談 梁及柱構材 横向閉合箍筋之配置細則

一、前言

近年，國內發生數起鋼筋混凝土構造房屋建築物，在地震中倒塌的案例，其中以民國88年9月21日凌晨1時47分15.9秒，台灣中部的南投山區發生芮氏規模7.3的集集大地震，即使在兩百公里遠的臺北市，震度仍有4到5級。臺北市松山區八德路、虎林街口的「東星大樓」發生崩塌事件，共造成87條人命喪生及75個家庭流離失所；民國105年2月6日清晨3點57分，南台灣高雄美濃發生芮氏規模6.4強震，地震深度16.7公里，造成位於台南市永康區永大路的「維冠金龍大樓」倒塌災情慘重，整棟呈90度轉折，橫躺在永大路二段上，造成115人死亡。

查，該二幢建築物均因柱構材承載力不足而發生倒塌災害。而柱承載力不足的主要原因之一是箍、繫筋不足。梁及柱構材，横向閉合箍筋配置之正確細節，或多或少會増加鋼筋用量；部分設計技師為了迎合起造單位，減少鋼筋用量的要求，結構專業技師為爭取業務，常常有意無意避而不遵守設計規範之規定。新版「混凝土結構設計規範」草案（下稱新版草案），對梁及柱之横向閉合箍筋配置規定更加嚴格。本文對上述草案中新規定，就一般工程師易遺漏的細節提出説明，謹供工程師參考，不當之處，尚請不吝指正。

二、梁、柱構材，箍、繫筋之配置細則

依據新版草案，對梁及柱之橫向鋼筋作了重大變革，規範草案已修訂完成，並提送内政部營建署轉由建築研究所審議，已於109年12月初結束審查。茲將變革内容説明如下：

2.1 柱塑鉸區箍筋之新規定

（1）第18.4.5.1節規定：「距每一接頭面ℓ_o之範圍內、及在非彈性側向位移所引起撓曲降伏之任何斷面兩側各ℓ_o之範圍內，其橫向鋼筋應按第18.4.5.2至18.4.5.4節之規定配置。ℓ_o之長度應至少為(a)至(c)之最大值：(a) 在接頭面處或任何可能發生撓曲降伏斷面處之柱深；(b) 柱淨長之1 / 6；(c) 45cm 。」

（2）第18.4.5.2節規定：「橫向鋼筋須符合(a)至(f)之規定：(a) 橫向鋼筋應包含單個或重疊螺箍筋、圓形閉合箍筋或含與不含繫筋之直線型閉合箍筋；(b) 直線型閉合箍筋與繫筋之彎轉段，均須圍繞於外周之縱向鋼筋；(c) 在第25.7.2.2節 (縱向鋼筋不大於D32，箍筋之直徑應為D10) 規定之限制下，繫筋應可使用與閉合箍筋同尺度或較小之鋼筋。沿著縱向鋼筋與沿著斷面周邊，相鄰繫筋端部(不同彎鉤型式)應交替；(d) 直線型閉合箍筋或繫筋，應按第25.7.2.2節與第25.7.2.3節(每個角隅及每隔一根縱向鋼筋，應有箍筋角隅提供橫向支撐，沿著箍筋方向之無橫向支撐鋼筋至有橫向支撐鋼筋的淨距不得大於15 cm)規定，提供縱向鋼筋側向支撐；(e) 鋼筋應配置，使沿柱周邊上，受繫筋轉角或閉合箍筋各肢側向支撐之縱向鋼筋，間距hx不超過 35 cm ；(f)在P_u ＞0.3A_gf_c¢ 或f_c¢ > 700 kgf/cm²之直線型閉合箍筋柱，沿柱核心周邊之每一縱向鋼筋或束筋，應有閉合箍筋轉角或繫筋彎轉段(以135。耐震彎鉤為有效彎鉤)，所提供之側向支撐，且h_x之值應不超過20 cm 。P_u應為含E之因數化載重組合所得之最大壓力。」

