示：
表2.5 竹節鋼筋之機械性質表
2號 ≧ <D19：5d 3號 ≧ ≧ ：6d 2號 ≧ <D19：3d 3號 ≧ D19~D25：
4d
>D25：6d 彎曲直徑
180° 4d 符號
實際抗拉 強度/實際
降伏強度
試片 伸長 率
4d SD280 ≧ ≧
180°
SD280
W 280~380 ≧ SD420 420~540 ≧
≧ 180°
備考：凡超過D32之竹節鋼筋，每增加稱號3，伸長率減少2％，但最多 4％為限。
彎曲 角度
180°
種 類
竹 節 鋼 筋
（3）：降伏點不明顯時以0.2％橫距法測定 SD420
W 420~540 ≧ ≧
－
1
－
註 以減少
2.6 其他相關文獻回溯 2.6.1 彎勾錨定
鋼筋混凝土構材所提供錨定之空間若允許的話，鋼筋踩直線伸展 最為容易，但實際上長受限於構材尺寸，而改採用傳統式標準彎勾以 符合錨定強度及伸展長度之需求，然而標準彎勾之尺寸，如圖2.5 所 示，需要相當大的錨定空間方能容納，尤其在構材接合部位如梁柱接 頭，除了要容納來自各方向穿插而過的鋼筋外，尚須提供空間來容納 彎勾的延伸段以確保錨定無虞，常造成鋼筋排置過密，不僅鋼筋排置 綁紮不易，亦影響到混凝土的澆置品質，部份區域更為配合埋設水電 管線而將彎勾尾端切除，凡此種種，均不利於結構性能。
抗拉彎勾之破壞模式通常為彎勾所在面為一混凝土不連續面，而 彎勾內緣混凝土受壓而膨脹，引發之劈裂力致其轉彎段兩側混凝土之 劈裂，或是轉彎半徑過小，局部應力集中致其轉彎段內緣混凝土擠碎，
為了避免此類的破壞，就須降低彎勾在轉彎段內之拉應力，或直線段 拉長，可降低轉彎段之應力，進而避免破壞。
混凝土劈裂
混凝土擠碎
A T
圖2.5 受拉標準彎勾型式及各式部尺寸要求示意圖[6]
具標準彎勾之受拉鋼筋伸展長度之修正因素包含混凝土保護層、
超量鋼筋、輕質混凝土、環氧樹脂塗布鋼筋及源自混凝土或箍筋以抵 抗劈裂之束制效應，和直線鋼筋不同之處是彎勾之伸展長度無所謂頂
ldh
12db
彎曲半徑
(a)抗拉彎勾之破壞模式
(b) 90 標準彎勾。
(c) 180 標準彎勾。 6db
5db D10至D25 4db D29,D32,D36 D43,D57
4db or 6.5cm min
臨界斷面
臨界斷面
ldh
fy
層鋼筋效應，而彎勾也不易使用頂層鋼筋之定義去辨別，彎勾部分在 抗壓時無效，故在鋼筋受壓時不計彎勾伸展效應，如圖2.6 所示。
抗拉
T
T C
C
無效 抗壓
圖 2.6 彎勾對鋼筋伸展之有效性
ACI code[7]對具標準彎勾受拉鋼筋之基本伸展長度lhb之設計公式 為:
f (in) f l d
' c y b
hb 50
= 1 (2.1)
AASHTO code[8]對具標準彎勾受拉鋼筋之基本伸展長度lhb之設計 公式為:
f (in) f l d
' c y b
hb 60
= 38 (2.2)
ACI code和AASHTO code之設計公式差別在於前者 、 之單位 為psi，而後者之使用單位為ksi。爾者計算之基本伸展長度再依表 2.6 修正，修正後之伸展長度 不得小於 8d
fy fc'
ldh b或 6in。
表2.6ACI code 和 AASHTO code 基本伸展長度修正因數表
側保護層≧2.5，且若 90°彎勾直線延伸段保護層 2.0≧ in 0.7 彎勾之全部伸展長度ldh為間距≦ 之箍筋或肋筋所圍封 3 0.8
