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第五章5.3.2分離式替代/較早版本稿(1/2);原PDF第271–283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。
- 替代稿:原PDF第271–288頁是5.3.2接合部設計原則的分離式替代/較早版本稿,須與第五章主稿分開閱讀。
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¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第271頁
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5-3-3)3)3)3)
5-3-4)4)4)4)
5-3-5)5)5)5)
5.3.25.3.25.3.25.3.2 預鑄混凝土接合部的設計原則預鑄混凝土接合部的設計原則預鑄混凝土接合部的設計原則預鑄混凝土接合部的設計原則
預鑄混凝土接合部的設計,應依下述步驟進行以滿足5.2.3 節
到5.2.5 節所規定預鑄混凝土構材必要的性能。
a. 假定具適當勁度和韌性之接合要素的種類、配置和個數。
b. 考慮構材形狀和材料特性,使用考慮力平衡和接合要素上所
產生之應力和變形關係的適當模型,計算於接合要素上所產
生的應力。
c. 確認a.所假定接合要素的強度大於接合要素上所產生的應
力。
接合元件所產生應力由構材應力計算出。此構材應力,對於各
臨界狀態和構材種類的組合,原則上根據表5.2.2.1 和表
5.2.2.2 的組合來決定。
接合元件之設計應考慮使用與極限狀態下之強度需求,及對應
不同受力型式之強度容量,此接合元件之強度需求與容量可依
附件A 之建議計算,或依可靠之計算或實驗結果決定之。¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第272頁
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表5.2.2.1:垂直載重下接合元件設計時所使用的應力組
合和載重係數
構 使用狀態 極限狀態
材應力 彎曲·軸力·剪力 彎曲·軸力·剪力
構材的種類
所有的構材 (D + L) (αD +β L)
D:靜載重產生的應力
L:活載重產生的應力
α:固定載重的載重係數(1.4 以上)
β:活載重的載重係數(1.7 以上)
表5.2.2.2: 地震載重下接合元件設計時所使用的應力
放大係數
構 極限狀態
材應力 彎曲·軸力 剪力
構材的種類
彎曲破壞以外 (γ1K1),(γ2K2)或(γ3K3)
的構材
非降伏構材 (γ1K1),(γ2K2)或
非構架構材 (γ3K3)
降伏範圍接合 (γ2K2)或(γ3K3)
構材
非降伏範圍接
合構材
γ1:彈性架構應力的放大係數(1.5 以上)
γ2:機構形成時之放大係數(1.0 以上)¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第273頁
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γ3:架構達到極限臨界狀態時構材所產生應力的放大係數
(1.0 以上)
K1:根據RC 規範7 條1 項所求得短期設計用彎曲應力或
剪應力
K2:假定部分架構形成彎曲降伏機構時之彎曲應力或剪應
力
K3:構架達極限臨界狀態時構材所產生的應力
作用於混凝土境界面之壓力,根據接觸面壓應力或支壓力來傳
遞。作用於混凝土境界面之軸力和剪力之組合應力,隨著作用
應力和容許變形,以摩擦、接觸面壓應力來傳遞,或是選擇剪
力摩擦、剪力鍵或挿銷作用。作用於鋼筋之軸力的傳遞,選擇
直接續接器或間接續接器。
接合部的應力傳遞,根據假定1 種類之接合要素的應力傳遞為
原則。依使用混凝土境界面接合要素之應力傳遞的各種類給予
的強度式原則上根據表5.2.2.3 所定。但是,考慮接合要素的