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表1 18.4.5.4特殊抗彎矩構架柱之橫向鋼筋

1254-2-2

【説明】於撓曲降伏通常會發生的柱兩端，研究顯示如建築物底層柱底，其軸力與彎矩需求特別高，橫向鋼筋配置的長度範圍，宜增加50%或更多 (Watson等人，1994)。受閉合箍筋轉角或耐震彎鉤側向支撐之數目才屬有效圍束，對較高P_u /A_gf_c¢值而言，壓力控制行為是可預期的。對較高混凝土軸壓強度而言，行為傾向於較脆性，為達到預期的性能，透過以箍筋轉角或繫筋彎轉段，提供所有縱向鋼筋側向支撐來改善圍束效果 (蔡宛婷等人，2016)，h_x限制改為20 cm 係為改善在前述臨界狀況下之性能。對束筋而言，閉合箍筋與繫筋之彎轉段需將其圍繞，且得考慮較長的彎鉤延伸段。柱之軸力P_u，應反映地震與重力載重兩者之因數化壓力需求。h_x前版係指閉合箍筋或繫筋各肢間之距離；在新版的規範中，h_x係指受箍筋與繫筋支撐之縱向鋼筋中心距離。間距不超過構材最小尺度1/4之規定，係為使混凝土有足夠的圍束作用。間距不超過6倍主筋直徑之要求，旨在於混凝土剝落後束制縱向鋼筋挫屈。間距10 cm係為圍束混凝土；若繫筋或重疊閉合箍筋相鄰各肢之間距為20 cm或更小，第18.4.5.3節允許放寬此限制至最大值 15 cm 。

過去規範一直使用表18.4.5.4中表達式(a)、(b)、(d)、與(e)計算所需之圍束鋼筋，以確保混凝土保護層剝落後，不會導致柱軸力強度之損失。表達式(c)與(f)由柱試驗資料之回顧而得 (Elwood等人，2009)，旨在使柱能承受0.03之位移比，且僅呈現有限度的強度衰減。表達式(c)與(f)在軸力大於0.3A_gf_c′時開始使用，該軸力對於對稱的鋼筋混凝土柱而言，約對應開始進入壓力控制行為。若柱之縱向鋼筋具緊密間距之側向支撐時，k_n項 (Paultre 與Légeron 2008) 可降低該柱所需之圍束，係因該類柱相較於縱向鋼筋具較大間距之柱，更能有效地被圍束。k_f項增加fc′＞700 kgf/cm²柱之所需圍束，係因該類柱若無適當圍束可能產生脆性破壞。使用混凝土強度大於
1000 kgf/cm²宜謹慎，因相關柱之試驗資料相當有限。矩形核心斷面兩方向皆需符合表18.4.5.4中表達式(a)、(b)、與(c)。對每一方向而言，bc為垂直構成A_sh之箍筋肢之核心尺度。

採用一端或二端「J」形耐震彎鉤之搭接式繫筋，可有效減低繫筋用量，亦可較容易澆置混凝土；若採用二端「J」形耐震彎鉤之搭接式繫筋，其搭接長度應可降低，繼而減少搭接式繫筋之鋼筋用量。

2.2柱中間段箍筋量如何配置？

第18.4.5.5節規定：「於第18.4.5.1節所規定長度ℓ_o範圍之外，除非第18.4.4.3節或第18.4.6節(剪力強度)，另有要求較多之橫向鋼筋量，否則柱應採用符合第25.7.2至25.7.4節(耐震彎鉤須緊繞於縱向鋼筋上)規定之螺箍筋或閉合箍筋，其間距s應不超過柱最小縱向鋼筋直徑之6倍與 15 cm 之較小值。」

【説明】震後調查顯示，顯著破壞發生於柱之中間部分，而最小需要量之閉合箍筋或螺箍筋，可提供沿柱長度方向較均勻之強度。

2.3柱縱向鋼筋搭接範圍箍筋量如何配置？

第18.4.4.3節規定：「......搭接續接僅容許於構材長度之中央1/2內，並應設計為拉力搭接，且應被圍封於符合第18.4.5.2節與第18.4.5.3節之橫向鋼筋內。」。

【説明】在構架中柱端容易產生保護層混凝土之剝落，使得此區域之搭接容易受到損壞。若要使用搭接，則得置於柱半高附近，相較於接頭附近處，該區之反復應力易侷限於較小應力範圍內。因為彎矩沿高度分布之不確定性，且受反復應力下搭接之圍束需求(Sivakumar等人，1983)，搭接區需要配置橫向鋼筋。

2.4 梁之縱向鋼筋在什麼情況下須以繫筋隔根鉤住？

依據新版草案，梁之縱向鋼筋在下列情況下，須以繫筋隔根鉤住：

（1）第9.7.6.4.1節：「(梁) 橫向鋼筋應設置於整個需要縱向受壓鋼筋之範圍，縱向受壓鋼筋之側向支撐應依照第9.7.6.4.2節至第9.7.6.4.4節之規定設置閉合肋筋或閉合箍筋。」，以防止挫屈。

（2）第9.7.6.4.2 節：「(梁)橫向鋼筋之尺度應至少為(a)或(b)，應可使用相等面積之麻面鋼線或銲接鋼線網：(a) 對於縱向鋼筋為D32及較小者：D10；(b) 對於縱向鋼筋為D36及較大者與縱向成束鋼筋：D13。」

（3）第9.7.6.4.3節：「(梁)橫向鋼筋之間距不得超過(a)至(c)之最小者；(a) 縱向鋼筋之16db；(b) 橫向鋼筋之48db；(c) 梁之最小尺度。」

