一、前言
我國新版「建築物混凝土結構設計規範」，業於民國112年8月10日以台内營字第1120809921號令修正發布，並自113年1月1日生效。該規範主要係參考美國混凝土學會(American Concrete Institute)所出版之「結構混凝土建築規範(Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary)ACI 318-19」規範所編訂。然而，該規範第16.2.6.5節及第16.2.6.6節有關「合成預鑄構材之接合部」之條文，並非ACI 318-19規範原有之條文，其草案原係沿用前版(現行)「混凝土結構設計規範」之第9.7.4節之内容。
由於筆者認為草案之内容存有諸多結構安全疑慮，「中國土木水利學會混凝土委員會」決議將其納入新版規範草案中，筆者認為不妥，在擔任規範修訂委員期間，數度提出異議未果。基於職業道徳與公衆生命安全考量，為免工程師誤用，不得已退出規範修訂委員會；逕向｢内政部建研所規範審査小組｣提出異議，並獲接受，將新版規範草案退回修正。
修正後，由内政部營建署發布之新版「建築物混凝土結構設計規範」之第16.2.6.5節及第16.2.6.6節之内容，筆者認為仍存有諸多結構安全疑慮，特將其提出討論，供工程師參考，以免誤用而造成工程災害，不當之處，尚請工程先進不吝指正。
二、新版規範之第16.2.6.5節及第16.2.6.6節條文内容
第16.2.6.5節：「合成預鑄構材之設計應依本規範相關章節之規定。當接合部採用剪力接合器支承方式，剪力接合器至少應能承擔預鑄構材自重、面層混凝土自重與施工活載重等荷重。符合本節規定之合成預鑄構材，應不依第16.2.6.3節與第9.7.3.8.1節之規定。」【註：第16.2.6.3節：「對於簡支預鑄樓版、梁或有腹版構材，其支承構材邊緣至預鑄構材邊緣在預鑄構材跨徑方向之最小設計尺寸......之規定」；第9.7.3.8.1節：「於簡支承處，至少最大正彎矩鋼筋量之三分之一應沿梁底延伸進入支承至少15 cm，但預鑄梁該等鋼筋應延伸至少至承壓長度中心」。】
第16.2.6.6節：「合成預鑄構材之接合部，於施工時若無使用第16.2.6.5節規定之剪力接合器或無法完全利用剪力接合器支承時，於構材構成合成作用前，除符合第16.2.6.2節之規定外，須設置臨時支撐。【註：第16.2.6.2節：「各種預鑄構材之支承接合部尺寸應依第16.2.6.3節至第16.2.6.6節規定，除非經過分析或試驗證明較小之支承尺寸無損其性能。包括得採用剪力接合器支承方式。」】
解說：本規範考量合成構材接合部之技術發展，與實務經驗之回饋，修訂前版規範之部分剛性接合部，新增以剪力接合器連接方式傳遞合成預鑄構材之載重。剪力接合器設計宜檢核圖R16.2.6.5(圖1)所示截面A之彎矩與剪力強度、截面B之彎矩強度、及剪力釘之剪力強度，剪力接合器之鋼板厚度、剪力釘之分布與設計，可參照「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範」之相關規定。
圖1 R16.2.6.5剪力接合器與接合部圖
三、新版規範「合成預鑄構材之接合部設計」之結構安全性探討
3.1 剪力接合器之錨定結構安全疑義
剪力接合器所使用之埋設鐡件，由圖1(剪力接合器與接合部)顯示，剪力接合器包含埋入鋼板及剪力釘構成。由圖示之剪力釘植銲於埋入鋼板之邊緣情形，顯示未考慮到剪力接合器承受偏心剪力後，剪力釘之垂直或水平分力會産生如新版規範第17.7.2節所定義之混凝土向外剪破現象(見圖2中之紅色錐體)。
圖2 剪力接合器補強筋
為避免此種破壞模式，剪力釘之間距與邊距之配置，須滿足發展達其剪力強度時，剪力釘周圍之混凝土不致産生破壞。其材料規格及配置原則，彙整鋼結構設計相關規定如下：
(1) 剪力釘材料應符合CNS 4689(電弧樁熔接用柱樁–混凝土固定及剪力連接樁)。
(2)剪力釘應埋置於每立方公尺重量不少於1.45 噸之混凝土中。而混凝土材料應符合相關規範之規定。
