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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術
與示範例之研擬
內政部建築研究所協同研究報告
中華民國105 年12 月¶ 建研所RC耐震補強研究|原檔第2頁
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術
與示範例之研擬
研究主持人:鄭元良
協同主持人:廖文義
研 究 員: 李台光、黃國倫、周楷峻、蕭輔沛
研究助理:婁光銘、邱智佑
研究期程 :中華民國105 年2 月至105 年12 月
內政部建築研究所協同研究報告
中華民國105 年12 月¶ 建研所RC耐震補強研究|原檔第3頁
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目次
目 次
表次 VI
圖次 VII
摘要 X
第一章 前言 1-1
第一節 範圍與定義 1-1
第二節 耐震補強之基本要求 1-1
第三節 現況檢視與調查項目 1-2
第四節 設計程序 1-3
第五節 施工 1-3
第二章 規劃與結構設計 2-1
第一節2.1 補強規劃 2-1
一、一般通則 2-1
二、補強設計策略 2-1
第二節 結構設計 2-5
一、通則 2-5
二、材料強度 2-5
第三章 構材補強 3-1
第一節 鋼筋混凝土(RC)剪力牆 3-1
一、一般原則 3-1
二、規劃 3-1
三、設計程序 3-3
四、施作方式與結構細節 3-3
五、施工步驟說明與施工照片 3-9
第二節 增設翼牆補強 3-12
一、一般原則 3-12
二、規劃 3-13
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬 三、設計程序 3-13 四、施作方式與結構細節 3-14 五、施工步驟說明與施工照片 3-16 第三節 RC 包覆韌性補強 3-18 第四節 柱包覆鋼板補強 3-20 第五節碳纖維(CFRP)包覆補強 3-22 第六節 加強磚造結構之補強 3-25 一、概要 3-25 二、耐震性能需求 3-25 三、磚牆內增設加強RC 柱 3-25 四、鋼筋網水泥砂漿補強牆體 3-26 五、碳纖維貼覆補強 3-27 第四章 結構系統補強 4-1 第一節 鋼筋混凝土(RC)剪力牆 4-1 一、一般原則 4-1 二、規劃 4-1 三、設計程序 4-3 四、施作方式與結構細節 4-5 五、施工步驟說明與施工照片 4-9 六、RC 開口剪力牆補強 4-13 七、設計概要說明 4-13 八、開口牆施工概要說明 4-15 第二節 鋼造斜撐或鋼板剪力牆 4-17 一、一般原則 4-17 二、規劃 4-19 三、設計程序 4-20 四、施作方式與結構細節 4-24 II
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目次
五、施工步驟說明與施工照片 4-29
第三節 挫屈束制支撐 4-32
一、補強設計規劃 4-33
二、設計程序 4-34
三、施工步驟與結構細節 4-36
第四節 消能補強 4-37
一、一般原則 4-37
二、液態黏性阻尼器之消能補強 4-39
三、黏彈性阻尼器之消能補強 4-41
四、其他遲滯消能系統 4-43
第五節 其他補強技術 4-43
一、一般原則 4-43
二、增加扶壁 4-43
三、增加空間構架 4-44
四、其他補強技術 4-47
第六節 非結構構材 4-47
一、一般原則 4-47
二、耐震目標 4-47
三、規劃 4-47
第五章 基礎補強 5-1
第一節 基礎補強需求 5-1
第二節 補強設計原則 5-2
第三節 補強工法與措施 5-3
第四節 結構細節及其他注意事項 5-6
第六章 補強設計範例(一): 醫院結構 6-1
第一節 建築物基本資料與結構現況 6-1
第二節 耐震能力詳細評估分析 6-3