（4）第9.7.6.4.4節規定：「(梁)縱向受壓鋼筋之配置，應使得每一角隅鋼筋及每隔一根受壓鋼筋，由夾角不大於135° 之橫向鋼筋圍繞。且沿著橫向鋼筋每邊，任何未受圍繞之縱向鋼筋與受圍繞縱向鋼筋之淨距不得超過15 cm。」。

【説明】由以上規定顯示，梁之縱向受壓鋼筋，均須比照柱之横向鋼筋的規定，不但須配置箍筋，且須使得每一角隅鋼筋及每隔一根受壓鋼筋，由夾角不大於135°之橫向鋼筋圍繞。且沿著橫向鋼筋每邊，任何未受圍繞之縱向鋼筋與受圍繞縱向鋼筋之淨距，不得超過15 cm。

2.5梁塑鉸區之閉合箍筋，是否須對縱向鋼筋隔根以繫筋鉤住？

(1) 新版草案第18.3.4.1節規定：「閉合箍筋應設置於構架構材之下列部位：(a) 受撓構材之兩端由支承構材面向跨度中央2倍構材深度之範圍內；(b) 由構架非彈性側向變位所引起撓曲降伏之斷面向兩側各2倍構材深度之範圍内。」

(2) 第18.3.4.2節規定：「在需要閉合箍筋之範圍內，最靠近拉力側與壓力側表面之主要縱向鋼筋，須有符合第25.7.2.3 節與第25.7.2.4 節(縱向鋼筋排列於一圓周上，則應可使用圓形之箍筋)之側向支撐。具橫向支撐之撓曲鋼筋，其間距不應大於35 cm。依據第9.7.2.3節配置之表層鋼筋不需橫向支撐。」

(3) 第18.3.4.3節規定：「梁中之閉合箍筋應可由兩根鋼筋組成：一根兩端具有耐震彎鉤之U型肋筋及一根繫筋加以閉合組成。鉤住同一縱向鋼筋相鄰各繫筋之90°與135°彎鉤應置交替排置。若梁僅一邊有樓版可圍束受繫筋支撐之縱向鋼筋，繫筋之90° 彎鉤應置於梁有樓版之一側。」

(4) 第18.3.4.4節規定：「第一個閉合箍筋距支承柱面應不超過 5 cm 。閉合箍筋間距應不超過(a)至(c)之最小值：(a)d/4；(b) 除第9.7.2.3節中所需之縱向表層鋼筋外之最小主要撓曲鋼筋直徑之6倍；(c)15 cm。」

(5) 第18.3.4.5 節規定：「需要閉合箍筋之處，該閉合箍筋應設計能抵抗第18.3.5節規定之剪力。」

(6)第18.3.4.6節規定：「若不需要閉合箍筋，兩端具有耐震彎鉤之 U 型肋筋應沿梁全長配置，且其間距應不超過d/2。」

(7)第18.3.4.7節規定：「於因數化軸壓力超過A_gf_c¢/10之梁，符合第18.4.5.2至18.4.5.4節規定之閉合箍筋應沿第18.3.4.1節規定之長度設置。沿其餘長度上應設置符合第18.4.5.2節規定之閉合箍筋，其間距s不應超過6倍最小縱向梁筋直徑與15cm .之較小值。當橫向鋼筋之混凝土保護層超過10 cm ，應額外設置橫向鋼筋，其保護層不超過 10 cm 且間距不超過 30 cm 。」

【説明】由以上規定顯示，橫向鋼筋之需求，主要係為在降伏預期發生之區域，提供混凝土圍束與維持鋼筋之側向支撐，塑鉸區之閉合箍筋，不但須以繫筋隔根鉤住縱向梁筋，且在梁之因數化軸壓力超過A_gf_c¢/10時，須比照柱塑鉸區之閉合箍筋規定配置，沿其餘長度上應設置符合第18.4.5.2節規定之閉合箍筋，其間距s不應超過6倍最小縱向梁筋直徑與15cm 之較小值。在早期版本的規範中，箍筋間距之上限，為d/4、8倍縱向鋼筋直徑、24倍箍筋直徑與 30 cm 之最小值。新版草案將此上限修改為更保守，係為改善於大型梁中箍筋對縱向鋼筋挫屈之束制以及混凝土圍束之效果。

