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。
二、混凝土結構設計規範有關橫向鋼筋之規定
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。
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 |
圖1 鋼筋混凝土耐震柱的橫向鋼筋配置示意圖(施工圖)
圖2 合乎ACI 318M-14要求之橫向鋼筋配置圖
圖3 組合繫筋組成示意圖
圖4 配置135/135繫筋之主筋合理淨間距(單位:mm)
圖5 配置組合繫筋及180/180繫筋之主筋合理淨間距(單位:mm)
圖6 上下搭接組合繫筋與外箍筋淨間距(單位:mm)
【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】
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