鋼筋混凝土梁柱接頭 鋼筋施工性之探討

一、前言

鋼筋混凝土由於具有工程造價較低、勁度高、受風力或地震力作用下，側向位移較小等優點，因此臺灣地區以鋼筋混凝土做為建築結構材料的情形相當普遍。依據內政部營建署107年營建統計年報[1]，核發建築物建造執照資料顯示，國內鋼筋混凝土造建築，樓地板面積約佔總樓地板面積的70%。

國內建築設計實務上，投資興建房屋之業主，經常要求土木、結構技師，將梁及柱構材的尺寸，盡可能縮小，導致梁、柱及梁柱接頭鋼筋的配置，變得十分擁擠。然而，梁柱接頭攸關整體結構安全至鉅，其設計應考慮柱及梁主筋，與橫向鋼筋配置之施工空間、及可施工性，以確保梁的主筋能依規範規定錨定、混凝土澆置時能夠確實搗實、以及橫向鋼筋能發揮預期的圍束效果。

對於內部及外部梁柱接頭，除橫向鋼筋依相鄰柱構材端部配置外，梁的主筋有不同設計規定。針對內部梁柱接頭，ACI 318M-14[2]規定，當梁的主筋貫穿梁柱接頭時，若使用常重混凝土，則平行於梁主筋方向之柱尺寸，不得小於最大梁主筋直徑之20倍，其原因在於承受反覆彎矩作用下，梁柱接頭內直通的梁主筋可能滑移，其握裹應力可能很大，因此取平行於梁主筋方向之柱尺寸，不得小於最大梁主筋直徑之20倍。

對於外部梁柱接頭，梁主筋終止於柱內時，標準彎鉤應延伸至柱圍束核心區之另一面錨定。另根據ACI 352R-02及NIST(2016)[3,4]，柱箍筋與標準彎鉤尾端間之最大淨間距為50 mm，另最小淨間距為25 mm，以確保混凝土澆置品質。

有鑒於鋼筋混凝土梁柱接頭之鋼筋綁紮施工困難，本文建議可以組合外箍筋(包含2根兩端均為135度彎鉤之L型肋筋)及組合繫筋，取代傳統外箍筋及繫筋。此外，並提出RC梁柱接頭兩根相鄰柱主筋，可貫穿之合理梁主筋數，以及外部梁柱接頭，因應外側梁主筋錨定的內側梁主筋之最小淨間距，藉以改善RC梁柱接頭的施工性，並提升梁柱接頭的施工品質。

二、混凝土結構設計規範之梁主筋相關規定

三、組合外箍筋及組合繫筋應用於RC梁柱接頭

梁柱接頭橫向鋼筋可發揮圍束接頭核心混凝土，並強化梁及柱主筋錨定的功能。由於傳統完整環繞式的箍筋不易施工，因此有一種新型式的組合箍筋被提出，每一組合外箍筋包含2根兩端均為135度彎鉤之L型肋筋(如圖1)。依據研究[5]，以2根兩端為135度彎鉤的L形肋筋交疊而成的組合箍筋，取代鋼筋混凝土柱的傳統完整箍筋，其圍束效果良好，且對於鋼筋籠的製作也不困難。而梁柱接頭橫向鋼筋之施工困難度，更甚於柱構材，建議傳統外箍筋可替換為組合外箍筋，以提高梁柱接頭的施工性。

另一方面，每一支組合繫筋，由兩支一端為180度彎鉤、另一端為直線的J形鋼筋，搭接組合而成(如圖2)。組合繫筋的安裝，可由柱之對邊往柱內插入，只要主筋淨間距滿足設計規範的要求，即有足夠的空間來安裝組合繫筋，且每一支J形鋼筋之180度彎鉤，都可以和主筋密接，不但施工相當容易且施工品質佳。

此外，組合繫筋之其中一支J形鋼筋，將其直線端架在外箍筋上；第二支J形鋼筋的直線端，以鐵絲固定在第一支J形鋼筋上，如此可以避免混凝土澆置時J形鋼筋移位。依據研究成果[6、7、8]，含組合繫筋之RC柱試體，進行軸向載重試驗及撓曲試驗，試驗結果發現組合繫筋的圍束效果比傳統繫筋佳，且不亞於兩端使用180度彎鉤之一體繫筋。而且採用組合繫筋，一方面可以改善繫筋之施工性，另一方面可以提升繫筋圍束混凝土之有效性(每一組合繫筋具有兩個耐震彎鉤；而每一傳統繫筋僅具有1個耐震彎鉤)。因此，如果在梁柱接頭，將一端為135度彎鉤而另一端為90度彎鉤的傳統繫筋，替換為組合繫筋，則可以顯著提升RC梁柱接頭之施工性。

四、梁柱接頭兩根相鄰柱主筋可貫穿之梁主筋數

六、結語

以組合外箍筋(包含2根兩端均為135度彎鉤之L型肋筋)及組合繫筋，取代梁柱接頭的傳統外箍筋及繫筋。另RC梁柱接頭兩根相鄰柱主筋可貫穿之合理梁主筋數，以及外部梁柱接頭因應外側梁主筋錨定的內側梁主筋之最小淨間距都明確的情況下，可改善RC梁柱接頭的施工性，並提升梁柱接頭的施工品質。

參考資料

1.內政部營建署 (2020). "107年營建統計年報"，內政部營建署網站http://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.Joint ACI-ASCE Committee 352 (2010). "Recommendations for design of beam-column connections in monolithic reinforced concrete structures (ACI 352R-02)", Michigan, USA.

4.NIST (2016). "Seismic design of reinforced concrete special moment frames: A guide for practicing engineers", Second Edition, GCR 16-917-40, NEHRP Seismic Design Technical Brief No. 1, produced by the Applied Technology Council and the Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering for the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD.

5.李台光、華根、陳正誠 (2013)。"大尺寸鋼筋混凝土柱橫向鋼筋圍束效應之研究"。技師期刊，第63期，第40-46頁，台北市土木技師公會。

6.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。

7.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。

8.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。

9.李台光 (2019)。"鋼筋混凝土柱主筋合理淨間距之探討與組合繫筋之應用"。技師報，第1202期，第2-3版，社團法人臺灣省土木技師公會。

表1受拉竹節鋼筋標準彎鉤之伸展長度

圖1 組合外箍筋示意圖

圖2 組合繫筋示意圖

圖3 2根柱主筋可貫穿1根梁主筋之最小間距(單位: mm)

圖4 2根柱主筋可貫穿2根梁主筋之最小間距(單位: mm)

圖5 2根柱主筋可貫穿3根梁主筋之最小間距(單位: mm)

圖6 外主筋D10～D25 所需內側主筋之最小間距(單位: mm)

圖7 外主筋D29～D36所需內側主筋之最小間距(單位: mm)

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