【頂層鋼筋】頂層鋼筋搭接的長度 |頂鋼筋與一般鋼筋定義 |鋼筋搭接頂層鋼筋是要如何定義 |

【頂層鋼筋】頂層鋼筋搭接的長度 |頂鋼筋與一般鋼筋定義 |鋼筋搭接頂層鋼筋是要如何定義 |

現行『混凝土結構設計規範』[1]於鋼筋混凝土圓形柱或基樁箍筋,其搭接長度採用螺箍筋時有作規定,於採用橫箍筋時,其搭接長度採用多少長度並無規定,導致設計施工者無所適從。

『混凝土結構設計規範』第13.9.4節(螺箍筋)中第13.9.4.5條規定:「螺箍筋續接可用銲接或搭接,無塗布竹節鋼筋搭接長度48db,且不得於30cm。

」,但該條規定並未敍該螺箍筋究光面圓鋼筋或竹節鋼筋;亦未敍該48db搭接長度是否適用於fyt=4,200 kgf/cm2強度鋼筋,或可用於fc’=210 kgf∕cm2之強度混凝土情況。

同時於第3.10.3條增列:「螺箍筋降伏強度fyt 介於7,000 kgf/cm2≧fyt≧4,200 kgf/cm2時,不得採用48db搭接方式續接;fyt≦4200 kgf/ cm2箍筋可使用48db搭接,但同樣未敍適於何種度混凝土材料。

此種箍接方式不但搭接,且任意點銲度不明確,且勁度搭接滑移量不一致而無法併;搭接效果無法符合耐震需求,重影響結構安全,因此現行規範應修訂,主管機關若予以重視,會造成工程災害。

頂層鋼筋 Play

因此,該條文結構安全幾無可信賴性,而唯一明確顯示是「鋼筋混凝土圓形柱箍筋可以搭接」。

至於搭接應多安全、合理?,是否考慮箍筋外側之混凝土保護層因受箍筋圍束而剝落後影響?則有待進一步探討。

筆者嘗試『混凝土結構設計規範』既有條文中,整理歸納出可依循方向,供工程師設計參考,希望建築主管機關及學術單位能儘速進行關驗,提供一套可靠安全箍筋搭接長度供設計者遵循,維公共安全。

柱承受軸力時,受壓構材配置橫箍筋,其功能一鋼桶內裝滿了砂,砂承受荷重時,砂側向壓力作用於桶壁使其產生動環張力[3、4],隨著荷重增加,環向張力增至,後鋼桶發生爆開現象。

鋼桶圍束作用箍筋功能,受箍筋圍束鋼筋混凝土柱達到破壞載重時,箍筋會防止柱核心內混凝土向外擠壓破壞,但箍筋外側之混凝土保護層會不受箍筋圍束而剝落。
頂層鋼筋

混凝土結構設計規範第3.10.3節式(3-8)螺箍筋體積 所規定箍筋量,其強度彌補或超過混凝土保護層剝落時強度損失目標,延緩混凝土柱發生壓碎現象,使破壞現象呈而具有延展性[5]。

故圍束箍筋配置並沒有增加柱構材荷重能力。

但當箍筋外側之混凝土保護層因受箍筋圍束而剝落時,橫箍筋是否可以保有發揮箍筋達全應力搭接效果,則存有疑慮。

工地施工無可適用規範而任由設計者或施工者發揮,照片1所示箍筋搭接方式為目前工地普遍採用續接方式,其搭接25倍db,另外,加上頭、尾有為了保持圓箍筋形狀二處任意點銲。

此種箍接方式不但搭接,且任意點銲度不明確,且勁度搭接滑移量不一致而無法併;搭接效果無法符合耐震需求,重影響結構安全,因此現行規範應修訂,主管機關若予以重視,會造成工程災害。

見有技師朋友爭論方柱或圓柱橫箍筋任何位置續接,是否可方柱閉合橫箍筋轉角處,135o彎鈎鈎住同一柱角落主筋續接方式,作直線段續接而僅圓弧段或直線段,90o彎鈎鈎住同一柱主筋續接?此點筆者認為其效果不明確,其理由如下:  1. 抗拉鋼筋錨定其端部有錨定彎鈎外,有足夠直線延伸段Ldh 。

 2. 閉合方箍轉角處鈎住同一柱主筋(作為錨定筋)取代直線延伸段Ldh接方式,為權宜措施。

『混凝土結構設計規範』[1]第5.14.2.1梁箍筋規定:「鋼筋D16及麻面鋼線直徑16 mm,小者,以及鋼筋D19、D22及D25且其規定降伏應力fyt於2,800 kgf/cm2者,應以標準彎鈎繞於縱鋼筋上」;第5.14.2.1規定:「鋼筋D19、D22及D25且其規定降伏應力fyt於2,800 kgf/cm2者,應以標準彎鈎繞於縱鋼筋上,且自構材深度中線彎鈎外間埋置長度不得於」,其中= 混凝土單位修正因數。

