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研究報告第四章 結構系統補強:RC剪力牆與開口牆(1/4);原PDF第65–73頁。
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- 文件性質:本件是內政部建築研究所民國105年12月協同研究報告及其所附耐震補強技術手冊稿,不是法規命令、部頒設計規範、施工綱要規範或現行強制手冊。
- 版本時點:CNS、混凝土設計、耐震設計、錨栓、鋼構、FRP、消能元件、分析模型及軟體均是105年前後研究背景;現行工程須另查今日有效法規、標準與主管機關程序。
- 數值使用:材料強度、鋼筋、植筋、剪力摩擦、錨定、塑性轉角、阻尼、勁度與強度折減等數值必須連同公式、假設、圖說及研究時點閱讀,不能脫離上下文作為通用強制值。
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第四章 結構系統補強
第四章 結構系統補強
第一節 鋼筋混凝土(RC)剪力牆
一、 一般原則
對於側向強度差或是結構構材大都屬於脆性剪力破壞之建築物,可採用增設
RC 剪力牆補強方式來提昇建築物之整體強度,藉著增設剪力牆本身之抗剪強度及
側向勁度,以改善整個結構系統,並減輕梁、柱構件之負擔。其方式可為空構架中
填充新的剪力牆、填充既存RC 牆之開孔、增加現有RC 牆體厚度或於現有磚牆增
設平行結合RC 牆等方式來進行補強。採用增設剪力牆之補強,必須確保填充剪力
牆與邊界構架間之應力傳遞機制,一般可採用設置化學錨栓、植筋、剪力釘、將牆
筋錨錠或銲接於邊界構架梁柱之既有鋼筋上等方法(內政部建研所,2005;黃世建,
2003; 張國鎮等,2002)。
因增設之RC 剪力牆強度頗大,設計時應注意與四周梁、柱、版及基礎間力量
傳遞檢討。另RC 剪力牆之破壞機制與強度受施工時混凝土澆置方式之影響極大,
所以於設計及施工階段需要特別注意此事項。
剪力牆補強需盡量由底層補強至所需樓層,使垂直力與側向力能傳遞至基礎,
盡量不採跨樓層方式補強。若補強樓層之下層無法進行RC 牆補強時,則應對側向
力傳遞進行詳細之計算並採取其他合適之補強措施。採用剪力牆補強時,當牆(包括
端構材)之彎矩破壞強度或支承基礎強度小於剪力破壞強度時,需注意此時牆之剪力
強度並無法完全發揮;另外由增設剪力牆後會造成靜載重增加、地震時垂直構材軸
力改變及破壞機制改變等效果,此些效果對基礎與地盤之安全性的影響應於設計階
段加以考量。
當建築物具有軟弱底層(soft-first story)或是質心剛心具有較大之偏心量時,由於
剪力牆之勁度相當高,所以應盡量運用剪力牆來改善結構抗側力系統平立面分佈之
均勻性。
二、規劃
(1) 適用之建築物
採用填充RC 剪力牆補強之建築物,一般為側向強度極差或是結構構材大都屬
於脆性剪力破壞之建築物。對於結構構材大都屬於撓曲破壞但強度不足之建築物,
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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
若增設強度為由撓曲強度或基礎旋轉強度控制之剪力牆,利用其韌性消能之效果,
亦為有效之補強方式。
建築物中增設之牆體應盡可能減少其對建物內部空間利用、使用功能或照明之
阻礙。建築物增設剪力牆時基礎本身應有足夠之支持強度,因為填充牆會引起靜載
重的增加,及因為側力抵抗機制之改變所引致之地震中垂直構材軸力的明顯改變。
另需注意的是,若補強後會造成連結於既有RC 構架大梁之破壞而使剪力牆產生旋
轉模態時,則應加以注意連接梁之強度與韌性是否與補強構架能相匹配。
新設RC牆(25 cm) 既有RC牆 既有RC牆
新增端構材
新設RC牆(25 cm) 新增端構材
既有RC牆加厚20cm
新設RC牆(25 cm) 既有RC牆加厚20cm 新增端構材
新增端構材
新設RC牆(25 cm) 既有RC牆加厚20cm 新增端構材
新增端構材
周邊粱柱粉刷層敲除 粱下螺箍筋補強
粱下螺箍筋補強
周邊粱柱粉刷層敲除
牆周邊粱柱植筋
(深度與搭接詳規定)
水平筋垂直筋, #4@20
圖4.1 RC 構架中填充RC 牆與配筋示意圖
【資料來源:本研究製作】
(2)配置位置
剪力牆之位置應該根據建築物使用上之限制及考慮平面與立面之結構勁度與
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第四章 結構系統補強
強度平衡性等因素,將牆設置於適當之位置,圖4.1 為新設與加厚RC 牆之示意圖。
三、設計程序
(1) 補強設計程序
填充RC 剪力牆的補強程序應該依下列程序:
(a) 評估建築物既有的耐震容量。
(b) 決定以強度補強或以韌性補強之補強策略。
(c) 由補強策略決定補強需求。