2.6梁縱向鋼筋搭接範圍，是否須以閉合箍筋圍束？又是否以繫筋隔根鉤住縱向鋼筋？

第18.3.3.3節已修正為：「若於搭接範圍配置閉合箍筋或螺箍筋，則應允許竹節縱向鋼筋之搭接。此圍封搭接鋼筋之橫向鋼筋最大間距應不大於d/4與 10 cm之較小值......」。又依前述第第9.7.6.4節 ((梁)受壓鋼筋之側向支撐)。梁中受壓鋼筋須以橫向鋼筋圍繞，以防止挫屈；及第18.3.4.2節規定：「在需要閉合箍筋之範圍內，最靠近拉力側與壓力側表面之主要縱向鋼筋須有符合第25.7.2.3 節，與第25.7.2.4 節(縱向鋼筋排列於一圓周上，則應可使用圓形之箍筋)之側向支撐」。具橫向支撐之撓曲鋼筋，其間距不應大於
35 cm。依據第9.7.2.3節配置之表層鋼筋不需橫向支撐。」等規定顯示，梁縱向鋼筋搭接範圍不但須以閉合箍筋圍束，亦須以繫筋隔根鉤住縱向鋼筋。

【説明】梁縱向鋼筋於搭接範圍，須配置閉合箍筋或螺箍筋圍束，且其橫向鋼筋最大間距，應不大於d/4與 10 cm之較小值，已甚為明確。閉合箍筋配置範圍，仍須依第9.7.6.4.4節及第18.3.4.2節之規定對梁縱向受壓鋼筋，每一角隅鋼筋及每隔一根受壓鋼筋，由夾角不大於135°之橫向鋼筋圍繞。且沿著橫向鋼筋每邊，任何未受圍繞之縱向鋼筋與受圍繞縱向鋼筋之淨距，不得超過15cm。尤其是梁寛甚寛時，在縱向鋼筋搭接範圍只配置外箍筋，無法有效圍束搭接縱向鋼筋免於脱開。

2.7地梁之二端2倍高度範圍，是否須以緊密箍閉合箍、繫筋圍束？其他位置是否須以繫筋隔根鉤住主筋？

若地梁不會産生塑鉸，且其構材已依據「耐震設計規範」第6.2.11(基面以下之構架)之規定，放大地震力或以超額強度因子(Ω₀＝V_p/ V_e) 放大地震力設計，則只須符合下列規定即可。

（1）依據第9.7.6.4節 ((梁)受壓鋼筋之側向支撐)。梁中受壓鋼筋須以橫向鋼筋圍繞，以防止挫屈。

（3）第9.7.6.4.3節：「(梁)橫向鋼筋之間距不得超過(a)至(c)之最小者；(a) 縱向鋼筋之16db；(b) 橫向鋼筋之48db；(c) 梁之最小尺度。」

2.8梁中雙箍「U」形剪力筋，可否只配置一個「ㄇ」形帽蓋？

【説明】筆者認為，一般採用一大一小之「U」形剪力筋時，均採用單一帽蓋，依此延伸應用，二個相同大小的「U」形剪力筋，應可使用單一帽蓋。但依新版草案第9.7.6.4.4節規定：梁縱向受壓鋼筋，每一角隅鋼筋及每隔一根受壓鋼筋，由夾角不大於135° 之橫向鋼筋圍繞。且沿著橫向鋼筋每邊，任何未受圍繞之縱向鋼筋與受圍繞縱向鋼筋之淨距不得超過15 cm。因須隔根鉤住縱向鋼筋，因此沒有機會採用二個同大小的「U」形剪力筋配置單一帽蓋。有承受扭力或完整性鋼筋及圍束用途時，則必須是完整獨立之閉合箍筋。

三、結語

由於梁及柱之縱向鋼筋，以搭接方式續接之安全性原本就不可靠，且遍查不著以搭接方式續接柱之抗壓試驗文獻資料，因此不論梁或柱，若嚴格執行規範對縱向鋼筋搭接範圍及受壓鋼筋之圍束規定，由於鋼筋之搭接長度甚長，幾乎梁及柱之全長，均須緊密箍筋圍束，所增加之箍筋量甚為可觀，減少混凝土澆注搗實空間，施工工期亦會增長，成本亦會增加，甚至遠遠超越以鋼筋續接器續接施作(續接處無需緊密圍束)之成本，如此就形同對耐震結構梁及柱構材禁止以搭接方式續接。

筆者認為：受壓構材以搭接方式續接，本來就力學行為欠佳，尤其是繫筋隔根鈎住主筋，會導致有一半主筋未受到充分圍束，致新版草案18.4.5.2節規定：「在P_u > 0.3A_gf_c¢ 或 f_c¢ > 700 kgf/cm²之直線型閉合箍筋柱，沿柱核心周邊之每一縱向鋼筋或束筋應有閉合箍筋轉角或繫筋彎轉段所提供之側向支撐，且h_x 之值應不超過20 cm。」，因此採用鋼筋續接器續接鋼筋，並配合採用T頭擴頭鋼筋取代標準彎鉤，變成是解決梁及柱之縱向鋼筋續接之最佳方案。