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬 第三節 耐震補強方案 6-7 一、補強方案一:增設外部構架與位移型消能斜撐 6-7 二、補強方案二:增設外部構架與速度型消能元件 6-15 三、補強方案三:增設鋼斜撐補強 6-22 四、補強方案四:增設開口RC 牆 6-31 第七章 補強設計範例(二): 住商混合大樓 7-1 第一節 建築物基本資料與結構現況 7-1 第二節 耐震能力詳細評估分析 7-3 第三節 耐震補強方案 7-8 一、補強方案一:增設位移型消能斜撐 7-8 二、補強方案二:增設RC 剪力牆 7-12 第八章 結論與建議 8-1 參考書目 R-1 附錄A 化學植筋在低強度混凝土中剪力行為之研究 A-1 A.1 研究目的 A-1 A.1.1 錨錠錨栓 A-2 A.1.2 ACI 318-14 規範之錨栓計算剪力強度 A-4 A.2 試驗參數設定 A-5 A.3 試體與夾具規劃 A-6 A.4 材料試驗 A-8 A.5 試驗結果與討論 A-9 附錄B 構件非線性行為模擬 B-1 B.1 雙曲率RC 柱之模擬 B-1 B.2 RC 牆之模擬 B-3 B.3 磚牆之水平極限強度 B-8 期中審查意見回覆 B-10 期末審查意見回覆 B-12 IV
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附錄C 醫院設計範例圖說 C-1
附錄D 住商混合住宅設計範例圖說 D-1
附錄E 鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術手冊 E-1
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
表 次
表3.1 碳纖維貼片之規格 3-23
表3.2 裂縫填縫材料適用範圍 3-28
表 4.2-1 鋼構架補強結構之損壞機制 4-20
表 4.2-2 補強鋼構架之塑性轉角容量 4-23
表4.2-3 鋼斜撐非線性分析之模擬參數 4-24
表6.1 建築物現況調查結果彙整表 6-1
表6.2 耐震性能目標 6-4
表6.3 現況耐震能力評估結果 6-5
表6.4 X 向阻尼器等效阻尼比計算表 6-15
表6.5 Y 向阻尼器等效阻尼比計算表 6-20
表6.6 鋼斜撐軸力非線性鉸參數 6-27
表6.7 鋼斜撐軸力非線性鉸參數 6-28
表6.8 鋼框架斜撐補強之耐震能力評估結果 6-31
表6.9 開口RC 牆剪力非線性鉸參數 6-36
表6.10 開口剪力牆補強之耐震能力評估結果 6-39
表7.1 : 建築物現況調查結果彙整表 7-1
表7.2: 非線性分析之模擬參數-RC 梁 7-4
表7.3: 非線性分析之模擬參數─RC 柱 7-4
表7.4: 非線性分析之模擬參數─RC 牆 7-5
表7.5 耐震性能目標 7-5
表7.6 現況耐震能力評估結果 7-6
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圖 次
圖3.1 擴柱立面詳圖、斷面詳圖、施工步驟說明 3-4
圖3.2 擴柱主筋續接範圍 3-4
圖3.3 擴柱柱頂處理 3-4
圖3.4 擴柱斷面詳圖 3-6
圖3.5a 直接基礎基礎詳圖 3-7
圖3.5b 有地下室(非外牆處)基礎詳圖 3-8
圖3.6 翼牆補強設計參考圖 3-15
圖3.7 柱與矮牆或眉牆連接時之補強 3-18
圖 3.9 鋼板包覆補強斷面圖 3-19
圖 3.10 柱與牆體連接之補強 3-20
圖 3.11 柱與矮牆連接之補強 3-20
圖 3.12 柱包覆鋼板補強之間隙位置 3-21
圖3.13 磚造牆體內增設加強RC 柱 3-25
圖3.14 鋼筋網水泥砂漿補強磚牆 3-27
圖4.1 RC 構架中填充RC 牆與配筋示意圖 4-2
圖4.2 RC 剪力牆補強平剖面示意圖,(a)新設牆(b)加厚原牆 4-5
圖4.3 RC 剪力牆補強立剖面示意圖,(a)新設牆(b)加厚原牆 4-6
圖4.4 填充RC 牆與既有結構以植筋方式連接 4-7
