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指針草案第三章 材料與構材性能(1/6);原PDF第102–109頁。
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- 文件性質:本件是內政部建築研究所民國98年12月協同研究成果及設計施工指針草案,不是法規命令、部頒設計規範、施工綱要規範或核定審查要點。
- 整體適用:研究建議初期將New RC視為新技術、新工法,且不宜只擷取局部規定套用;指針未涵蓋的新工法仍須以試驗或可靠證據證明。
- 版本時點:CNS、JIS、GRMC、耐震設計、建築法制及日本認定制度均是民國98年研究背景;現行案件須另查今日有效版本及主管機關程序。
- 材料與數值:高強度混凝土、鋼筋、接合、耐震分析、位移角、塑性率、檢驗與施工時間等數值均須連同假設、章節及98年研究時點閱讀。
- 第三方資料:報告內日本制度、書籍、案例、圖表及照片均保留資料來源;本站依建研所網站宣告呈現報告脈絡,不主張第三方素材權利。
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第三章第三章第三章第三章 高強度鋼筋混凝土之材料與高強度鋼筋混凝土之高強度鋼筋混凝土之高強度鋼筋混凝土之材料與構材性能材料與材料與構材性能構材性能構材性能
3.1 總則總則總則總則3.1.1 適用範圍及原則適用範圍及原則適用範圍及原則適用範圍及原則 第三章 高強度鋼筋混凝土之材料與構材性能
(1) 本指針適用於使用設計強度36N/mm2 以上120N/mm2 以下之
高強度混凝土,以及降伏強度490 N/mm2 以上之高強度鋼筋
的鋼筋混凝土工程。
(2) 有關本指針未明示之事項,除依據內政部之結構混凝土工程設
計、施工規範外,得參考可信賴的資料以及必要的試驗證明,
但必須確定可達到設計要求及本指針規定的結構品質。
(3) 關於設計強度超過120N/mm2 之超高強度混凝土,採用可信賴
資料及必要試驗證據時,必須確保可達到設計所要求之結構體
混凝土品質及性能。
(4) 引用本指針之工程,混凝土及結構物之製造者及施工者,必須
有能力實現設計圖說與本指針之要求,並有充分技術以達成結
構體混凝土之品質與性能。
[解說]
(1) 高層鋼筋混凝土造建築物於其下層的基柱,或如預鑄混凝土構
材,必須是承受高軸壓應力的構材,係為應用高抗壓強度混凝
土的結構物。特別是,近年來於建築領域,開發出使用設計強
度超過36N/mm2 高強度混凝土之20~40 層左右的高層鋼筋混
凝土造建築物之設計、施工法,於日本東京都圈及近畿圈為中
心,多數的高層集合住宅即以高強度的鋼筋混凝土造建造。
非地震帶的國家,以鋼筋混凝土構造20 層以上的高層造建
築物並不困難,但位處地震帶的日本,建築物的耐震安全性要
求較高,較高樓層時鋼筋混凝土構造因柱體構材變粗,自重甚
大,使其耐震性有疑慮,以致二、三十年前,鋼筋混凝土造的
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建築僅限於中低樓層,而10 層以上之建築物乃選用鋼骨或鋼骨 鋼筋混凝土構造。此外,以往結構體混凝土的品質未能確實掌 握,也是導致鋼筋混凝土造高層建築物無法有效發展的原因。超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 但是,大都市土地的高度利用為無可避免的需求,建築物 高層化既為必然的趨勢。鋼骨構造因為構材的勁度較低,遭受 強風與地震時搖晃較大,如對於居住者會產生不舒適感;以鋼 骨鋼筋混凝土構造,施工複雜且建築成本較高。