計 畫 名 稱:包覆填充型箱型柱橫向鋼筋配置方式之軸向強度與韌性
主管單位:內政部建築研究所
執行單位:內政部建築研究所
執行期間:103年02月~103年12月
年度:103年
核定經費:2,300仟元
計畫主持人:陳正誠
中文摘要:摘要

一、 研究緣起
 
  由於箱型柱具有優異的力學性能,台灣高樓結構大多使用箱型柱或填充型箱型柱(即箱型柱內填充混凝土)。但是考慮到防禦火害,工程師常在箱型柱外增設約100mm 的混凝土當作防火層。有的工程師將這層混凝土兼作結構用途,並配置縱向主筋及橫向鋼筋,成為所謂的「包覆填充型箱型柱」。

  由於鋼梁會接到鋼柱面,因此縱向主筋往往只能配置在柱角隅處,且橫向鋼筋除了外圍箍筋外,繫筋也會受到鋼柱的阻撓而無法直通柱斷面。鋼柱的阻撓使得包覆填充型箱型柱外圍混凝土的圍束常無法滿足規範的要求。為了解決這個問題,工程師提出一些變通的作法,有些作法在學理上不甚合理,有些作法處於灰色地帶,對結構安全帶來疑慮。

  為了確保包覆填充型箱型柱之結構安全性,以大尺寸柱試體軸向載重試驗,來評估、測試常見橫向鋼筋配置細部,對鋼柱外側混凝土的圍束效果。此外開發出可能之替代方案,並以大尺寸柱試體軸向載重試驗的方式驗證這些替代方案的可行性。研究成果一方面可以提供工程界結構細部設計與施工之參考,一方面也可以提供相關規範未來修改之參考。此外,試驗數據還可用以評估各種橫向鋼筋型式與細部,在包覆填充型箱型柱撓曲韌性發展之潛能,並據以研提後續研究發展之方向與課題。

二、 研究方法及過程

  本研究案之研究工作包括文獻資料蒐集與整理、試體設計、試體製作、材料機械性質試驗、軸向載重試驗及數據收集、實驗數據整理及分析、理論模型評估、報告與期刊論文撰寫以及提出建議等步驟。採用的研究方法包括:1.文獻資料收集與整理;2.短柱試體之軸向載重實驗;3.鋼板、箍筋及混凝土基本材料實驗;4.規範條文適用性評估;5.舉辦專家座談會。

三、 重要發現

  T3 試體的延展性不比T4 試體差,顯示接力式繫筋的概念相當具有可行性。T5 試體在強度降到75%時之延展性,與T4 試體之延展性接近,顯示T5 橫向箍筋之配置方式具有可行性。

四、 主要建議事項

建議一:

鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範解說之修改:立即可行建議
主辦機關:內政部營建署

  本計畫研究結果顯示角隅繫筋的功能無法取代一般繫筋,另外接力式繫筋具有可行性,建議在鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範中第「4.3.5 柱之箍筋」之解說中補充說明之。

建議二:

推動「填充型箱型柱內剪力釘之需求探討」研究計畫:立即可行建議
主辦機關:內政部建築研究所

專家座談會、期中審查會議及期末審查會議時,工程實務人員之討論中,可發現箱型柱與混凝土間是否需要設置剪力釘,還有需要設置多少剪力釘,困擾著工程師們。這個問題無法在本研究案中探討,建議建研所將「箱型柱與混凝土間是否需要配置剪力釘」列為短期內推動之研究課題。

建議三:

推動「包覆填充型箱型柱接力式繫筋之撓曲韌性」研究計畫:中長期建議
主辦機關:內政部建築研究所

T3 試體接力式繫筋的概念相當具有可行性,應該進行撓曲延展性試驗,進一步探討其可行性。

關 鍵詞: 包覆填充型箱型柱、鋼骨鋼筋混凝土柱、包覆型SRC 柱、填充型箱型柱
重要工作項目:1. 文獻資料收集與整理:收集、整理相關文獻,一方面避免本研究之內容與現有成果重複,另一方面所收集之資料可作為分析及規範檢討的參考或補充資料。

2. 鋼板、箍筋及混凝土基本材料實驗:求取材料之基本應力-應變關係曲線,用於建立材料分析模型。基本材料包括各種直徑的鋼筋及各種厚度的鋼板,混凝土量測受壓情況之應力-應變曲線,鋼板及鋼筋則量測受拉情況之應力-應變曲線。

3. 短柱試體之軸向載重實驗:本研究係以包覆填充型箱型柱橫向鋼筋配置方式為主,由於柱桿件在破壞時,不論鋼材、鋼筋或混凝土都進入非彈性階段,試體有顯著的材料非線性行為。此外,箱型柱柱板在軸向應變下會有局部挫屈的現象,這是一種幾何非線性行為。當試體牽涉到顯著的材料以及幾何非線性的情況時,理論分析及數值模擬無法充分掌握其行為,尤其是韌性行為。因此,採用結構試驗的方式進行之。此外,為了降低尺寸效應的影響,採用大尺寸試體軸向載重試驗的方式進行研究。

4. 舉辦專家座談會:本研究規劃一次專家座談會,邀請產、官、學各界參與討論,檢視所研擬機制的可行性及周延性。為發揮專家座談會的效果,第一次專家座談安排在試體設計階段舉辦,討論試驗規劃及試體設計細節。。

5. 報告及期刊論文之撰寫:本研究包含兩次報告之撰寫,第一次為期中報告,在執行第5個月時說明本案之執行進度。第二次為期末報告,在執行第11個月時完成本案之研究報告。本研究將於繳交研究成果報告之一個月內,向中華民國建築學報或其他具有國內TSSCI同等水準以上之學報(刊)投稿,並副知內政部建築研究所。

 
預期具體成果及效益:
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