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研究報告第一至第三章(2/3);原PDF第23–32頁。
本節閱讀與適用提醒
- 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。
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澆置的技術。 施工時之高強度混凝土的品質管理‧檢查,是否確保設計強度 為重要的管理項目。結構體混凝土之抗壓強度為,從結構體鑽心超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬 取樣之試體或具有類似強度特性之試體(與鑽心試體強度之強度 關係明確把握時之標準養護試體等)的抗壓強度來判定。此外,混 凝土密實填充的確認為RC 結構體之檢查時基本的管理項目。特別 是澆置續接部分容易成為弱點,應注意品質的確保使其不會損及 耐久性或結構體的連續性。 高強度混凝土的使用時,配比‧搬運‧澆置‧品質管理等,混 凝土全盤必須有高度的專門判斷。為求得品質安定精度高的結構 體,設計者、施工者、專門業者必須組織品質管理體制來對應。 (2)(2)(2)(2) 高強度鋼筋高強度鋼筋高強度鋼筋高強度鋼筋 高強度鋼筋為,比普通強度的鋼筋強度高斷面縮小等可效率的 形成構材。另一方面,有伸長、彎曲加工性能、焊接性能降低的 傾向。必須理解此特徵,合理的使用方法、適切的施工及品質管 理。 而日本New RC 計畫案以前,曾因為下述理由,鋼筋的高強度 化不大被嘗試製作。 a.高強度剛棒因為塑性延伸少,無法期待其塑性變形。 b.即使期待高強度化,由撓度或開裂所決定之構材,無法降低必 要鋼筋量。 c.以高強度鋼筋為主筋之構材,其實驗資料並未充分的累積。 鋼材一般而言,強度愈高降伏平台愈窄,破斷時之應變也變小 (圖2.1.1)。 2 - 4
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第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性
圖2.1.1 各種鋼材之應力-應變關係
【資料來源:參考書目16】
另一方面,於靜不定結構的建築物,至少希望主筋有明顯的降
伏平台及一定的延伸率(圖2.1.2)
圖2.1.2 高強度鋼筋之要求性能
【資料來源:參考書目16】
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高層RC 造建築物,有時主筋使用SD685、箍筋使用SD785,有 關這些鋼筋的品質可參照指針(案)第三章3.5 之說明。超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬鋼筋的續接有搭接續接、瓦斯壓接續接、焊接續接及機械式續 接等各種續接。而高強度鋼筋SD685,根據成分調整和控制延壓及 熱處理所製造,瓦斯壓接及焊接續接等加熱類型的續接,其鋼筋 母材的金屬組織將起變化,很難得到與母材同等的強度,因此一 般使用套管續接或注漿續接等機械式續接器。 (3)(3)(3)(3) 高強度混凝土與鋼筋複合構材之特性高強度混凝土與鋼筋複合構材之特性高強度混凝土與鋼筋複合構材之特性高強度混凝土與鋼筋複合構材之特性 a.混凝土 普通混凝土為,將粗骨材、細骨材以水泥漿膠結凝固之構造材 料,其強度根據膠結材料之水泥漿的濃度、即水灰比(W/C)而決 定。普通混凝土的抗壓強度約20~30N/mm 普通混凝土的抗拉強度約為抗壓強度之10 分之1。將抗壓試驗 用混凝土圓柱體橫置,利用抗壓強度為抗拉強度10 倍以上的特 性,以割裂試驗可簡單求出抗拉強度。普通混凝土之基本特性剪力強度,根據中空圓柱體的扭轉試驗求得,約為抗壓強度的102。 分 之1。 抗壓強度20~30N/mm 變約0.0020~ 0.0015,抗壓強度100N/mm 約0.0025,有若干變大的傾向。抗壓強度20~30N/mm 土其彈性模數約為2.5~3.0 x10 隨強度上升而變大,100N/mm 2之普通混凝土,達到抗壓強度時之軸向應 5.0x10 2左右之高強度混凝土則 2之普通混凝2 - 6 4N/mm 2,高強度混凝土的彈性模數 2等級之高強度混凝土約為 4N/mm 2,此與鋼材不同為混凝土的大優點。
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高強度混凝土之抗拉強度約為抗壓強度的1/15~1/20。強度愈高有
較小的傾向。高強度混凝土抗拉強度和抗壓強度之比率,與普通
混凝土之1/10 比較為較小的1/15~1/20,因此高強度混凝土帶給 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性
人有覺得較脆性的印象。
b. 鋼筋
普通鋼筋混凝土所用之剛棒通過約2%左右之降伏平台後,進入
硬化區,達到增加降伏應力約5 成的抗拉強度(降伏比1.5),30%