變形將強度累加時不在此限。表5.2.2.3 的摩擦係數根據表
5.2.2.4 所規定。
表5.2.2.3:依接合要素之應力傳遞的各種類給予
強度式
接合要素之應 強度式
力
傳遞的種類
由於軸壓縮力 τu = µσ0
的摩擦¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第274頁
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接觸面壓縮應 vu = µN
力傳遞
剪斷摩擦 τu = μ(Psσy +σ0) 但是,τu < 0.3σB
插銷鋼筋(每一 vu = 1.65adowel√σBσy
支)
剪力鍵 剪力鍵前面的支壓強度1.0σB 和剪力鍵本
身的剪力強度
0.5√σB 兩者的小值。
支壓強度 σ= ασB
其中
τu:單位面積的剪斷強度(N/mm2)
µ:摩擦係數
σ0:單位面積之應力其垂直方向的成分(N/mm2)
vu:剪斷強度(N)
N:垂直方向之應力(N)
Ps:接合面的單位面積,橫切接合面的鋼筋面積,直交鋼
筋與接合面不直交時,為乘上cosθ 的低減值。(θ
為接合面的垂線與鋼筋所成的角度)
σy:直交鋼筋的標稱降伏點(N/mm2),但是σy 超出800
N/mm2 時使用800 N/mm2。
σB:混凝土的壓縮強度(N/mm2),設計時使用混凝土的設
計標準強度Fc。
adowel:插銷鋼筋1 支的面積(mm2),插銷鋼筋與接合面未
直交時,為乘上cosθ 的低減值。(θ 為接合面的垂
線與鋼筋所成的角度)。
α:支壓耐力係數(=1.0)¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第275頁
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表5.2.2.4:麼擦係數
境界面狀態 摩擦係數
(等值的摩擦係
數)
特別是先行澆注混凝土表面未處理時和 0.6λ
後續澆注混凝土間的境界面
將先行澆注混凝土成為現場澆注混凝土 1.0λ
澆注時之境界面,進行表面泥膜清除等
清淨作業,且設置5mm 左右之人為凹凸
面的境界面
適用於無續澆注面一體澆注混凝土時的 1.4λ
等值摩擦係數
輕值混凝土時,λ 為0.75,普通混凝土時,λ 為1.0。
預鑄混凝土接合部的模型,因應實際載重的大小非考慮非線性
不可。
預鑄混凝土接合部的模型應考慮(a)構材製作及施工的容許誤
差,(b)隨著架構的塑性變形產生之支撐構材的移動,(c)鋼筋
位置的錯誤,(d)混凝土乾燥收縮量之不同,(e) 壓縮強度、握
裹強度不同等之預鑄混凝土構材和現場澆注混凝土構材間的不
同等影響。
考慮包括構架之接合部位置、種類、個數,評估接合元件的變
形導致對構材回復力特性的影響,應該注意將該影響盡量減低。
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¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第280頁
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[解說]
爲了得到本指針第5.1「預鑄混凝土構材的目標性能」所規定與現場澆注
同等的性能,考慮了許多接合部的設計方法。本指針案本章以後之預鑄混
凝土接合部的設計方法,其原則如下述。即,不管基準現場澆注混凝土構
材的破壞模式種類為何,設計時應防止變形集中於接合要素上。為了滿足
此目標,採用接合要素的強度要大於接合要素所產生應力的強度設計法。 第 44444444 頁:::: [96][96][96][96] 刪除刪除刪除刪除 j-yangyangyangyang 2009/6/262009/6/262009/6/262009/6/26 2:56:002:56:002:56:002:56:00 PMPMPMPM
如現場澆注混凝土和預鑄混凝土的續澆注面,以混凝土境界面的摩擦