圖4.5 錨錠位置間距示意圖 4-7
圖4.6a 填充RC 牆與既有結構以將混凝土切成槽狀連結 4-8
圖4.6b 填充RC 牆與既有結構以槽狀混凝土塊連接方式 4-8
圖4.7a 典型開口RC 牆鋼筋配置圖 4-14
圖4.7b RC 牆開口處補強筋配置圖 4-14
圖4.8 增設鋼構材補強示意圖 4-18
圖4.9 常見之鋼構架型式示意圖 4-19
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬 圖4.10 鋼造構材之載重-變形曲線示意圖 4-23 圖4.11 鋼斜撐及鋼構與RC 構架接合配置示意圖 4-25 圖4.12 鋼板牆及鋼構與RC 構架接合配置示意圖 4-26 圖 4.13a 鋼構架與既存RC 構架之間接結合方式圖 4-26 圖 4.13b 各種不同鋼構與RC 結合型式圖 4-26 圖4.14 接合灌漿部位示意圖 4-28 圖4.15 梁柱角隅接合板受斜撐軸力與梁柱開合效應受力示意圖 4-35 圖4.16 中間接合板受力示意圖 4-35 圖4.17 新外部構架與既有結構力傳遞 4-44 圖4.18 新設外部構架與既有梁連接圖 4-45 圖5.1 基礎之補強工法 5-6 圖6.1 現況平立面圖 6-2 圖6.2 結構分析模型圖 6-4 圖6.3a X 向於性能點下之塑鉸圖 6-6 圖6.3b Y 向於性能點下之塑鉸圖 6-6 圖6.4 BRB 的立面配置型式 6-7 圖6.5a 補強後結構X 向之塑鉸圖 6-8 圖6.5b 補強前後結構X 向之容量曲線 6-8 圖6.6 隅板與梁柱接面之分力圖 6-9 圖6.7 下角隅板與預埋構件錨錠圖 6-9 圖6.8 中央隅板與預埋構件錨錠圖 6-11 圖6.9 新增梁與既有梁連接方式圖 6-12 圖6.10a X 向基礎補強圖(斷面圖) 6-12 圖6.10b X 向基礎補強圖(正視圖) 6-13 圖6.11 Y 向基礎補強圖 6-13 圖6.12: 補強後結構Y 向之塑鉸圖 6-14 圖6.13 補強前後結構Y 向之容量曲線 6-14 VIII
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圖6.14 阻尼器立面配置型式 6-16
圖6.15(a) 記錄TCU052 之調整前後正規化反應譜圖 6-18
圖6.15(b) X 向補強前後歷時分析之基底剪力與屋頂位移比較圖 6-18
圖6.16 X 向補強前後歷時分析基底剪力比較圖 6-19
圖6.17 X 向補強前後歷時分析基底剪力比較圖 6-19
圖6.18(a) X 向阻尼器配置大樣圖 6-21
圖6.18(b) Y 向阻尼器配置大樣圖 6-21
圖6.19 補強後立面圖 6-22
圖7.1 分析建物結構平面圖 7-2
圖7.2 混凝土構材側向力與變形之關係圖 7-3
圖7.3 結構物分析模型 7-7
圖7.4 現況結構塑鉸圖 7-7
圖7.5a 現況結構X 向之容量曲線及PGA-Displacement 圖 7-7
圖7.5b 現況結構Y 向之容量曲線及PGA-Displacement 圖 7-8
圖7.6 現況結構第一振態變位圖 7-8
圖7.7 BRB 補強立面配置圖 7-10
圖7.8 地下室(Line-1)新增單向擴柱圖 7-10
圖7.9 補強前後結構X 向之容量曲線比較圖 7-11
圖7.10 X 向補強後結構塑鉸圖 7-11
圖7.11 補強後結構X 向之容量曲線及PGA-Displacement 圖 7-11
圖7.12 BRB 補強立面配置圖 7-13
圖7.13 原RC 牆加厚與增設端構材剖面圖 7-13
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
摘 要
關鍵詞:建築物、耐震補強、鋼筋混凝土
一、研究緣起
國內一般民間建築物以RC 構架內填充磚牆或RC 牆之建築物佔大多數,近年
來由於校舍補強計畫之推動,使RC 結構之評估與補強技術開始受到全面的重視,
也逐漸累積工程實務之經驗,但其主要為針對一般典型校舍建築,而非私有民間建