以上的伸長率後,產生大的斷面縮小而破壞,顯示出典型的韌性
破壞。
隨著含碳量的增加抗拉強度增大,但是降伏平台消失,伸長率減
少。碳量0.4%時伸長率為20%,碳量增加到0.5%時伸長率為10%
以下,不會產生斷面縮小,呈現脆性破壞。
根據日本實驗研究,高強度混凝土梁使用高強度鋼筋確實會提高
其彎曲抵抗,而普通強度混凝土梁使用高強度鋼筋並無法提升其
彎曲抵抗力,卻有高強度鋼筋破壞之危險性。高強度鋼筋混凝土
梁使用普通強度鋼筋,其彎曲抵抗無法上升,並無任何效果。結
果顯示,高強度混凝土梁應使用高強度鋼筋,普通強度混凝土梁
則使用普通強度鋼筋,才為適切的使用方法。
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第二節第二節第二節第二節 使用高強度鋼筋混凝土建築的基本條件使用使用使用高強度鋼筋混凝土建築的基本條件高強度鋼筋混凝土建築的基本條件高強度鋼筋混凝土建築的基本條件 RC 結構的優點有許多,而其中之一重點為比其他構造之結構體超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬建設費低。為了利用此優點,高強度混凝土的材料、施工技術可 根據下述基本條件來開發。 1) 活用高抗壓強度之設計 高強度化導致混凝土價格的上漲,可根據減少構材尺寸之設 計,儘可能利用材料用量、施工量減少、模板量減少等來吸收。 甚至由於構材尺寸的減小,活用建物的輕量化、有效利用面積 擴大的優點,達到降低整體造價之目標。此外,由於高強度化 提升耐久性,也可利用為長使用年限建築之計畫。 2) 於預拌混凝土工廠的製造 儘可能於現有工廠所保有的設備、材料、技術的範圍內製造, 以控制造價上升。佔有容積60%以上的骨材,為決定混凝土價 格的重要因素。因此,選擇保有試拌合等能得到所要強度之骨 材的工廠。此外,混凝土製造時,實施比一般更嚴格的製造管 理。 3) 合理化施工 因為是多層樓建築,採用工業化工法,以高精度、高效率、 短工期為目標。有關混凝土的搬運、澆置,儘可能根據既有技 術,但是不允許發生差錯,施工要格外小心。 2 - 8
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第三節三節三節三節 高強度鋼筋混凝土構材之特性高強度鋼筋混凝土構材之特性高強度鋼筋混凝土構材之特性高強度鋼筋混凝土構材之特性
對於高強度材料建造之梁和柱的結構行為僅有最小量的有效實驗資料。為澄清結構性能評估中數處不確定的地方。日本於New第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性RC
計畫案中進行以下之研究,其有關高強度鋼筋混凝土構材之特性
可供參考:
(1) 梁降伏後之握裹滑動破壞梁降伏後之握裹滑動破壞梁降伏後之握裹滑動破壞梁降伏後之握裹滑動破壞
結論如下述:
(a) 握裹指標,定義為設計握裹應力與握裹滑動強度之
比。可作為高強度材料梁於降伏後反復加載時,握裹
滑動破壞之變形能力的量測。假如握裹指標小於1 則
梁為安全的,可避免於非彈性範圍內變形能力過度的
變壞。
(b) 當設計為雙層鋼筋時,於外層鋼筋周邊之握裹應力加
速內層鋼筋周邊之握裹滑動開裂,將導致變形能力較
早變弱。
(c) 具較深斷面梁有較大握裹指標,係基於設計握裹應力
之增加,但是構材的變形能力並非如較小斷面深度那
麼容易受影響。
(2) 樓板於梁撓曲行為之效應。樓板於梁撓曲行為之效應樓板於梁撓曲行為之效應樓板於梁撓曲行為之效應
結論如下述:
(a) 高強度之樓板鋼筋於負彎矩時(樓板受拉)對梁之強度
有貢獻。
(b) 高強度之樓板混凝土對於梁之強度並無貢獻。
(c) 樓板分佈鋼筋量(垂直梁軸向之鋼筋)對梁之強度無影
響
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(d) 於負彎矩下(樓板受拉)樓板有效寬度根據梁單側協同
寬度0.1L、0.3L 和0.5L 依序顯現對初期勁度、降伏
勁度和開裂強度有良好的預測超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬
(e) 於負彎矩下計算降伏載重和極限載重,有效樓板寬度
可假定為整體寬度。
(3) 柱降伏後之變形容量。柱降伏後之變形容量柱降伏後之變形容量柱降伏後之變形容量
結論如下述:
(a) 與一定軸向載重比較,變化軸載重之試體具相同最大
值且顯示較佳之變形能力。
(b) 軸壓愈高,剪跨比2.0 柱之變形能力愈小。
(c) 剪跨比1.5 柱產生垂直開裂其可能導致垂直滑動破
壞。細長柱於定軸壓下也有相同的垂直開裂,但不致
於如短柱分布那麼廣闊。
(4) 承受雙向撓曲之柱。承受雙向撓曲之柱承受雙向撓曲之柱承受雙向撓曲之柱
結論如下述:
(a) 時,將於相對非常小雙向變形
下的側向位移角5%時產生受壓破壞。
(b) 柱軸向縮短於雙向載重時比單向載重更明顯。
(5) 受高軸壓柱之垂直滑動。受高軸壓柱之垂直滑動受高軸壓柱之垂直滑動受高軸壓柱之垂直滑動