惟若於柱箍筋情況,實務上彎鈎做到鈎住柱主筋,致其錨定效果並不明確,是D19以上之SD4200箍筋發揮全應力。
頂層鋼筋

 3. ACI 318-11第7.10.5.4節有增列:「若主鋼筋一圓形排列且位於圓週上,可使用全圓形橫箍筋;全圓形橫箍筋二端有15cm以上重疊,且端部標準彎鈎並於一主鋼筋上。

相鄰全圓形橫箍筋之端部重疊部份於圓週上之位置應錯開」。

其「全圓形橫箍筋二端有15cm以上重疊」理由為:「相鄰全圓形橫箍筋之端部重疊部份若錨定於鋼筋上時,可能造成垂直劈裂及橫箍筋束制喪失。

因此,相鄰全圓形橫箍筋彎鈎錨定位置,應於一根主鋼筋上」。

  1、基本伸展長度([1]第5.3.2節), 其中, 以上原則計得搭接長度,#5鋼筋(fy=4200 kgf∕cm2;fc’=280 kgf∕cm2)例,考量柱筋保護層剝落情況,其搭接長度長達 Ld=102 cm。

頂層鋼筋 Play

延伸閱讀…

鋼筋搭接頂層鋼筋是要如何定義

頂層鋼筋搭接的長度-明富建設主任技師解説

但實驗室柱試體抗壓試驗結果證實大多數之箍筋破壞模式橫箍筋接頭彎鈎脱開,箍筋彎鈎脱開見照片二及三。

其中,不論是方柱或圓柱,橫箍筋接頭位置有隔箍錯開,可見橫箍筋接頭弱點已有一部分力量錯位搭接方式轉移至上、下鄰箍,但會發生因箍筋接頭彎鈎脱開現象,可見前述ACI 318-11第7.10.5.4節所規定,並不能使箍筋發展全應力,且其安全性存有疑義。

 4. 圓橫箍筋彎紮成形,會以點銲,鋼筋綁紮時彎鈎無法正確鈎住柱主筋,有一端會留有間隙。

      『混凝土結構設計規範』第13.9.4.5條「螺箍筋搭接長度48db,且不得於30cm」規定,敍該螺箍筋是否適用於fy=4,200 kgf∕cm2強度鋼筋,或fc’=210 kgf∕cm2之強度混凝土。

縱使該條文適用於非耐震要求螺箍筋,但台灣位於地震帶,其韌性需求應。
頂層鋼筋

另外,螺箍筋雖圍束效果橫箍筋,但螺箍筋靜贅餘度甚,只要一處螺箍筋斷裂,即會產生鎖性整體鬆脱破。

此種破壞模式1994年元月美國南加州洛杉磯西北方之北嶺地區發生規模6.6地震[5],及1995年元月日本淡路島北端石海峽附近發生規模7.2地震中,圓形橋柱螺箍筋損害案例多。

鋼筋搭接長度計算,若依『混凝土結構設計規範』第5.3節(受拉竹節鋼筋伸展)及第5.16節(受拉竹節鋼筋續接)規定,考量鋼筋淨保護層於db,且鋼筋淨間距於2db,計算流程如下[1]。

  1、基本伸展長度([1]第5.3.2節), 其中, 以上原則計得搭接長度,#5鋼筋(fy=4200 kgf∕cm2;fc’=280 kgf∕cm2)例,考量柱筋保護層剝落情況,其搭接長度長達 Ld=102 cm。

延伸閱讀…

[請益] 頂鋼筋與一般鋼筋定義- 看板Civil

經濟部水利署施工規範第3210 章鋼筋1. 通則

此搭接達102cm(64db);若考量柱筋保護層剝落鋼筋外側外露,其搭接效果未能完全發揮,則搭接長度折減因素=2.0,會。

雖然此搭接合理且有規範條文,但搭接實在太長,二者於48db,工程實務上可行。

前述探討顯示箍筋直線搭接效果,受到搭接範圍束制情況有關係,因此,若於「搭接段之末端90o標準彎鈎柱核心內部彎入錨定」,標準彎鈎係核心內部彎入,彎鈎受力時產生末端展開而鬆脱現象,其錨定效果明確;且向內彎入標準彎鈎柱軸壓力作用下,其錨定效果更佳。

因此,標準彎鈎柱核心內部彎入錨定效果,可消除柱保護層剝落後柱箍筋搭接效果部份疑慮。

但當柱混凝土保護層剝落後,箍筋直線搭接段Ldh應如何決定是另人頭問題。

受拉竹節鋼筋直線伸展長度,應可採「具標準彎鈎受拉竹節鋼筋伸展長度」取代,惟現行『混凝土結構設計規範』規定。

吾人若於搭接段之末端標準彎鈎柱核心內部彎入錨定,『結構混凝土設計規範』第5.6節(受拉竹節鋼筋標準彎鈎伸展)解説:「…具標準彎鈎受拉竹節鋼筋伸展長度之修正因數…和直線鋼筋之處是彎鈎伸展長度無所謂頂層鋼筋效應,而彎鈎使用頂層鋼筋定義去辨別」。

依該規定可知,吾人Ldb直線部份束制條件作因數修正。

經『混凝土結構設計規範』第5.16節受拉竹節鋼筋之續接之修正因素規定,及第5.6節對具標準彎鈎受拉竹節鋼筋伸展長度之修正因素規定,來修正伸展長度Ldh,其計算流程如下。

    符合D36以下鋼筋其側面(垂直彎鈎平面)保護層≧6.5cm,且90o彎鈎線延段保護層≧5cm。

修正因數 = 0.7。

5、甲級搭接因數=1.0,([1]第5.16.1節)。

   乙級搭接因數=1.3,([1]第5.16.1節)。