(3)剪力釘植銲完成後長度約會縮短4mm至5mm。埋置於常重混凝土中之剪力釘只承受剪力時，其銲接後之長度應大於4至5倍剪力釘之直徑；埋置於輕質混凝土中之剪力釘只承受剪力時，其銲接後之長度應大於7倍剪力釘之直徑。
(4)剪力釘之直徑不得大於2.5倍鋼板之厚度。
(5)剪力釘中心之最小間距，在平行於剪力作用方向為4至6倍剪力釘直徑，在垂直於剪力作用方向為4倍剪力釘直徑。剪力釘中心之最大間距不得超過32倍剪力釘桿身直徑、8倍混凝土版總厚度及90cm，取三者之最小値。
(6) 剪力釘垂直於剪力作用方向至少應有2.5 cm混凝土保護層，平行於剪力作用方向，其中心至混凝土邊緣之距離，常重混凝土至少應為20 cm；輕質混凝土至少應為25 cm。本款之規定亦可採用新版「混凝土結構設計規範」第17章之規定檢核之。
檢視新版「混凝土結構設計規範」之第16.2.6.5節及第16.2.6.6節解説中附圖（圖1）之相關部位之尺寸比例，顯示該圖未考慮到前述第(6)項有關最小邊距之規定。若小梁不使用臨時支撐，則小梁所承受之靜載重及施工載重，必須全部由剪力接合器支承，且施工期間剪力接合器承受最大靜載重情況下，其最小邊距無任何束制，其結構安全疑慮顯而易見。
3.2 剪力接合器支承部20度斜角摩擦剪力破壞模式
20度斜角摩擦剪力之破壞模式見圖2，常發生在梁的邊緣支承(見圖3)、及墩柱邊緣支承(見圖4)等情況，可能裂縫面與垂直面交角大約呈20度，其發生原因，係因剪力摩擦強度不足所産生之破壞現象。其防止之方法可參考「混凝土工程設計規範之應用(土木404-100)」第十二章(剪力摩擦設計)，破壞模式見圖5。其檢核方式為找出20度斜角破壞面上之剪力及拉(或壓)力(見圖5)。
圖3 20°斜角摩擦剪力破壞案例一
圖4 20°斜角摩擦剪力破壞案例二
圖5 20°斜角摩擦剪力破壞面力系及剪力摩擦筋示意圖
3.3上覆版35°剪破破壊模式
因剪力接合器在大梁上之支承點位於大梁之内側，雖然預鑄小梁與大梁間之間隙有標示須填塞結構砂漿，但因預鑄小梁之剪力接合器支承點位於預鑄大梁之内側，因而上覆版靜載重會對大梁産生偏心扭矩，在灌注上覆版混凝土時，預鑄小梁與預鑄大梁間，及預鑄大梁與梁柱接頭間，若均為同時澆灌場鑄混凝土，此時預鑄大梁與梁柱接頭尚無固定度可言，此偏心扭矩會造成預鑄大梁轉動變形，而致預鑄小梁端部已填塞完成之結構砂漿，會在界面産生開裂剝離現象。
因此施工完成之預鑄小梁端部可支承剪力之機制只剩剪力接合板與上覆版了。依據新版「建築物混凝土結構設計規範」，第17.7.2節(錨栓之混凝土剪破強度)，混凝土剪破模式強度為以約35度剪破(詳圖2)，該剪破模式雖可考慮有輔助筋的混凝土剪破強度，但不得與剪力鋼筋合併使用，僅能取二者之小値。上覆版可用之剪力強度甚低，因此上覆版可分擔承載小梁之活、靜載重非常有限，顯然存有結構安全疑慮。
3.4 上覆版梁式剪力破壊模式
承上節，因上覆版約僅15公分厚，規範規定梁式剪力筋之間距須小於d/2，所以15公分厚之上覆版幾乎無法配置剪力筋。再者，活載重若須經由上覆版傳遞，則預鑄小梁端部之剪力不可能由梁之端面向上傳遞至上覆版，而須提前一小段距離配置一束懸吊鋼筋將剪力向上懸吊傳遞，但懸吊鋼筋之上端在厚度僅15cm之上覆版内，亦無足夠的錨定空間。且上覆版進入大梁之支承重心也不可能在交界面而必須向大梁中心方向退一小段距離至懸吊鋼筋之重心。此時懸吊鋼筋重心之作用力與大梁支點之反作用力間之偏心距會産生二次彎矩，但上覆版内亦未配置抵抗此種二次彎矩所需之上、下層筋，因此唯一可靠傳遞剪力的機制只剩剪力接合器了。
3.5 預鑄小梁與預鑄大梁接頭區負彎矩剪力摩擦
並非只要預鑄小梁有配置上層筋接入大梁就可産生負彎矩，負彎矩値也不是配置越多的負彎矩鋼筋，就可提供越多負彎矩強度。負彎矩値係依大梁扭轉勁度與小梁之撓曲勁度作彎矩分配而得。由於預鑄構材吊裝過程，接頭尚未澆灌混凝土，施工過程預鑄大梁之扭轉變形會解除預鑄小梁端部剛性接頭之大部分負彎矩，因而即使圖2中之接頭間隙有灌注結構砂漿，且未開裂，預鑄小梁接頭負彎矩甚小之情況下，水平力偶在預鑄小梁端面受壓區所能提供之摩擦剪力，不但很少且不確定。