結論如下述: 高軸載重其AgσB達0.6
(a) 垂直滑動開裂形成之機構,可依建議之模式來說明。
(6) 柱之剪力強度。柱之剪力強度柱之剪力強度柱之剪力強度
結論如下述:
(a)
2 - 10 混凝土柱其剪力強度隨Pw‧σwy而增高,但並未成比¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第30頁
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例。
(b)
(c) 根據極限強度指針之預測值位於安全側,而軸載重之 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性
影響雖然小,卻未列入考慮。根據Wakabayashi-Minami
理論正確考慮軸載重影響,但一般而言比起試驗結果
有過高評估的結果。 對於相同量的Pw‧σwy,較多的Pw比較高的σwy有利。
(7) 梁之剪力強度。梁之剪力強度梁之剪力強度梁之剪力強度
結論如下述:
(a) 根據AIJ 指針混凝土有效受壓強度的折減與本研究推
導定義之基本有效強度的組合,確定韌性構材之剪力
設計可達到充分的正確性。
(8) 剪力壓縮破壞類型牆之撓曲強度力壓縮破壞類型牆之撓曲強度。力壓縮破壞類型牆之撓曲強度力壓縮破壞類型牆之撓曲強度
結論如下述:
(a) 所有試體最後破壞行為或多或少為牆腹板壓壞或牆筋
斷裂。但啞鈴型柱甚至於破壞後也安定並可承受軸力。
(b) 剪力強度可依AIJ 指針評估,只要加以稍微之修正。
(c) 當撓曲剪力必要之混凝土有效強度減少時,牆累積變
形能力增加。
(9) 雙向載重下之牆變形能力。雙向載重下之牆變形能力雙向載重下之牆變形能力雙向載重下之牆變形能力
結論如下述:
(a) 牆受雙向載重下之變形能力較受單向載重為小。
(b) 較高軸應力或較差的柱圍束,牆變形能力的低落更明
顯。
(c) 牆變形能力之低落應該是,隨著柱軸應變增加而導致
之結果。
2- 11¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第31頁
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(10) 細長牆的剪力強度。細長牆的剪力強度細長牆的剪力強度細長牆的剪力強度
結論如下述:
(a) 高強度材料之牆其復元力特性顯示為S 型履歷,具較超高強度鋼筋混凝土建築設計施工指針之研擬
小之消能。剪跨比1.33 的試體於0.75%變形角時,因
支柱之剪力壓縮破壞而破壞,另外剪跨比2.0 者於
1.0%變形角時以相同的型態破壞。
(b) 試體之牆鋼筋比小於0.53%者,牆水平筋降伏,較大
鋼筋比者則未顯示降伏。
(c) AIJ 指針建議之剪力強度方程式,被發現精確滿足本
研究建議式用於計算混凝土有效壓縮強度,其中cotψ
使用大於1.0 之值(例如1.5)。但是實用上建議使用
cotψ=1.0,給予一個安全側的評估。
(d) 當牆鋼筋量非常高不管是使用非常高強度鋼筋或提供
大量鋼筋,其效果將降低。且必須比AIJ 指針之上限
值更嚴格。
(11) 內部梁-柱接頭之握裹力內部梁內部梁內部梁 柱接頭之握裹力。柱接頭之握裹力柱接頭之握裹力
結論如下述:
(a) 梁柱接頭其握裹係數μ 大於4.0 者,從履歷形狀和能
量吸收看來顯示出較差的握裹行為。等值黏性阻尼係
數於2%側位移循環時小於10%。
(b) 雖然節點剪應力等級較低使梁降伏先行於節點破壞,
但梁降伏後節點剪力惡化持續進展,原因可能為梁握
裹惡化和高強度混凝土。
(c) 節點破壞指標J 必須考量握裹指標μ 之影響,以便更
有效預測梁-柱接頭之破壞模式。
2 - 12¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第32頁
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(12) 雙向載重下之3-D雙向載重下之雙向載重下之雙向載重下之 接頭的剪力強度。接頭的剪力強度接頭的剪力強度接頭的剪力強度
結論如下述:
(a) 由於存在垂直梁與樓版之影響,3-D 梁-柱接頭之最大 第二章超高強度鋼筋混凝土建築之特殊性
剪力強度比2-D(平面)接頭高。
(b) 在其垂直方向的加載下達到剪應力最大值後,該方向
之剪應力減少。
(c) 設計3-D 梁-柱接頭使其接頭破壞指標J 等於1.0,被
顯示出對於防止接頭剪力破壞比梁降伏先發生是適當
的。
(13) 外部接頭之剪力強度。外部接頭之剪力強度外部接頭之剪力強度外部接頭之剪力強度
結論如下述:
(a) 利用應變之量測研究了雙層梁筋之握裹和錨定強度,
並且推論第二層鋼筋之錨定強度大量降低,可能由於
沿第一層鋼筋周圍之混凝受害的原因。
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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。