使用輕骨材混凝土 1.3 塗布環氧樹脂 1.2
土木401-93[9]對具標準彎勾受拉鋼筋之基本伸展長度 之設計公 式為:
ldh
' c
y b
hb f
f l 0.075d
= (2.3)
但ldh不得小於 8db或 15cm
具標準彎勾之受拉鋼筋若有下列各情況，其lhb應依表2.6 修正。在 構材不連續端內之鋼筋標準彎勾，其兩側面及頂面或底面保護層小於 6.5cm時，其彎勾之全部伸展長度 須被間距 3ldh ≦ db之箍筋或肋筋所圍封:
db為彎勾鋼筋之直徑，如圖2.7 所示。
表2.7 具標準彎勾之受拉鋼筋伸展長度之修正因數表
考慮因素 修正lhb之條件 修正因數
保護層
D36 或較小鋼筋，其側面保護層(垂直彎勾 平面) 6.5cm≧ ，且若 90°彎勾直線延長段之 保護層≧5cm
0.7
箍筋或肋筋
D36 或較小鋼筋，其彎勾之全部伸展長度 為間距≦3d
lhb
b之箍筋或肋筋所圍封；db為彎 勾鋼筋之直徑。
0.8
超量鋼筋
鋼筋實際之使用量超過分析之需要量：
(1)鋼筋錨定或伸展經特別要求能發展至f y (2) 其它
1.0 需要之As 使用之As
輕質混凝土 輕質骨材混凝土 1.2 環氧樹脂
塗布鋼筋 經環氧樹脂塗布之彎勾 1.3
圖2.7 彎勾之混凝土束制不足情況
l dh
斷面A
斷面A 2db
3db
db
小於6.5cm
小於6.5cm
2.6.2.機械錨定台灣相關之研究
羅俊雄等[10]2000 年在國家地震工程研究中心執行 2 支建築梁柱 接頭反覆載重試驗，接頭內梁主筋採焊接錨定鈑的head bars，試體在 勁度與消能性的維持表現良好，梁柱主筋及箍筋皆採用head bars 之試 體，其整體表現優於僅主筋採用head bars 及彎勾箍筋之試體。
台灣科技大學李啟瑞[11]2004 年執行 2 支實體尺寸鋼骨鋼筋混凝 土（SRC）梁柱結構試體之試驗，結果顯示梁主筋使用螺紋節鋼筋加 錨定物（Anh/Ab=5.25）在接頭區錨定，與使用標準彎勾試體比較，在 未發生鋼骨撕裂前之強度、勁度、遲滯行為相仿，而錨定物可有效避 免在鋼筋接頭交匯處無法施工之難度，且提高施工效率，錨定物與鋼 筋間未灌注膠結漿體之試體，其接頭裂縫寬度有增加之趨勢。
雲林科技大學余思穎[12]2006 年亦完成 4 支鋼筋混凝土梁柱接頭 試體之反覆載重試驗，同樣採用螺紋節鋼筋加錨定物（Anh/Ab=5.25）
取代梁主筋90°彎勾入柱，梁柱接頭正交與偏心各半，如圖 2.8 所示，
測試結果顯示梁主筋採用單一機械式錨定物者，其耐震性能與採用彎 勾者相近，而採用雙重機械式錨定物則可進一步提昇韌性與消能能力。
圖 2.8 單一或雙重機械式錨定物取代標準彎勾於梁柱接頭之應用 由於梁柱接頭使用機械式錨定時，臨界斷面距錨端還有一定的埋 置深度可以合併計算，故較小的錨定鈑淨承壓面積是可行的，日本和 台灣的螺紋節鋼筋錨定物直徑約為2.5db，淨承壓面積比約 5 至 6 倍 [13]，需配合一定的埋置長度作錨定。日本建築學會建議在梁柱接頭區 梁主筋入柱埋置長度至少3/4 柱深以上，亦不得少於 12 db。
2.6.3 擴徑錨定鋼筋國外相關試驗
日本高周波工業株式會社[14、15、16]2003 年執行板構材彎曲剪 斷試驗、柱部材彎曲試驗、梁柱接合部之握裹定著性能試驗，試體設 計及試驗結果如下：
2.6.3.1 板構材試體配筋設計，如圖 2.9 所示：
混凝土強度：24N/mm2 D19： SD345 D10： SD345
