鋼筋混凝土柱 主筋合理淨間距之探討與組合繫筋之應用

一、前言

鋼筋混凝土(RC)柱斷面之橫向鋼筋(Transverse Reinforcement),其主要作用為提供剪力強度、避免縱向鋼筋受壓挫屈及圍束核心混凝土,對於地震頻仍地區的建築物,後二者對於柱撓曲韌性的發展非常重要的。傳統的橫向鋼筋,通常由一根圍繞斷面的完整外箍筋,以及數根一端具135度彎鉤(或180度彎鉤)、且另一端為90度彎鉤的繫筋所組成,如圖1所示。

國內現行設計規範[1]規定,柱主筋的淨間距不得小於1.5倍主筋直徑、1.33倍骨材最大粒徑及40mm。以D32(#10)鋼筋為例,主筋之淨間距可能僅有48 mm,繫筋之安裝將相當困難。設計者在配筋時,往往僅考慮到設計規範對主筋淨間距的要求,而忽略了安裝傳統繫筋所需之施工間距,因此工地常有繫筋安裝困難、施工品質不佳的現象發生。

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二、混凝土結構設計規範有關橫向鋼筋之規定

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三、RC柱鋼筋配置之設計建議

3.1 考量繫筋安裝施工性之RC柱主筋合理淨間距

國內現行設計規範規定柱主筋的淨間距不得小於1.5倍主筋直徑、1.33倍骨材最大粒徑及40 mm。其主要目的在於使混凝土澆置時,混凝土易於通過鋼筋之間隙進入模板內,完全充滿鋼筋與模板間及鋼筋與鋼筋間之空間,不致產生蜂窩現象,並避免鋼筋排列過密,以致發生剪力或乾縮裂縫,但此一規定並未考慮繫筋安裝的施工性。在彎鉤及彎鉤延伸段,都符合規範規定的情況下,一般而言,RC柱主筋間應有80~100 mm之淨間距,繫筋才比較容易施作。

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四、組合繫筋實務使用注意事項

以橫向鋼筋間距100 mm,並採用D13鋼筋之上下搭接組合繫筋為例,也就是說一層橫向鋼筋包含外箍筋及兩向的組合繫筋,其總厚度達到5倍橫向鋼筋的直徑,在塑性鉸區橫向鋼筋密集配置時,組合繫筋與外箍筋的淨間距僅為35 mm,施工較為困難,如圖6所示。如果組合繫筋使用水平搭接,則一層橫向鋼筋的總厚度,會與使用傳統繫筋或兩端使用180度彎鉤之一體繫筋相同,亦即3倍橫向鋼筋的直徑,且組合繫筋與外箍筋的淨間距,會與使用傳統繫筋或兩端使用180度彎鉤之一體繫筋相同。

五、結語

有鑑於未來規範對於RC柱承受高軸力時,主筋束制的要求更趨嚴格的趨勢,未來繫筋安裝將愈形困難。針對國內中高層RC建築物之高軸力底層柱構件,本文提出考量繫筋安裝施工性之RC柱主筋合理淨間距,以及滿足組合繫筋搭接長度之最小RC柱尺寸,期能對國內工程技術之提升有所助益,並避免歷次地震中,高層RC建築物底層柱破壞,造成建築物整體產生傾斜甚至倒塌的悲劇再次發生。

參考資料

1.內政部 (2019)。"混凝土結構設計規範"。內政部營建署全球資訊網https://www.cpami.gov.tw/。

2. ACI Committee 318 (2014). "Building code requirements for structural concrete (ACI 318M-14) and commentary (ACI
318RM-14)", Michigan, USA.

3.李台光、陳正誠、華根 (2012)。"大型鋼筋混凝土方形柱軸壓行為之探討"。結構工程第27卷第2期第3-20頁,中華民國結構工程學會。

4.李台光、陳正誠 (2015)。"含組合繫筋及組合內箍筋RC柱之耐震性能"。結構工程第30卷第1期第34-52頁,中華民國結構工程學會。

5.李台光、陳正誠 (2016)。"不同軸力作用下組合繫筋之一體性及RC柱之耐震性能"。結構工程第31卷第2期第5-24頁,中華民國結構工程學會。

6. ACI Committee 318 (2011). "Building code requirements for structural concrete (ACI 318M-11) and commentary (ACI 318RM-11)", Michigan, USA.

7.內政部 (2002)。"結構混凝土施工規範"。內政部營建署全球資訊網https://www.cpami.gov.tw/。

表1 考量繫筋施工性之RC柱主筋合理淨間距

繫筋標稱直徑

(mm)

主筋標稱直徑

(mm)

RC柱主筋合理淨間距

135/135繫筋

(mm)

組合繫筋及180/180繫筋

(mm)

10

22

113

63

25

110

60

29

106

56

32

103

53

36

99

49

13

22

128

81

25

125

78

29

121

74

32

118

71

36

114

67

 

 

表2 滿足組合繫筋搭接長度之最小RC柱尺寸

橫向鋼筋強度

(MPa)

混凝土強度

(MPa)

D10(#3)鋼筋

D13(#4)鋼筋

所需搭接長度

(mm)

所需柱寬

(mm)

所需搭接長度

(mm)

所需柱寬

(mm)

280

28~70

390

470

390

470

420

28

390

470

483

570

35

390

470

432

520

42

390

470

394

480

49~70

390

470

390

470

 

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圖1 鋼筋混凝土耐震柱的橫向鋼筋配置示意圖(施工圖)

 

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圖2 合乎ACI 318M-14要求之橫向鋼筋配置圖

 

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圖3 組合繫筋組成示意圖

 

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圖4 配置135/135繫筋之主筋合理淨間距(單位:mm)

 

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圖5 配置組合繫筋及180/180繫筋之主筋合理淨間距(單位:mm)

 

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圖6 上下搭接組合繫筋與外箍筋淨間距(單位:mm)

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