因之,以超高 強度鋼筋混凝土來興建高層建築乃受到業界關注,並得以研究 開發;1988~1993 年日本建設省推動實施「鋼筋混凝土造建築 物之超輕量、超高層化技術之開發(略稱New RC 總計畫)」的總 合技術開發計畫,以設計強度60~120N/mm2 之高強度混凝土為 研究開發對象,此後,高強度混凝土之材料、配比、製造、施 工、品質管理的相關技術得以躍進(圖3.3.1)。 國內高強度混凝土的應用已有許多績效,參考日本的範 例,在國內以高強度鋼筋混凝土來構造超高層建築,應為可以 積極推動實踐的大事。高強度鋼筋混凝土對較低樓層柱體斷面 得以縮小,可大量減少混凝土材料的耗用,較輕的結構體也可 以降低地震力的作用。由於大型構造實驗及高度立體構架解析 等之開發,導入耐震性檢討結果的結構設計法,使設計之結構 性能得以確實實現,加上新的建築施工技術指針,應可有效啟 動高強度鋼筋混凝土建築發展。 建造高層鋼筋混凝土造建築物,鋼筋混凝土構造之施工應 特別注重下列重要的技術。 a. 高性能減水劑之開發應用,須使高強度混凝土之配比、拌製 方法,以利於建築的施工性。 b. 混凝土的澆置、搗實工法,須具有可靠的信賴性。 3- 2
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c. 直徑較大的鋼筋工程,應有高精度的加工、組立方法
d. 鋼筋的續接器、錨定工法,應有高度的信賴性、優良的施工
性。 第三章 高強度鋼筋混凝土之材料與構材性能
e. 模板工法應具有高精度,並有良好的施工性。
f. 應用效率好的循環工程。
(2) a. 本指針設定的高強度混凝土設計強度為36N/mm2 以上
~120N/mm2 以下,高強度鋼筋之降伏點490N/mm2 以上。係參
照在日本二十餘年的發展技術,已經有相當多(60 米以上RC 建
築超過500 棟)成功的實績,可以借鏡。
b. 高強度混凝土不同於普通混凝土之性質,其並非中低強度者
之延伸,通常視其為一種新材料,其微觀結構、巨觀之力學性
質及破壞模式等已不同於普通強度混凝土。故ACI Committee
363 中提到,目前規範中RC 構材之設計方法與公式,對於強
度超過6000psi(約42N/mm2)之混凝土構材,其公式之應用須重
新評估,最好的方法就是利用新的實驗數據及分析,對現行規
範中之公式做些修訂。
圖3.1.1 日本New RC 計畫中設定之材料強度的目標
【資料來源:參考書目8】
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3.1.2 材料與構材材料與材料與材料與構材之品質目標及性能要求構材構材之品質目標及性能要求之品質目標及性能要求之品質目標及性能要求 (1) 混凝土之品質要求應符合3.2~3.4 相關各節的規定。超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬(2) 鋼筋之品質要求應符合3.5 相關各節的規定。 (3) 混凝土及鋼筋之品質,應能確實滿足結構體及構材所需之性 能。 (4) 使用高強度混凝土及高強度鋼筋構築之結構體及構材,必須滿 足設計所要求之結構性能、耐久性能、耐火性能,及使用性能。 [解說] 高強度鋼筋混凝土之結構體、構材對建築的功能意義,與一 般其他結構與構材相同,其要求之性能和材料品質水準主要如下: (1) 對於各種載重、外力的結構安全性 結構、構材具有承受各種載重(自重、活載、風、雪、地震) 之結構安全的能力,以及具有因應溫度變化、應力疲勞、衝擊、 其他特殊外力之結構安全。為了確保結構安全性,結構體混凝 土必須具有必要的抗壓強度、應力彈性模數,製造時不得有明 顯的裂紋,及進行澆置、搗灌、養護時不得有有害的缺陷。 (2) 平常時之使用性 於經常載重下的使用性,與構材的撓度及振動、裂縫等有 關係。影響這些性能的因素常源自於混凝土之潛變及收縮等所 引起,故混凝土配比與施工法必須對降低潛變及收縮採取有效 的措施。此外,由於混凝土乾縮裂縫或接續澆置冷縫的缺陷而 受損的情形很多,亦應防患。高強度混凝土乾燥收縮量、自體 乾縮量較大,並應設法減少水泥用量過多的問題,對於水化熱 之溫度應力開裂,須採取對策。 (3) 耐久性 結構物之結構安全性及使用性,除了災害等之外,也會因 3- 4