D10 D19
D19
擴徑錨定 180 彎勾繫筋
試驗區間
。
圖2.9 板構材配筋設計圖 2.6.3.2 板構材彎曲剪斷試驗結果，如圖 2.10 所示：
圖2.10 荷重變形關係圖
2.6.3.3 板構材試體破壞狀況，如圖 2.11 及 2.12 所示：
圖2.11 擴徑錨定試體破壞狀況
圖2.12 180°彎勾繫筋試體破壞狀況
柱 混凝土強度：24N/mm2 主筋：D16-30本 箍筋：D13@100
箍筋 D13@100
15-D16
水平荷重
垂直 荷重
2.6.3.4 柱部材試體配筋設計，如圖 2.13 所示：
15-D16
D13@100
D16
圖2.13 柱部材配筋設計圖 2.6.3.5 柱部材彎曲試驗結果，如圖 2.14 所示：
圖2.14 荷重變形關係圖
2.6.3.6 柱部材試體破壞狀況，如圖 2.15 及 2.16 所示：
圖2.15 擴徑錨定試體破壞狀況
D10(SD390)-120ctc 8-D19(SD490)42N/mm2 D10(SD390)-100ctc 20-D22(SD490)60N/mm2 圖2.16 180°彎勾繫筋試體破壞狀況
2.6.3.7 梁柱接合部試體配筋設計，如圖 2.17 所示：
圖2.17 梁柱接合部配筋設計圖
2.6.3.8 梁柱接合部握裹定著性能試驗結果，如圖 2.18 所示：
圖2.18 反覆載重變形關係圖 2.6.3.9 梁柱接合部試體破壞狀況，如圖 2.19 所示
圖2.19 梁柱接合部試體破壞狀況
第三章 錨定之探討分析
3.1 名詞定義及解釋
本節針對握裹力、彎勾錨定、機械式錨定、擴徑錨定等名詞加以 定義並解釋相關內容。
3.1.1 握裹力
依美國 ACI 規範早期對鋼筋錨定之要求可分為錨定握裹強度與撓 曲握裹強度兩種，惟近年來已放棄後者認定鋼筋在特定伸展長度範圍 內平均握裹強度較具意義[17、18]。
伸展長度之主要功能係將鋼筋之拉力有效的傳遞至周遭之混凝 土，該等拉力之傳遞媒介即依賴鋼筋與混凝土界面向之握過應力來提 供。如此方能確保鋼筋與混凝土組合形成複合結構應用以抵抗自身及 外來之載重。
依CNS 規範鋼筋按型狀可分成為剛面鋼筋與竹節鋼筋兩種，光面 鋼筋之握裹應力係靠沙漿與鋼筋表面之膠結作用產生，其破壞模式為 滑移作用，緣此為增強鋼筋與混凝土間之握裹應力，通常均採用竹節 鋼筋，其應力之傳遞主要係繫依靠鋼筋竹節斜面支承軸壓與側壓之合 力，兩者握裹應力之傳遞機構如圖3.1 所示：
圖 3.1 鋼筋與混凝土間握裹應力傳遞應力示意圖[19]
當軸向力造成鋼筋週遭混凝土劈裂，無法傳遞握裹應力時稱為劈 裂破壞，反之若因摩擦力造成滑遺作用時則稱為拉拔破壞，如圖 3.2 所示：
圖3.2 劈裂破壞與拉拔破壞示意圖
一般鋼筋之握裹強度及握裹長度之需求值假設拉應力為均勻分布 時，可依(3.1)式求得，式中：
μ π db
ld = Abfs
（3.1）ld:握裹長度
Ab:鋼筋單支截面積 fs:鋼筋之拉應力 db:鋼筋標稱直徑 μ:握裹長度 3.1.2 彎勾錨定[13]
鋼筋混凝土構材若無足夠之空間配置伸展長度提供握裹應力時，
一般均改採標準彎勾替代 (參照圖 3.3)：
Compacted powder
Crushed concrete Failure surface
a
c
圖3.3 抗拉標準彎勾圖
彎勾錨定亦須相當之容納空間，尤以構材接合處如梁柱、梁與梁、