力傳遞剪力的部分,作用於構材的彎曲和剪力的組合,會帶給接合部的強
度和破壞模式很大的影響。因此,即使是相同種類的接合部,應該就建築
物中所有的接合部,考慮其位置的應力組合,各別進行安全檢討為原則。
於垂直載重時的使用臨界狀態下,如第5.1 所規定,接合要素的變形有必
要使其足夠微小。同時,接合要素所產生的應力,不得大於各接合要素的
強度。這時,檢討使用臨界狀態用的應力,對於彎曲和剪力的任一種,就
載重係數為1.0 的存在應力進行檢定。且此時,為了使接合部的變形足夠
微小,條件變成為僅期待勁度高的結合要素。
於垂直載重時的極限臨界狀態下,容許接合部某種程度的變形,也同
時防止架構形成破壞機構而不安定或發生掉落的情形,要求接合要素所產
生的應力不得大於接合要素的強度。檢討極限臨界狀態用的應力,對於彎
曲和剪力的任一種,要求考慮載重係數。結構物之設定使用年限中的靜載
重和活載重的載重係數α 和β,參照ACI318-95 的規定
1.4 以上,活載重為1.7 以上。且此時,因為接合部的變形可能有較大的
情形,剪力鍵等韌性低的接合要素所負擔的力量,不要計入強度內。
於地震載重之極限臨界狀態下,保持與基準現場澆注混凝土構材相等
的強度,且設計的原則為,彎曲降伏後不要使變形僅集中於構成接合部之
接合要素的部分。因此,為了不使變形僅集中於接合部所包括的結合要
素,要確保接合要素的強度。檢討水平載重時之極限臨界狀態時,原則上 5-2-2),靜載重為
使用極限臨界狀態時之架構應力來檢定。為了計算此應力,必須使用非線
性側推分析等變得繁瑣。此外,假如引用保證型指針的4.5 節,極限臨界
狀態的狀態為下述情形的任一種,(1)降伏塑鉸的塑性變形達到極限變形
的狀態,(2)於部分樓層形成部分降伏機構的狀態,(3)構材的脆性破壞,
喪失垂直載重的支承能力,(4)由於基礎結構的破壞導致建物倒塌。因此,
設計者的判斷是必要的。在此,認定下述的2 種便利方法,(1)如RC 規準
條之剪力設計所規定的,對短期設計用載重使用彈性構材應力放大
的方法(使用放大係數γ1 的方法)和(2)將部分構架之構材端的降伏彎矩
5-2-1)15¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第281頁
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所定應力放大的方法(使用放大係數γ2 或γ3 的方法)。放大係數γ1 為短期
載重時之應力和架構形成崩塌機構時之應力的比值,強度抵抗型的架構,
有必要使用比1.5 更大的值。放大係數γ2 為,針對等值靜態水平力架構
形成崩塌機構時的構材應力與架構極限臨界狀態之應力的比值,設定為反
應2 方向地震的影響、動態地震力導致應力的增大、由於樓板的協力效果
及應變硬化的強度增大等,所以必須為等於構材設計應力的放大係數或更
大的值。
現行建築基準法令內,針對短期應力使用短期容許應力設計。本指針
案就預鑄混凝土構材也將其視為整體的構材進行有關彎曲、剪力、握裹的
短期容許應力設計。但是,有關接合部不採用短期容許應力設計。這是因
為,本指針採用的接合部設計對於地震時的極限臨界狀態應力,接合要素
採用強度設計,且接合要素的變形要維持於非常小的狀態,所以對於比其
更小的短期應力時的接合部變形可保證為充分的小。
此處未顯示彎曲應力的應力傳遞要素。於本指針第5.2 以後,原則上將彎
曲應力視為混凝土的壓縮力和鋼筋拉力及剪力的組合。即,接合部彎曲應
力之傳遞的確認為,將彎曲抵抗作用分解為,傳遞壓力之接合要素,傳遞
拉力之接合要素以及傳遞剪力之接合要素各自的抵抗力,且還原為各自接
合要素的設計。
摩擦
於混凝土的續澆注面上,混凝土間可能由續澆注面的化學性黏著作
用傳遞剪力。但是,界面的狀態受到續澆注面的方向或乾燥收縮的
影響而不一定,強度有很大的參差不齊。不知什麼原因失去化學性
黏著作用後,混凝土面和混凝土面之間在壓力作用的條件下,作用
引起境界面滑動的剪力P 時,以所謂的摩擦力來抵抗剪力P(解圖