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長期性的劣化而受損,因此確保耐久性是重要的。耐久性為與
中性化、鹼性骨材反應、鹽化物量、乾燥收縮、水化熱、凍融
損害等性能有關。高強度混凝土因為具有密緻的細微構造,對 第三章 高強度鋼筋混凝土之材料與構材性能
於大氣中之二氧化碳及鹽化物之侵入具有高度的抵抗性,但是
水泥量多,由於自體乾縮或溫度應力產生開裂,或使用不當的
骨材時,恐有產生鹼性骨材反應之虞,故於材料、配比之選定、
施工及維持、保全上必須注意。
(4) 耐火性
高強度混凝土因為比常用的混凝土組織密緻,火災時表面
容易爆裂,會引致構材強度降低的危險性。因此爲了確保結構
安全性,並控制火災時之爆裂,於混凝土材料、配比之選定、
構材之斷面設計、粉刷材之選定等需採取有效的對策。
(5) 其他性能(尺寸精度、混凝土之完成狀態、保護層厚度)
爲維護超高層建築結構物應有的結構安全性、使用性、耐
久性,混凝土構材必須確保尺寸精度、完整狀態,以及保護層
厚度等要求。為了達成這些性能,結構體混凝土應有可靠可行
的施工性,即於模板內可以緊密填充,確保混凝土具有足夠的
流動性及自充填性的品質。有別於一般混凝土,新拌狀態的高
強度混凝土配比,要求較低的水灰比,具有較高的膠結性,以
達到設計要求的力學特性及耐久性,並能滿足結構體基本性
能,良好的施工性。訂定材料、配比,並於設計圖說中規定坍
度或坍流度,以及含氣量等,乃為重要的事項。
3.1.3 高強度鋼筋混凝土製作與施工必須充分檢討之事項高強度鋼筋混凝土製作與施工必須充分檢討之事項高強度鋼筋混凝土製作與施工必須充分檢討之事項高強度鋼筋混凝土製作與施工必須充分檢討之事項
高強度混凝土其設計強度超過60N/mm2,如其採用可信賴資
料,以及必要的試驗證明者,為確保可達到設計所要求的性能,
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其必須檢討之事項如下: (1) 材料與配比:以抗壓強度為依據,選定可達到混凝土抗壓強度 要求品質的材料(水泥、骨材、混合材料)。超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 (2) 混凝土的拌製方法:調查工廠設備,技術員的技術能量、經驗 及製造方法,選定能安定的拌製超出60N/mm2 強度的混凝土 之拌和廠。 (3) 混凝土強度之管理方法:設定合理的強度管理方法,以保證結 構體能確實達到目標強度。 (4) 施工方法:應用合理施工之輸送、澆置、搗實、養護方法,達 成混凝土所需的要求品質。 (5) 結構體混凝土強度:事前透過根據室內試拌和、實機試拌和、 實尺寸構材的施工試驗等,確認結構體混凝土達成目標強度之 水準。 (6) 混凝土的耐火性:混凝土強度超過80N/mm2 時,應先檢討其 耐火性(爆裂性),並提出相關的對策,反應於其設計規格。 (7) 溫度裂縫之檢討:由於水化熱可能產的溫度裂縫,應予解析, 並對於混凝土之配比、施工有適當的對策 [解說] 高強度混凝土之製造、施工,與普通混凝土的情況差異甚大, 對於材料、配比之決定,製造、施工及品質管理之實施,必須有 高度的技術和經驗。 3.1.4 設計時應有的施工考慮設計時應有的施工考慮設計時應有的施工考慮設計時應有的施工考慮 根據本指針進行高強度鋼筋混凝土造建築物之計畫及施工 時,施工上應注意考量的要點如下: (1) 載重、應力、變形之計算,其結果與實際建築物之載重、應力、 3- 6
