鋼筋搭接長度之再簡化

內容說明

筆者曾於技師報892期討論:當fc' =245 kg/cm2 (或更大),引用受拉鋼筋之基本伸展長度公式,推導出以下結論:
鋼筋搭接長度:D22或較大鋼筋以52 db為搭接長度。
       D19或較小鋼筋以40 db為搭接長度。
本文再進一步探討:當使用「高」強度混凝土時,鋼筋基本伸展長度會「減小」,鋼筋搭接規定是否可以再簡化?依據混凝土結構設計規範(民國100年土木401-96a),當fc' =350 kg/cm2 受拉鋼筋搭接長度,D22或較大鋼筋以55 db為搭接長度(詳附表A);而依據土木技師公會標準圖RC03也是55 db,經過筆者檢討,依規範第5.3.3節之詳細計算法,D22或較大鋼筋得以40 db為搭接長度;亦即,當使用高強度混凝土時fc' =350 kg/cm2 (或更大) 受拉鋼筋皆得以40 db為搭接長度,鋼筋搭接作業可以再簡化並減少浪費。

規範符號

K tr 為橫向鋼筋指標符號。
cb = 下列兩項之較小者:
(1) 鋼筋或鋼線中心至最近混凝土表面之距離;cm。
(2) 待伸展鋼筋或鋼線之中心間距之半;cm。
db = 鋼筋之標稱直徑;cm。(見圖1:梁鋼筋組立)

計算過程

本規範提供兩種方法供工程師選用,其一為第5.3.2節之簡易估算法,其二為第5.3.3節之詳細計算法。第5.3.3節係考慮鋼筋周遭之圍束效應,所謂圍束效應係來自鋼筋周圍混凝土保護層厚度和鋼筋間距(cb),以及橫向鋼筋之使用量(Ktr)。若鋼筋受到較高程度之圍束,則其握裹強度會提高,反之則降低。

混凝土結構設計規範5.3.3節鋼筋受拉伸展長度l d 之計算:
K tr 為橫向鋼筋指標,若鋼筋周遭圍束太好,
即(cb + Ktr ) / db > 2.5時,握裹破壞將由劈裂式轉為拉拔式,因此規範規定(cb + Ktr ) / db 不得大於2.5。
表A之搭接長度,係依據混凝土結構設計規範 (土木401-93),第5.3.4.2節之簡易估算法,鋼筋圍束修正因數 = 0.67,fc' =350 kg/cm2 受拉鋼筋搭接長度。
表1 當fy =4200 kg/cm2,第5.3.2節之簡易估算法,箍筋用量

待伸展主筋 直徑cm 箍 筋 間 距 cm 箍筋量cm2/M
鋼筋D22 2.22 D13 @ 46  D10 @ 26  5.55
鋼筋D25 2.54 D13 @ 40  D10 @ 22  6.35
鋼筋D29 2.87 D13 @ 35  D10 @ 20  7.18
鋼筋D32 3.22 D13 @ 31  D10 @ 18  8.05

表格中箍筋用量(cm2/M) = 2.5 db (詳計算式附件A),基於 Ktr=0.5 db。

修正因數db / (cb + Ktr)等於0.67,亦即cb + Ktr等於1.5 db

其中cb = db 而 Ktr=0.5 db(cb + Ktr)

然而經過第5.3.3節之詳細計算法,考慮鋼筋周遭之圍束效應,採用鋼筋圍束情況之修正因數 =0.5,搭接長度可以減少為40 db。

表2 fy =4200 kg/cm2,修正因數=0.5,(Ktr 等於db )詳細計算箍筋量

待伸展主筋 直徑cm 箍 筋 間 距 cm 箍筋量cm2/M
鋼筋D22 2.22 D13 @ 23  D10 @ 13  11.1
鋼筋D25 2.54 D13 @ 20  D10 @ 11  12.7
鋼筋D29 2.87 D13 @ 18  D10 @ 10 14.4
鋼筋D32 3.22 D13 @ 16  D10 @ 9 16.1

表格中箍筋用量(cm2/M),基於 Ktr=1.0 db,亦即表1用量「加倍」。
修正因數=0.5即 db / (cb + Ktr)等於0.5,即cb + Ktr等於2.0 db
其中cb = db 此乃鋼筋最小淨間距不小於1.0 db而 Ktr=1.0 db。
以上兩種方法(表1,表2)皆基於:鋼筋最小淨間距不小於db,然而當鋼筋最小淨間距不小於2.0 db (結構設計常見),採用表1鋼筋圍束情況,亦可相當於修正因數=0.5,搭接長度也可以減少為40 db。因為,修正因數=0.5即 db / (cb + Ktr)等於0.5,即cb + Ktr等於2.0 db,其中cb =1.5 db 此乃鋼筋最小淨間距不小於2.0 db而 Ktr=0.5 db (為表1採用)。

經過上述說明,圍束鋼筋(橫向箍筋)拉力區用量達:
表2(主鋼筋最小淨間距不小於1.0 db) 或

表1(主鋼筋最小淨間距不小於2.0 db ) ,

都是鋼筋圍束情況之修正因數 = 0.5,亦即(cb + Ktr ) / db 等於2.。
符合規範規定(cb + Ktr ) / db 不得大於2.5。

小結:當箍筋量達表1or表2中之間距,搭接長度為40 db。
表列鋼筋搭接長度

D22或較大鋼筋依照鋼筋圍束情況之修正因數 = 0.5,表格列出鋼筋拉力區伸展長度,當fc' =350 kg/cm2,皆不會超過31 db (=S1) (詳附表A),依此列出鋼筋搭接長度。