梁與版之接合卻需容納各方向穿插通過之鋼筋外，尚須配置水電管路 為此常造成配筋過密，鋼筋綁紮不易混凝土澆置不佳產生空洞蜂窩現 象外，施工過程中常因施工不易而將彎勾加以切除，導致外力作用下 造成損毀現象，圖3.4 所示實為921 大地震所留下之最佳見證。
ldh
12db
彎曲半徑
90 標準彎勾。
180 標準彎勾。 6db
5db 4db D10至D25
D29,D32,D36 D43,D57
4db or 6.5cm min
ldh D
fy 135 標準彎勾。
D= 4 (D10至D16)db
D= 8 (D19至D25) A2=12 (D19至D25)db db db
A2= 8 (D10至D16)
臨界斷面 臨界斷面
圖3.4 彎勾施工不當造成之破壞圖例
依土木工程學會 401-93之設計規範要求，標準彎勾受拉鋼筋之伸 展長度lhb 設計公式如(3.2)式所示：
' c
y b
hb f
f l 0.075d
= （3.2）
式中lhb 不得小餘8db 或 15cm。 3.1.3 機械式錨定
依照結構混凝土設計規範及土木401-93之規定：
1.任何機械式錨定能用以伸展鋼筋之強度，而無害於混凝土者均可 使用。
2.機械式錨定之適當與否需經實驗証明。
3.鋼筋之伸展長度Ld 可用機械式錨定加上由機械式錨定至鋼筋最 大應力點之間之埋置長度合併計算。
機械式錨定係於鋼筋端部利用焊接或車牙接續塊錨定板形成錨定 俗稱Headed Bar[20、21]，鋼筋受拉時端部拉出一呈混凝土錐體以平衡 鋼筋拉力，進而達成錨定作用，機械式錨定1960 年代源自美國，依美
國、加拿大等歐美及日本等開發廠商之不同，端部錨定平鈑之形狀有 方形、矩形、圓形、橢圓形等，端部面積約為鋼筋截面積之10倍[22]， 參照圖3.5。
圖3.5 機械式錨定端部形狀圖
台灣目前尚處生產試用階段，經查有 A 股份有限公司生產製造包 括螺紋節鋼筋、接續器、錨定物等配件，參照圖3.6，及B股份有限公 司生產製造，採用摩擦焊接圓形端版等產品，參照圖3.7。
圖3.6 A股份有限公司產品
圖3.7 B股份有限公司產品 3.1.4 擴徑錨定
日本阪神大地震之後結構物為了提昇耐震性能鋼筋量顯著增加，
構材之剪斷補強筋端部組成135度及180度彎勾者普遍可見，921集集 大地震後RC之再建造工程亦然。
緣此，鋼筋工程之施工性之降低，並導致採用機械錨定等措施致 使施工成本增加。另都市建築之集約化及高層化，粱柱、粱與粱、粱 與版接合部之鋼筋過度集中，致使配筋過密，為此錨定端部之鋼筋收 納不易更形複雜，造成混凝土填充空洞化，進而影響施工品質。
近年來，日本高周波工業株式會社為了降低製造成本，及提昇施 工性，改良機械式錨定開發研製了擴徑錨定[14、15、16]。如圖3.8 所 示，於鋼筋之端部利用高頻(高周波)誘導加熱，以油壓千斤頂加壓成 形，由於加熱溫度穩定、高性能，其精確度之加工性良好，故可獲得 低成本之成品。
圖3.8 擴徑錨定加工示意圖 3.2 擴徑錨定之概要分析
所謂擴徑錨定係於竹節鋼筋之端部設置截面椎體似之擴徑部，促 使錨定部之性能向上提昇。擴徑部之成形加工系利用高頻率誘導式加 熱，並以受力頭罩加壓成形一體製成之單一元件。
3.2.1 擴徑錨定部之尺度及形狀
擴徑錨定之擴徑部係利用竹節鋼筋端部在加熱之狀態下於軸方向 加壓製成。其擴徑部各細部之尺度及形狀如表3.1 及圖3.9所示。
表3.1 擴徑錨定之尺度範圍表（單位mm）