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變形的狀態盡可能使其為近似值。對於形狀複雜之建築物,其
載重、應力、變形不能明確的計算,應注意不要進行設計此類
建築物。 第三章 高強度鋼筋混凝土之材料與構材性能
(2) 注意施工計畫的便利性,使構材的斷面達到標準化,及單純化
的目標。
(3) 構材斷面於計算時,考慮保護層厚度、有效深度、鋼筋之交叉
導致錯開的位置,以及有效率之續接器施工等配筋的情形。
(4) 配筋應注意混凝土的填充性,使混凝土和鋼筋能變成一體作
用。柱與梁之接合部,須根據實尺寸圖、模型等確定配筋的實
情,使混凝土能充分的填充。
(5) 設計時應充分考慮材料調配的實情,施工時期、施工技術及施
工管理之程度。
(6) 設計者應事先就施工方法,與施工者充分的討論。
[解說]
本項係強調使用高強度鋼筋混凝土造建築物的設計與施工
時,設計者和施工者需立於共同的基盤,更重要的是要擁有共通
的認識、資訊。通常,於建築工程,施工者有忠實作出所設計的
東西,實現設計意圖之建築物性能的義務。但是,建築物的設計
圖說僅係顯示該建築物的應有形狀,並以圖面表示為主,有關記
載於規格、說明書內之要求,有時並未必足夠,尚須注意圖面所
顯示者與規格書之內容,是否有不一致的地方。施工者僅能基於
該時點,就可利用的材料、勞務、機械、工法等來進行;從這些
面向來看,假如有不可能或有相當的困難時,將無法完成設計者
想要的建築物。以往,施工者的需求常被設計者忽視,也從未被
設計者如此的強烈關注;但是使用高強度混凝土,特別是高層鋼
筋混凝土造建築物之工程時,施工者對於設計者的回饋是相當重
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要的。 (1) 結構設計可說是:實現之建築物受到固定載重、活載重、地震 載重等之載重時其結構體力學上舉動的模擬。此於一般的鋼筋超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 混凝土造的設計也相同,但是使用特別高強度混凝土之建築 物,因為一般上規模大、載重導致斷面的應力也較高,根據結 構設計的判斷和實際間之差異必須盡可能的小。因此,應力狀 態及破壞之預測希望為單純、明快者。例如即使為構架結構, 也不希望各構架之勁度中心,及破壞模式顯著不同;如結構全 體的復元力特性為不安定且不明快,勁度中心與重心有顯著的 偏心,會產生扭轉的狀態等。 (2) 構材斷面的標準化及單純化,使鋼筋及模板的加工、組立有更 計畫的且容易的進行,重要的是能提昇施工的精度。特別是, 高層的鋼筋混凝土造建築物往上建造時,為了使鋼筋的組立、 搬運,模板的搬運、組立,混凝土的澆置能順暢進行,期待構 材斷面、鋼筋的組立、接合尺寸等之標準化。 (3) 計算構材斷面時,例如,同一平面交叉之梁的上端筋,將位於 另一方梁筋之上,依此情形將影響結構上之斷面形狀。凡此關 於鋼筋之加工、組立時產生的問題,必須加以考慮,事先檢討 斷面的計算。 (4) 構材的接頭及鋼筋的續接部分,也必須檢討是否可保持所定之 鋼筋間距,或鋼筋之組合是否可行性。複雜的位置,不以實尺 寸之圖示等檢討確認是不易發現問題的,因此設計時必須先行 的檢討考量。 (5) 高強度混凝土,坍度或坍流度即使很大,其膠結黏性也很強, 因此混凝土的填充性必須特別考量。又混凝土用的骨材,因為 各地骨材的品質不同,為適合於高強度混凝土需求,應預先檢 3- 8
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來源:內政部建築研究所《超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬》,民國98年12月。依建研所網站資料開放宣告註明出處;本站分章呈現並另加歷史與適用註記,不代表發布機關認可。查核日期:2026年8月30日。