表3 D22或較大鋼筋搭接長度

受拉鋼筋搭接等級 + 位置 搭接長度 搭接長度
梁上層中段鋼筋甲級搭接 1.3 S1 40 db
梁下層端部鋼筋乙級搭接 1.3 S1 40 db
筏基梁上層端部鋼筋甲級搭接 1.3 S1 40 db
筏基梁下中段層鋼筋乙級搭接 1.3 S1 40 db
 
  柱筋搭接僅容許於淨長中央1/2  
  柱筋隔層搭接 1/2主鋼筋    S1 31 db
  柱筋搭接1/2主鋼筋, 位置錯開S1      S1 31 db
  其他柱筋搭接 1.3 S1 40 db

D19或較小鋼筋受拉鋼筋伸展長度,各情況皆不超過31 db (詳附表A), D19或較小鋼筋受拉鋼筋伸展長度S1 = 31 db ;D19或較小鋼筋受拉鋼筋搭接長度 1.3S1 = 40 db。

結論

當梁柱端部區之橫向箍筋量達到表1或表2間距,不必採用簡易估算法(修正因數 = 0.67);可改採用詳細計算法(修正因數=0.5),搭接長度可以從55 db減少為40 db 。

總結:當fc' =350 kg/cm2 (或更大):

鋼筋搭接長度:

D22或較大鋼筋以40 db為搭接長度;

D19或較小鋼筋以40 db為搭接長度。

為簡化鋼筋搭接施工作業,減少錯誤率,兼顧經濟又安全,筆者列出鋼筋搭接長度(詳附表B),建議土木技師公會標準圖RC03可以再簡化,當fc' =350 kg/cm2 (或更大) 受拉鋼筋皆得以40 db為搭接長度。

附件A計算式

945-2-1

945-2-2

圖1 梁鋼筋組立

表A 鋼筋之基本伸展長度與修正長度

受拉鋼筋之基本伸展長度

945-2-3

kg / cm2 ld =受拉鋼筋之伸展長度 (單位: db)
fy =  4200 鋼筋直徑 基本長度 修正因數 修正因數
(修正1.0) 0.67 0.5
fc' =  245 D19或小 61.7 41.3 30.9
D22或大 75.1 50.3 37.6
fc' =  280 D19或小 57.7 38.7 28.9
D22或大 70.3 47.1 35.1
fc' =  350 D19或小 51.6 34.6 25.8
D22或大 62.9 42.1 31.4

說明

1.fc' =350 kg/cm2 受拉鋼筋搭接長度,D22或較大鋼筋以55 db為搭接長度,是以表A(修正因數0.67)之中42.1 x 1.3 = 55. 計算。

2.修正因數0.5是為了將表A(修正1.0)之中62.9 x 0.5 = 31.4 而訂出,其中cb = db 此乃鋼筋最小淨間距不小於1.0 db而 Ktr=1. db,亦即 db / (cb + Ktr)等於0.5。

3.db / (cb + Ktr)等於0.5,即cb + Ktr等於2.0db,其中cb =1.25 db 此乃鋼筋最小淨間距不小於1.5 db而 Ktr=0.75db。

表B 高強度混凝土鋼筋搭接長度

當使用高強度混凝土:fc' =350 kg/cm2(或更大)。 fy =4200 kg/cm2。

1.鋼筋D19(或較小)皆以40 db 為搭接長度。

2.版、牆、小梁皆以40 db 為搭接長度。

3.梁柱鋼筋D22(或較大),將 ld 伸展長度訂為:受拉鋼筋伸展長度 S1 = 31 db。

搭接等級  鋼 筋 情 況 搭接長度
甲級 搭接長度內鋼筋用量最少為分析需要量之兩倍     S1
 fS < 0.5 fY;且搭接長度內之搭接鋼筋面積百分比不大於50%。
乙級 其他 1.3 S1
輕質混凝土,環氧樹脂塗布,成束鋼筋修正因數,詳見建築技術規則。

4.梁柱鋼筋D22(或較大)搭接長度

大梁受拉鋼筋搭接等級 + 位置 搭接長度 搭接長度
大梁上層中段鋼筋甲級搭接 1.3 S1 40 db
大梁下層端部鋼筋乙級搭接 1.3 S1 40 db
 
  柱筋搭接僅容許於淨長中央1/2  
  柱筋隔層搭接 1/2主鋼筋    S1 31 db
  柱筋搭接1/2主鋼筋,位置錯開S1。      S1 31 db
  其他柱筋搭接 1.3 S1 40 db

5.大梁端部箍筋:箍筋fy =4200 kg/cm2 不少於以下箍筋量:(單位cm)。

大梁主筋 主筋最小淨間距至少1.0 db 主筋最小淨間距至少2.0 db
鋼筋D22 D13 @ 26   D10 @ 15   D13 @ 59   D10 @ 33  
鋼筋D25 D13 @ 23   D10 @ 13   D13 @ 52   D10 @ 29  
鋼筋D29 D13 @ 20   D10 @ 11   D13 @ 46   D10 @ 26  
鋼筋D32 D13 @ 18   D10 @ 10   D13 @ 41   D10 @ 23  

6.當符合以上規定時,受拉鋼筋一律以40 db為搭接長度。

945-2-4

圖2 鋼筋伸展與搭接長度(B)

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】



【版權重要說明】:本網站內容係由該著作權人或團體同意下轉載、或由該作者或會員自行創作上載發表之沒有違反著作權之圖稿內容,一切內容僅代表該個人意見,並非本網站之立場,本站不負任何法律責任;若讀者認為文章或評論有侵權不妥之處,請與聯絡我們,將儘速協同處理;同時未經本網站同意請勿任意轉載內容,我們也將保留一切法律追訴權利。