築,且國震中心研究內容仍以校舍結構濕式補強工法為主,並未考量其應用於建築
補強上之限制性與對應工法之變通性,及未提供更多元且能適用於多樣化私有建
築,如乾式補強與消能補強工法供參考,除此之外,其對結構既有缺陷補強時之處
置方式與施工經濟性、施作空間考量等細節上仍有改進空間。本所921 地震後,於
耐震補強技術方面研究雖已有86 年「鋼筋混凝土建築物之修復與補強技術彙編」及
95 年「低層含磚牆建築物耐震補強手冊研究」之完成,但隨十多年來之新工法引進、
補強技術改進、工程實務經驗累積及研究目標之不同,前述研究內容若要廣泛落實
於私有建築補強上,仍尚有不足。故在內政部推動私有建築物補強之際,配合部訂
頒「私有建築物耐震性能評估補強推動先行計畫」權責分工之具體措施項目,在國
震中心以校舍建築為主,本所以私有建築為主之分工下,本所於既有研究基礎下,
彙集近年補強技術研究資訊與實務案例探討,持續研究與彙編一適用民間建築之多
元化耐震補強技術手冊,與提供具代表性建築補強示範例。
二、研究方法及過程
(1) 國內外補強試驗與實務施工資料收集整理與分析: 國內對於單一非韌性構
材、含牆構架、單一與整體構架補強等已經有許多研究單位進行相當多之耐震結構
試驗,已經有針對各類型單一構材、純構架或含牆構架、開口或開門剪力牆、磚造
建築進行一系列之耐震試驗研究與補強效率之探討。故本研究計畫主要為以此些研
究試驗資料及實務施工案例與問題為主,進行資料之收集與匯整比較,提供相關施
作參考,及參考國內外研究成果與設計準則,提供建築結構之補強設計步驟與不同
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摘要
情況下施工細節之建議。
(2) 乾式施工補強工法與模擬研究: 國家地震工程研究中心之「校舍結構耐震
評估與補強技術手冊」,及地震工程學會之「鋼筋混凝土建築物補強及修復參考圖說
與解說」除主要為針對一般典型校舍建築而非私有建築物外,內容仍以傳統濕式補
強工法如擴柱翼牆為主,對私有建築物可能常被採用之乾式施工補強工法並無詳細
說明,僅皆為直接引用日本之相關資料,所以針對現有國內補強相關手冊較缺乏之
乾式施工補強工法,如鋼斜撐補強工法、外部增築梁或柱之鋼構材補強與消能補強
工法等進行資料收集與提出設計施工方法與注意要點。另結構進行乾式補強後,需
重新進行評估以確定其補強效果,例如鋼斜撐補強與預鑄構材填充補強後之勁度與
強度如何模擬等在現有TEASPA 與SERCB 內並無明確規定,所以對於補強結構或
補強構材之行為與相對應之模擬原則進行資料收集與及其連結構材之行為等來確立
模擬原則;另對於採消能補強之高層建物的補強工法、細部施工與效果評估亦提供
參考原則。
(3) 開口剪力牆補強工法與模擬研究: 現有私有民間建築物之補強因常會牽涉
到對鄰房之影響,故常用於校舍之擴柱、翼牆與剪力牆等需進行較大規模基礎補強
之工法可能應用上常會難以執行,故將原開窗磚外牆或開門隔間磚牆置換為開口剪
力牆並配合小範圍基礎改良之補強工法,應為將來常被使用於民間建築物工法之
一。本研究彙整此些資料並依據試驗結果進行其耐震行為探討及提出其為耐震補強
工法之設計、施工、注意事項等建議,並對其於分析上之強度與韌性容量模擬提出
建議。
(4) 補強策略研究: 建築物之補強策略主要以提昇建築物本身耐震能力及降低
建築物之耐震需求兩個策略為主(或兩者併用),在提昇建築物本身耐震能力方面一
般以構材強度韌性補強、結構不規則性之改善、增設RC 牆等方式來進行,降低建
築物之耐震需求則以降低建物重量、增設消能裝置等方式來進行,補強方式之選擇
可能因為建物補強需求或現況條件之限制而有不同,雖難以用一單一標準來選擇補
強策略,但各種方式之選用基本原則與可能優缺點、限制條件等還是需要建立基本
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
之選用原則來供設計者參考,本計畫初步提出補強策略基本建議原則並以示範例之
進行來解說施作流程。