D10 D13 D16 D19 D22 D25 D29 D32 D36 D39 D43 D50 最大 27 36 45 53 62 71 80 89 98 107 116 142 最小 24 32 40 48 56 64 72 80 87 95 103 127 最大 14 19 24 29 33 38 43 48 52 57 62 76 最小 8 10 13 15 18 20 23 25 28 30 33 41 偏心量 最大 1.9 2.6 3.2 3.8 4.4 5.1 5.7 6.4 7.0 7.6 8.3 10.2
鋼筋稱號
（D50為參考值）
項目
t D0
擴徑錨定之擴徑部尺度如下所示：
1.擴徑部之直徑（D0） 2.擴徑部之厚度（t）
擴 徑 部 直 徑 D0
擴徑部厚度t
D標稱直徑
圖3.9 擴徑錨定擴徑部之尺度圖 3.2.2 錨定長度
擴徑錨定鋼筋所產生之應力係指擴徑錨定部之支壓及鋼筋軸部握 裹力傳遞至混凝土所形成。一般錨定長度係指混凝土面至擴徑鋼筋末 端距離扣除鋼筋稱呼各數值(mm)而言，如圖 3.10所示：
1.0db
錨定長度ld
混凝土澆置面至鋼筋末端之距離
db 鋼筋標稱直徑(單位 mm
圖 3.10 擴徑錨定長度示意圖 3.2.3 擴徑錨定之握裹力
擴徑錨定之容許握裹力(Pa)主要係指鋼筋軸部之握裹力(Pba)及擴 徑部之容許側壓力(Pca)兩者合成而言，如(3.3)式所示：
Pa=Pba+Pca （3.3） 式中
Pa=擴徑錨定之容許握裹力(N)
Pba=擴徑錨定鋼筋軸部錨定長度(ld)之容許握裹力(N) Bca=擴徑錨定擴徑部側壓力之容許側壓力(N)
為確保握裹力之計算，原則上應同時考慮鋼筋之應力及混凝土強 度之條件，依日本設計規範要求，如表3.2所示，為鋼筋種類之強度與 混凝土強度之組合範圍，同時為防止側面劈裂剝落，規定最小側面保 護層厚度應為2.5db。
表3.2 鋼筋種類及混凝土強度之組合表 鋼筋種類 混凝土強度範圍 SD295A，B
SD345
SD395 Fc27以上 SD490 Fc40以上 Fc21以上
3.3 擴徑錨定鋼筋之適用範圍
擴徑錨定鋼筋之適用範圍如以下所述，(圖3.11~圖 3.14所示)： 一、大梁及基礎梁主筋之梁柱接合部之錨定。
二、最上層柱主筋之柱頭，或最下層柱腳之柱梁接合部錨定。
三、小梁主筋與大梁之錨定。
四、牆筋之柱、梁及直交壁之錨定。
五、版筋埋入梁與牆之錨定。
六、配置於牆及基礎板厚度方向之繫結鋼筋端部的錨定。
七、小梁主筋及樓板之重疊接合部。
上述通用範圍中第二 ，第六項仍須遵照下列之限制規定。
（一）最上層外柱之柱頭梁柱接合部之大梁上端配筋錨定不適用。
（二）設置於接合部上側之箍筋內時，柱主筋之錨定長度應為梁高之 1.5倍以上或為 40db。
（三）為保有水平耐力，設置錨定之柱端部不得形成鉸接。
（四）適用於筏基或連續基礎形式下端筋之錨定，基礎下端筋錨定長 度應為柱寬之1.5 倍或40db。且需設置於接合部外側之箍筋內。
（五）筏式版厚度方向採用擴徑鋼筋時，作用於構面外方向之剪斷力 僅考慮計算低於混凝土容許剪斷力之配筋。
最上層外柱梁之接合部
40d以上
(D/2)以上
(柱頭突出之情況)
最上層中間柱梁之接合部 (柱頭突出之情況)
D D
40d以上 (D/2)以上
最上層外柱梁之接合部 (柱頭無突出之情況)
最上層中間柱梁之接合部 (柱頭無突出之情況)
中間層外柱梁之接合部 中間層中間柱梁之接合部(梁具高底差)