C5.2.2.1)。此摩擦抵抗顯示出比黏著作用更安定的剪力傳遞性能。
根據構材的伸縮等,構材端部支座部分產生錯位變形μ 時,摩擦力
µN 發生作用。摩擦係數μ 為,根據ACI318/955-2-2)
5.2.2.4 之摩擦力。
所規定表
圖5.2.2.1 摩擦
剪力摩擦¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第282頁
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混凝土面和混凝土面之境界面的兩側,有充分錨定於混凝土而橫切
境界面的鋼筋時,此種情況下作為境界面的剪力傳遞機構,為眾所
週知的剪力摩擦概念
錯位變形,境界面產生開裂。其結果,橫切境界面的鋼筋產生拉力,
做為反力,境界面產生壓縮應力σ。因此可傳達的剪力為,作用於
境界面的壓縮應力σ 乘上因應境界面狀態的摩擦係數μ 所得的
值。此外,境界面作用軸力時,壓應力可加上軸方向應力。
剪力摩擦為,從其機構的假定可知,境界面產生某種程度的錯位
變形和開裂,橫切境界面的鋼筋不產生拉應力的話剪力傳達機構無 5-2-3)~5-2-9)(解圖C5.2.2.2)。因應混凝土境界面的
法成立。因此,有必要使容許境界面的錯位變形控制為較小的情況
時,對應的將作用剪力的大小和剪力摩擦的強度比值因應容許變形
量使其較小是可能的。
圖5.2.2.2 剪力摩擦
剪力鍵
剪力鍵為,以相互嵌合之凹凸形狀的混凝土進行剪力傳遞的機構
剪力鍵的變形,預先考量剪力鍵的形狀,使作用於剪力鍵的剪應力
小於混凝土的拉力強度即可。此外,剪力鍵受到反覆的剪力,產生
斜向裂縫時,爲了平衡斜向裂縫方向作用的壓縮力,可於境界面配
置直交鋼筋即可。 5-2-12),達到剪力強度之前,境界面幾乎不會產生錯位變形。爲了制止¶ 建研所New RC指針草案研究|原檔第283頁
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圖5.2.2.3 剪力鍵
如解圖C5.2.2.3 所示剪力鍵的強度為,剪力鍵前面混凝土的支
壓抵抗和剪力鍵的剪力破壞所決定的剪力抵抗兩者的小值。考慮如
解圖C5.2.2.3
的狀態,由左側剪力鍵之破壞所決定的剪力強度為QL,右側剪力鍵
之破壞所決定的剪力強度為QR 時,以兩者之小值為剪力鍵的剪力強
度。QL 和QR 有下述的提案式。
其中,n:前面發生支壓應力之剪力鍵個數(解圖C5.2.2.3 的情形,
n =3),xi:剪力鍵的高度(深度),wi:剪力鍵的接觸面寬,σBL,σBR:
境界面兩側的混凝土壓縮強度(單位:N/mm
常取1.0 以上的值,但採用保守側的1.0。ai,bi:剪力鍵接合根部
長度,此處剪力鍵的剪力強度採用0.5√σB。根據以往的研究,僅剪
力鍵的剪力強度被認為相當的參差不齊
考量最外緣的剪力鍵有沿破壞面M-M’及L-L’破壞之虞,在此,使用
與混凝土的受拉強度相當的值0.5√σB。 2),α:支壓耐力係數通
接觸面壓縮應力傳遞
彎曲、軸力及剪力同時作用之材軸直交接合部,混凝土面和混凝土
面之境界面所產生的組合應力狀態為,直壓應力和剪應力幾乎成比 5-2-16)~5-2-18)。此外,如圖所示
例增大。僅發生彎曲和軸力而未發生剪力之材軸直交接合部,因為
境界面僅產生直壓應力所以毫無問題可傳遞壓應力。剪應力隨直壓
應力比例增大時,如解圖C5.2.2.40 所示,剪應力大於直壓應力乘
上摩擦係數之值時,形成錯位的破壞模式,剪應力小於上述值時,
混凝土面和混凝土面的境界面不致產生錯位變形,被認為可顯示出
如整體現場澆注混凝土相同的應力傳遞性能
組合的傳遞機構為,接觸面壓應力傳遞。
前述(a)之根據摩擦的應力傳遞為,說明於比較小的壓縮力N 作
5-2-19)。這種壓力與剪力上一節:第五章Word修訂紀錄與刪除文字(來源稽核軌跡)(2/2) | 下一節:第五章5.3.2分離式替代/較早版本稿(2/2)
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。