(5) 低強度混凝土植筋剪力強度試驗: 剪力牆補強常因為後澆置混凝土之縮而
造成牆頂與梁底摩擦力不足而造成後續之破壞,但一般補強工程設計常以RC 規範
之摩擦剪力公式來計算力量傳遞能力,其公式為將混凝土摩擦力與鋼筋剪力強度總
算而得,若用於有乾縮大間隙情況可能高估此處之摩擦力甚多,而植筋工程又為補
強不可避免之項目,且無收縮砂漿之填補有工期與使用性困擾,所以有必要了解單
純鋼筋於低強度混凝土下之能傳遞的剪力能力,故本研究進行低強度混凝土植筋剪
力強度試驗,了解其破壞機制與確實容量,使用於補強設計時能有效計算與提供足
夠摩擦力。
(6) RC 建築結構之補強設計示範例: 本研究以中部某醫院結構及921 地震中之
一倒塌住商混合底層挑高實際建築物為補強設計範例,配合所研擬之補強手冊與補
強策略基本原則來進行補強設計示範例研究,於考量經濟性、空間限制及不妨害現
有功能等條件下,進行補強策略制定與補強設計,並進行相關施工細節探討,最後
並評估補強前後建物整體耐震能力供參考。
本研究經由進行相關研究資料之蒐集、整理與研究探討後,將研究報告主要章
節內容編修如下:
第一章 通則: 基本原則、適用範圍及補強設計與施工等基本要求之說明與定義。
第二章 補強規劃與結構設計: 提供耐震補強規劃時,補強基本策略之選擇參考方
向,內容包括結構配置和其連接構造選擇。
第三章 構材補強: 包括擴柱補強、增設翼牆補強、構材包覆補強、加強磚造結構
之補強等各種方法之設計、結構細節、補強耐震性能規定。
第四章 結構系統補強: 包括增設RC 剪力牆補強、增設鋼造斜撐或鋼板剪力牆補
強、消能補強及其他補強技術等各種方法之設計、結構細節、耐震性能方面之規
定。
第五章 基礎補強設計: 基礎之補強基本原則、耐震需求、設計成序與補強成效評
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摘要
估等。
第六章 補強設計例(醫院結構): 提供醫院結構採位移型消能斜撐補強、速度型消
能補強、開口RC 牆及鋼斜撐補強四種補強範例及其錨錠設計與基礎補強方式。
第七章 補強設計例(住商混合大樓): 提供住宿混合大樓結構採位移型消能斜撐
補強、RC 牆補強二種補強範例及其錨錠設計。
三、重要發現
(1) 於以921 地震中損壞之住商混合建築物補強設計例過程與結果,發現921
地震或美濃地震中常見受損之具軟弱底層建築物,只要進行底部少數樓層之適當與
正確補強,在相當經濟之補強費用下,即可顯著提昇此類建築物之耐震能力,故本
報告此範例之分析與補強設計可為實務工程之重要參考。
(2) 另本研究以中部某醫院結構之補強設計範例,採用外加構架配合使用位移
型消能斜撐及速度型消能元件之補強方式,由設計結果顯示此補強策略除能有效解
決補強空間限制問題及不妨害現有功能外,亦具有較佳之經濟性,故此範例之分析
與補強設計可為醫院、科技廠房等內部補強空間不足結構之設計參考。
(3) 在低強度混凝土中植筋剪力行為之研究上,根據混凝土設計規範建議的最
小邊距及深度進行一系列的植筋及單向剪力測試。試驗結果與依混凝土設計規範計
算值比較後,發現規範計算值在強度10MPa 和15MPa 之試體仍偏保守,但在5MPa
試體之試驗值則與計算值相當接近,故規範中的錨錠計算公式應用在極低強度混凝
土中可能會有不保守情況。另本部份實驗發現另一種破壞模式為鋼筋彎曲破壞,其
強度介於邊距破壞與鋼筋剪斷之間,有別於規範中所考慮之邊距、撬破和鋼筋剪斷
三種破壞模式。
(4) 本研究經蒐集國內外相關補強設計研究與試驗資料等,發現國內從921 地
震過後至今已有相當之研究與實務成果,不論在學理或實際補強工程技術上都有相
當大的進展。所以應可依據既有之國內研究成果開始研擬類似日本「建築物耐震評
估與補強規範」
XIII來源:內政部建築研究所《鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬》,民國105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。