圖3.11 擴徑錨定適用例(1)
最下層外柱柱腳基礎梁之接合部
(無基腳之情況) (有基腳之情況)
最下層外柱柱腳基礎梁之接合部
小梁主筋與大梁之錨定 版筋與梁之錨定
牆筋與柱之錨定 牆柱及筏版之固定
圖 3.12 擴徑錨定適用例(2)
SRC造之主筋(擴徑錨定貫穿Web時) SRC造之主筋(擴徑錨定不貫穿Web時)
圖 3.13 擴徑錨定適用例(3)
PCa柱
現場澆置混凝土 PCa柱
現場澆置混凝土
PCa梁
PCa柱 PCa柱
預鑄(PCa)造主筋 預鑄(PCa)造主筋 (錨定部現場澆置時) (錨定部為預鑄時)
預力混凝土造之主筋
圖 3.14 擴徑錨定適用例(4) 3.4 錨定工法之比較分析
3.4.1 錨定工法之沿革
機械式錨定之構想出自鋼構造中鋼骨與混凝土結合時所適用之剪 力錨定，起源於1960 年帶 Lehigh 大學[23]，由測試結果得知顯示使用 足夠長度之Headed Studs 植焊(Stud Welding)錨定於柱梁構材之混凝土 之 flamge 內，即可獲得抗拉及抗剪強度，發揮了類似竹節鋼筋之錨定 握裹作用。
1980 年代以後，歐美經 Metalock 公司、ERICO 公司、Decon 公司 等[24、25]之研究開發，磨擦悍接及車牙續接圓盤等各種端鈑形式之機 械式錨定T Headed bar 定相繼問世。
同為地震帶之日本如東京鋼鐵KK(TTK) [26] ，生產之機械式錨定 係利用鋼筋軋製成或螺紋狀配合續接器或錨定物形成Headed bar，規格 化產品可大量生產及獲得品質之控制。
另合同製鐵KK[27]之產品係將依小段螺桿以高壓磨擦方式接合於 竹節鋼筋末端，再旋上錨定鈑。其他伊籐製鐵 KK 及台灣富盛實業等 之產品均類似TTK 之熱軋螺紋節機械式錨定。
前述機械式錨定工法目前於歐、美、日等均已到發戰成熟之階段，
但學術性研究部分具商業機密不對外公開(因專利關係)為最大憾事，機 械錨定在台灣並無使用上之限制障礙，惟需經更進一部之試驗推廣方 可使用。
進入2000 年代日本之第一高周波工業株式會社發展出「附擴徑部 竹節鋼筋之機械式錨定工法」，此仍係利用竹節鋼筋之末端經高頻誘導 加熱，並利用冶具模組加壓製成錐狀T Headed bar 一體成形製品。
3.4.2 錨定工法之比較
本小節係針對標準彎勾，機械式錨定及擴徑式錨定就其外觀、性 狀、機理、設計原則及施工性等比較歸納如表3.3 所示。依錨定發展沿 革而言，錨定可大分類為標準彎勾及機械式錨定兩種，其中機械式錨 定近年來尚可細分為一般機械式及擴徑是兩種。
表3.3 錨定之工法比較表
錨定方式
項目 標準彎勾 機械式錨定 擴徑式錨定
外觀形狀 z 主筋 90°，180°彎勾 z 肋筋或箍筋 90°，180°
z 錨定端部依廠商不 同形狀有矩形、方 形、圓形、橢圓形等
z 圓錐截面體（蓮霧 型）
製造方式 z 竹節鋼筋以人力或採用 機械輔助加工
z 竹節鋼筋加錨定鈑 z 摩擦焊接
z 車牙（螺紋）續接
z 高頻誘導加熱冶見 擠壓一體成形
表3.3 錨定之工法比較表（續）
錨定方式
項目 標準彎勾 機械式錨定 擴徑式錨定
機理 z 彎勾內緣之混凝土受壓 膨脹而劈裂破壞 z 彎曲內徑若過小，易導
致應力集中，致使轉彎 段內緣混凝土擠碎
z 鋼筋受拉時，會構成 混凝土錐體，用以平 衡鋼筋拉力，進而達 成錨定作用。
z 錨定應力包括錨定 端鈑承受之應力fs head 與竹節鋼筋段 之握裹應力fs bond。