因此，負彎矩受壓區所提供之摩擦剪力應予忽略，更何況圖2中之接頭間隙之結構砂漿可能已産生第本文第3.3節所述之開裂剝離現象，以及預鑄大梁是否有將預鑄小梁支點偏於大梁一側所産生之偏心扭矩納入預鑄大梁扭力筋設計亦不明。在此特別提醒，支撐於大梁内面之剪力接合器載重會對大梁産生額外的偏心扭力，此扭力未含在構架分析模型中，須另外考慮。
3.6小梁上層筋之錨定
小梁上覆版之厚度一般為同樓版厚度，約為15cm，小梁之上層筋須錨定於大梁上層筋之下方，因此小梁上層筋之高程，須降至梁頂下方約10cm以下，扣除小梁主筋直徑後，可做彎鉤的空間有限，以預鑄小梁配置#10上層筋為例，若大梁有足夠的梁寛可供小梁上層筋作直線錨定，此時因小梁上層筋沒有彎鉤或錨頭，可鉤住接頭區對角壓桿形成類似梁柱接頭的力學平衡機制，且大梁内僅有箍筋亦無法接收小梁負彎矩鋼筋的拉力，使預鑄小梁上層筋拉力與大梁扭矩在接頭區内相互平衡。且小梁負彎矩鋼筋在大梁内的伸展屬非耐震用途，須符合新版規範第25.4.3節(受拉標準彎鉤之伸展)的圍束規定，在預鑄大梁幾乎無法做到。由此現象觀之，預鑄小梁端之負彎矩傳力路徑不明確，僅能視為簡支。因此全部之剪力宜由剪力接合器承受。
3.7小梁負彎矩鋼筋可否兼用為剪力摩擦？
承上，依據新版「混凝土結構設計規範」第22.9.5.1節規定：「......穿過剪力平面之鋼筋應予以錨定，使其在剪力平面兩側發展出 fy 強度」。解説亦有加註：「若剪力平面無彎矩作用，則鋼筋宜沿剪力平面均勻分布，俾使裂縫寬度最小。若彎矩作用穿過剪力面，則剪力傳遞鋼筋將主要配置於受撓拉力區內。錨定可經由握裹、機械裝置，或有螺紋插接筋及埋入螺釘來達成，空間限制時常需使用機械裝置。剪力摩擦鋼筋錨定宜銜接於主筋，否則有可能產生裂縫穿過剪力摩擦鋼筋與混凝土實體間」。
由前節(第3.6節)之探討，小梁剛接大梁宜視為簡支，根本無可産生剪力摩擦之負彎矩，因此「若剪力平面無彎矩作用，則鋼筋宜沿剪力平面均勻分布」，預鑄小梁下半部無任何鋼筋穿過界面與大梁連結，不可能如(第二章)解説所述：「宜依第22.9節考慮界面處之剪力摩擦需要進行設計，且剪力摩擦鋼筋除依第25.4節規定錨定於支承構材內，距預鑄小梁端部1倍梁深的範圍內，宜配置閉合箍筋圍繞剪力摩擦鋼筋，以確保當保護層剝落後之剪力摩擦機制。若合成預鑄構材採剪力接合器與剪力摩擦傳遞構材剪力至支承構材」。
3.8 依頼上覆版剪力摩擦傳遞剪力是否可行？
要利用上覆版傳遞剪力進入大梁，理論似乎可行，但實務則不可行，其原因係因為小梁剪力要進入大梁的剪力臨界面之前，關卡重重。首先須有懸吊鋼筋，將小梁端部剪力向上傳遞，並錨定在上覆版，然後再以上覆版有效寛度作為托梁軸向傳遞進入大梁，托梁需有配置剪力筋、及剪力偏心傳遞産生二次彎矩，所需之上、下層筋及其所需之配置空間。但因上覆版厚度不足，剪力懸吊筋無法充分錨定進上覆版，再來是上覆版厚度不足以供配置剪力筋及上、下層撓曲鋼筋。因此剪力會先産生「35°剪破」及「45°梁式剪力」等破壊模式，二次彎矩會造成托梁開裂而向下錯位。因此在上覆版厚度不足之情況下，要利用上覆版傳遞剪力進入大梁，理論似乎可行，但實務不可行。
圖6 剪力接頭改善方案示意圖
四、結語
清晰的力學觀念，豐富的工程經驗，才是結構工程師的精華所在，傳力路徑必須完整連貫，只有充分了解傳力路徑才是合格的工程師。筆者認為接頭個案不易表達完全，不應列於規範中，新版「建築物混凝土結構設計規範」第16.2.6.5節及第16.2.6.6節修正後之條文，仍存有前揭結構安全疑義及缺乏設計上須滿足的要點，以及偏心載重對大梁扭力筋，剪力懸吊補強筋，及因小梁下層筋未伸入大梁接頭致大梁扭轉易造成填塞結構砂漿産生開裂，與容易造成樓版表面裂紋等問題，仍有頼設計工程師的專業素養詳加考慮。
因此筆者認為：「一次解決諸多結構安全凝慮的最佳方案，就是由剪力接合器配合懸吊鋼筋，承受100%的預鑄小梁端靜、活載重之全部剪力，並將大梁内之承載支點移至預鑄大梁之梁寛中心｣(見圖6示意圖)。
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