樓版高低差跨過梁頂之版鋼筋配置方式探討

前言

有技師同仁提問:『地梁之梁深不同,底面之高程不同,頂面相同。但工地誤將地梁底面施作成相同,致部分樓版鋼筋因地梁高程差(見圖1),而無法將樓版鋼筋,於過梁處穿入梁箍筋內錨定。』,此種情形如何改善?

此種情形,有時也會發生在樓版面有高低差的情況,且此種情況,除會發生在地梁外,也會發生在一般樓層。一般來說,設計工程師會把樓版之頂面與梁之頂面設計為同一高程,渠主要原因乃,係樓版厚度與梁高度重曡,可降低樓層高度。另外,如果支撑樓版之梁,若須用來平衡二側樓版之不平衡彎矩時,樓版之鋼筋可直接與梁鋼筋作連結,而無需透過補強筋。上項所述誤失,筆者斗膽提出其改善方式及所須考量之因素,供工程先進參考,不當之處,尚請不吝指正。

考量因素及補強鋼筋量

各種狀況決定方法,分述如下:

狀況1:二側樓版無不平衡彎矩須傳遞進入梁内

當設計圖所標示樓版鋼筋,在該梁之二側為相同量時,表示樓版二側之彎矩大致相同,則此種情況只要配置橫向"ㄇ"形連結鋼筋及防裂鋼筋,再將樓版鋼筋直通跨過梁頂即可。至於"ㄇ"形連結鋼筋之量,建議採D10或D13,其間距以不大於30cm為原則,且其錨定入梁箍筋內之長度須大於伸展長度。至於沿梁軸向之防裂鋼筋之配置量,則須依現行「混凝土結構設計規範與解說"第3.7.1節規定:「為控制受撓裂紋,梁與單向版內受拉鋼筋,應按第3.7.2節之規定,妥予分佈於構材斷面最大受撓拉力區,但雙向版應按第6.4節之規定。」,及第3.7.2節規定:「最接近構材受拉面之鋼筋中心距s,應按下列規定:

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式中:fs為在使用載重下算得之鋼筋應力,但亦可用(2/3)fy替代之;cc為撓曲受拉鋼筋或預力鋼筋至最近受拉面之淨保護層厚度。s若接近最外受拉面,僅有單支鋼筋或鋼線時,s為最外受拉面寬度。」。

為達到限制受撓裂紋之目的,許多結構以工作應力法及低鋼筋應力設計。當使用高強度鋼筋承受高使用載重時,可預期將發生可見之裂紋,為耐久性及美觀之理由,須利用鋼筋配置細節(detail)控制受撓裂紋,使其產生許多細小之髮絲裂紋,會比少數幾條較寬裂紋更好。對使用規定降伏強度 fy ,超過2,800 kgf/cm2鋼筋之構材,控制受撓裂紋特別重要。若使用規定降伏強度 fy 達4,200 kgf/cm2之鋼筋,有良好之鋼筋細節設計,可適當的控制受撓裂紋。經國外廣泛試驗證實,使用載重下受撓裂紋之寬度與鋼筋之應力成正比。於鋼筋細節設計時,最重要影響裂紋之變數,為鋼筋之保護層厚度及鋼筋間距。

即使在良好之試驗環境下,受撓裂紋之寬度亦受收縮及其他時間因素影響,而出現很大之變化,但當鋼筋妥善分佈於混凝土之最大拉力區時,可使受撓裂紋控制獲得改善。

現行規範直接限制最大鋼筋間距,取代土木401-86a及以前版本的規範所使用之z 值之規定;並為符合載重組合係數之降低,提高土木401-93使用載重下之鋼筋應力fs 及公式內之係數;對於使用fy=4,200 kgf/cm2主鋼筋,保護層厚5cm之梁,用(2/3)fy替代 fs 時,最大鋼筋間距為25 cm。

結構物之裂紋寬度具高度變異性,土木401-86a規範規定鋼筋分佈,依經驗公式限制最大裂紋寬度在0.040 cm以內。自土木401-93規範起對間距之規定,可限制裂紋寬度在一般實用上可接受之程度,但對於一些特定結構可能過寬。裂紋與鋼筋腐蝕之關係,尚有爭論,研究顯示:通常承受使用載重下應力之鋼筋,其腐蝕與裂紋寬度並無明顯關聯。因此,早期對內露與外露構材不同之規定,予以剔除。

狀況2:二側樓版有不平衡彎矩須傳遞進入梁内

此時沿梁軸向之防裂鋼筋之配置量,則須依現行「混凝土結構設計規範與解說"第3.7.1節及第3.7.2節之規定計算最少防裂鋼筋間距及鋼筋量外,其橫向"ㄇ"形連結鋼筋量之決定,須至少達二側版筋量之差值;且其間距以配合二側版鋼筋間距之較小值為原則(見圖2),其間距以不大於30cm為原則。又,錨定入梁箍筋內之長度,須大於與梁箍筋間所需之錯位搭接長度(見圖2)。

狀況3:僅單側有版之情況且有不平衡彎矩須傳遞進入梁内

若為僅單側有版之情況,則橫向"ㄇ"形連結鋼筋量及間距,建議同版筋錨定入梁箍筋內之長度,須大於與梁箍筋間所需之錯位搭接長度。沿梁軸向之防裂鋼筋之配置量,則須依現行「混凝土結構設計規範與解說"第3.7.1節及第3.7.2節之規定計算最少防裂鋼筋間距及鋼筋量。

結語

由版筋跨過內梁的現象,表示版在梁上方為連續邊,亦即固接,因此宜以梁二側版筋之大者,連續直通跨過梁為正確作法,公會標準圖有提供,若不連續直通也應以二側之大者配置二側相同量,並採錯位搭接,才能使二側彎矩平衡,以避免梁受太大扭力。二側版筋若採不連續直通,搭接長又不足,則很容易沿梁二側產生長向開裂。以適當間距配置之多支小號鋼筋,較配置同面積之少支大號鋼筋,對受撓裂紋之控制為佳。

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圖1 地梁頂面位於版底下情況

 

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圖2 補強筋配置示意圖

 

 

 

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