z 同機械錨定 z 錨定端鈑改由末端
圓錐體側軸壓承受
設計原則 z 混凝土保護層、超量鋼 筋、混凝土種類、環亞 樹脂塗布及束制效應等 均需考量修正因數。
z 需較長之伸展長度，導 致配筋過密混凝土澆置 不佳。
z 彎曲內徑 D10~D25 不得 小於6db，D19~D36 為 8db，D39 以上為 10db。
z 較大號數鋼筋伸展長度 較長。
z 機械式錨定之長度 若以標準彎勾為基 準，當c/db=3.0 或 c/db=6.0 時依廠商產 品不同，均可減少 30~63%
z 依 ASTH 規範端鈑 面積為主筋面積之 10 倍或相對面積比 Anh/Ab=9
z 埋置長度較具彈性 可緩和接頭區 z 錨定鈑面積較大
者，fs head 較大，其 所需伸展之握裹錨 定長度則可較小
z 因具有 180°彎勾及 U 型錨定之功能故 通用於需高耐震部 位
z 錨定於製造加工 時，因不需錨定鈑 故於類似機械錨定 工法中價格最為低 廉
z 擴徑錨定之端部因 製造過程可達成小 型化故可避免配筋 過密之缺陷，可大 幅改善混凝土澆置 之品質以提升耐震 能力
施工性 z 彎勾可於工廠或現場以 人工或機械輔助加工 z 費時、費用
z 鋼筋彎紮配置時，增加 施工成本
z 錨定於工廠加工，尺 度規格一致可大量 生產
z 組合簡單，可降低成 本，惟台灣尚待推 廣。
z 擴徑錨定之加工機 械簡單可於工廠或 工地施工製造 z 端部面積較小施工
方便，構材可獲較 自由之空間有利於 高層建築之施工
第四章相關試驗與結果分析
依內政部台營字號0910084633 號令規定公佈「結構混凝土設計規 範」並自92 年 1 月 1 日實施。規範中 5.7 有關機械式錨定規定如下 3 項(1)任何機械式錨定規定混凝土者，均可使用。(2)機械式錨定之盪與 否須經試驗證明。(3)鋼筋之伸展長度 Ld 可用機械式錨定加上由機械式 錨定至鋼筋最大應力點間之埋置長度合併計算。因此當機械式錨定不 足以讓鋼筋發展其強度時，則可於臨界斷面與機械錨定間增加鋼筋之 埋置長度以補足其差額。
本章乃就第(2)項規定針對機械式錨定之各項相關試驗，進行分析 驗證。
4.1 試驗規劃
本研究試驗項目受限於材料來源、試驗場地，規劃執行下列四項 試驗。
4.1.1擴徑錨定鋼筋之形狀及尺寸 一、增肉比測定
二、肉厚比測定 三、角度θ 測定 四、偏心率測定
4.1.2. 擴徑錨定鋼筋之化學品質試驗 4.1.3. 擴徑錨定鋼筋機械性質之測試 一、拉力強度試驗
二、降伏強度試驗
4.1.4. 拉拔性狀試驗測試
測試材料係由日本第一高周波株式會社提供之加工完成符合JIS
規範SD295A、SD345、SD390、SD490 之擴徑錨定鋼筋。
4.2 擴徑錨定鋼筋之形狀及尺寸
從SD345 D10，D25，D51 各取樣 20 支共 60 支，進行增肉比，肉 厚比，角度 θ，及偏心率之測定，測定之位置如圖 4.1 所示，另測試結 果如圖4.2~圖 4.5 所示。
1.2d
d=標稱直徑
*厚度 t = 自端部增肉徑1.2d距離之厚度
*偏心量 = 鋼筋軸之中心至增肉徑中心之距離
增肉徑中心
偏心量 厚度 t 角度 £c
增肉徑Do
圖4.1 擴徑錨定尺寸之測定位置圖 4.2.1.增肉比
D10，D25，D51 之增肉比(擴徑錨定鋼筋之直徑 Do/公稱直徑)之範 圍，D10 為 2.51d~2.55d，D25 為 2.51d~2.52d，D51jo62.53d~2.55d，圖 4.2 為增肉比之測定結果。
圖4.2 增肉比測定結果圖
0 5 10 15 20
2.50 2.51 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 增肉比（×d）
測試支數
D10 D25 D51
4.2.2.肉厚比
D10，D25，D51 之肉厚比(擴徑錨定鋼筋之厚度 t/公稱直徑)之範 圍，D10 為 0.9d~1.2，D25 為 0.9d~1.1d，D51 則為 1.0d~1.1d，肉厚比 之測定桔果如圖4. 3 所示。
0 5 10 15
0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
肉厚比(×d)
測試支數
D10 D25 D51
圖4.3 肉厚比測定結果圖 4.2.3.角度
D10，D25，D51 之角度 θ 的範圍，D10 為 110°~160°，D25 為 110°~130°，D51 為 115°~120°，測定結果如圖 4.4 所示。
0 5 10 15 20
100 以上
110未滿 110
以上 120未滿 120以
上130未滿 130
以上 140未滿
140 以上
150未滿 150
以上 160未滿 160以上
170未滿
角度θ（°）
測試支數
D10 D25 D51
圖 4.4 角度 θ 測定結果圖
4.2.4.偏心率
D10，D25，D51 之偏心率(擴徑錨定之偏心量/公稱直徑 x100)之範 圍D10 為 1~7%，D25 為 1~6%，D51 則為 1~4%，偏心率之測定結果 如圖4.5 所示。
0 2 4 6 8 10
0 1 2 3 4 5 6 7 8
偏心率（﹪）
測試支數
D10 D25 D51
圖4.5 偏心率測定結果圖 4.3 擴徑錨定鋼筋之化學品質試驗
擴徑錨定端部係利用誘導加熱到1300℃後，再以千斤頂加壓成 形，因此竹節鋼筋於熱軌壓延後，是否會隨再加熱鋼筋組成之化學成 分因而產生變化，為探討分析之重點，緣此如圖4.6 所示，於圈記之擴 徑部與素材部取樣，送交符合CNLA 規定之試驗室依 CNS，(鋼材製品 之分析方法)進行分析，試驗結果如表 4.1 所示。
D51(SD345)
30 100
擴徑部
素材部
圖4.6 化學成分分析取樣位置圖
表4.1 化學成分分析結果表
化學成分（％）及符號 取樣位置
C Mn P S Si
素材部 0.26 1.07- 0.025 0.038 0.20 擴徑部 0.26 1.08 0.024 0.038 0.19
SD420 SD490
0.32 以下
1.80 以下
0.050 以下
0.050 以下
0.50 以下 CNS 規定
SD280W SD420W
0.30 以下
1.50 以下
0.040 以下
0.040 以下
0.50 以下
由表4.1 結果得知加熱擴徑部與素材部兩者之化學成分幾近完全 相同，研判兩者並無變化，確認產品於製造過程穩定並無化學變化，
且合乎JIS 及 CNS 規定。
4.4 擴徑錨定鋼筋機械性質之測試 4.4.1.目的
一、針對擴徑錨定進行拉力試驗，檢測降伏點､拉力強度是否合乎CNS A2006 鋼筋混凝土用鋼筋
二、確認破壞是否發生於鋼筋軸部而非擴徑部 4.4.2.試驗裝置
拉力試驗使用符合CNS9470 規定之萬能試驗機，一端採用慣用之 竹節鋼筋夾具，他端(擴徑圓錐形端)則採特製之夾軛冶具如圖 4.7 所示