(d) 評估牆體的設計應力大小與選取補強材料之強度。
(e) 依據所需要牆的長度需求決定牆體的配置位置與方式。
(f) 計算所有RC 牆之所需鋼筋量並設計錨錠所需的強度。
(g) 計算RC 牆的強度及其韌性容量。
(h) 再評估是否滿足補強需求。
當設計能滿足補強性能需求且不過於保守,則完成補強計算。但若無法滿足補
強需求或是補強設計過於保守,則重新由步驟(e)或(f)重新計算。
(2) RC 剪力牆斷面設計
RC 牆之長度及厚度,設計者應考慮設計需求及施工條件並與業主充分溝通後
決定。RC 牆鋼筋號數建議不宜超過#4。RC 牆周邊梁柱植筋數量需由設計者計算,
於梁植筋得採用單排鋼筋或採雙排鋼筋,於柱植筋則宜採用雙排鋼筋,惟植筋之斷
面積不得小於RC 牆鋼筋量。植筋規定應由設計者於相關圖說內加註說明。RC 牆
周邊新舊結構體交界處,若有與雨水接觸者,應考量防水設計。
(3) RC 剪力牆斷面分析
剪力牆斷面分析應包括邊構材及增設牆體,類似I 型斷面進行分析,假設反曲
點位在牆高1/2 處,因此剪力牆斷面撓曲強度可由式(4.1)計算之
2 M n VbSW = (4.1)
H
其中VbSW 表示剪力牆斷面撓曲強度,H 為牆淨高度,Mn 為牆標稱彎矩強度。計算
時牆垂直鋼筋所提供之強度不得大於拉拔強度。另Mn 不大於牆基礎之抗翻轉強度
(非底層牆不需考慮)。
剪力牆斷面之剪力極限強度,可由附錄B 中求得(國震中心,2014)
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Vsu = ( K h + K v − 1)ζ f c' Astr cosθ (4.2)
剪力牆與原梁連接界面之摩擦極限剪力強度 V fu ,可由式(4.3)計算之
V fu = V j + Vcd (4.3)
其中 V j 為梁底所有錨錠材的剪力強度和,可採下式計算
V j = αAv f yv < 0.2 f c' Aw (4.4)
f yv = 錨錠材之降伏強度(但不大於錨錠材之拉拔強度), vA = 垂直錨錠材之斷面
積, Aw = 新設RC 牆之斷面積;α = 界面摩擦剪力之折減係數,若依本章4.1.4 節規
定細節施作時取1.0;其他則取為0.7。
端柱頂部之摩擦剪力強度 Vcd 依下式計算
Vcd = 1.4 As f y < 2.0 f c' Ag (4.5)
yf = 柱縱向鋼筋之降伏強度, sA = 柱縱向鋼筋之斷面積, cf' = 既有結構之混凝土
強度, Ag = 柱之斷面積。
RC 剪力牆上方梁水平剖面之摩擦極限剪力強度 Vbfu ,可由式(4.6)計算之
Vbfu = Vcd + 1.4 Avb f yt (4.6)
f yt = 梁箍筋之降伏強度(但不大於錨錠材之拉拔強度), Avb = 梁之所有箍筋的斷面
積和。
填充RC 剪力牆的側向強度為依以上4 項計算所得之最小值,亦即
VSW = min(VbSW , Vsu , V fu , Vbfu ) (4.7)
四、施作方式與結構細節
(1) 施作方式
(a) 新設RC 剪力牆補強
此補強方式為於空構架中填充一不小於15 cm 之RC 剪力牆,補強目的主要在
增加建築物的強度。因為填充剪力牆之強度與回復力特性會因為連接構材之撓曲降
伏或基礎旋轉而有所變化,所以於補強設計中需要特別注意的是補強後建築之整體
結構特性,圖4.2(a)與4.3(a)中為新設RC 剪力牆補強示意圖。
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第四章 結構系統補強
#4@20植筋入核心區 牆中央設置固定筋 植入柱核心區
#4@20水平垂直筋
新設 25cm RC牆
RC牆兩端#3@20cm
搭接長度
圍束箍筋 柱
柱
新增 RC牆平剖面圖
(a)
9-#6筋穿樓板直通
#4@15植筋
#4@15 箍筋 柱
#4@15 繫筋 新增端構材
梁邊
2-#5植筋於梁 #4@20垂直水平筋
牆面#3@40植筋 柱 2-#5輔助筋
遇梁截斷 #4植筋於梁 既有15cm牆
新設20cm RC牆
加厚原RC牆與增加端構材平剖面圖
(b)
圖4.2 RC 剪力牆補強平剖面示意圖,(a)新設牆(b)加厚原牆
【資料來源:本研究製作】
(b) 加厚既存RC 牆補強
採增加既有RC 牆之厚度的補強方式時,可採用新設填充剪力牆的設計理念來
進行補強設計,因為加厚的RC 牆,其結構行為類似於新設填充剪力牆,但新澆置
之混凝土要確保與既有牆、梁及柱有足夠之錨錠結合能力,圖4.2(b)與4.3(b)中為加
厚原RC 牆與增加端構材之補強示意圖。
(c) 填充既存RC 牆開孔的補強
當一具有翼牆、窗台且開孔甚小之RC 牆體,若原RC 牆之厚度大於(含)15cm
且其既有混凝土強度高於150 kgf/cm2 時,可採用於開孔增設鋼筋及填充混凝土的方
式來補強,補強後之牆體可視為一完整之填充剪力牆。對於厚度小於15 cm 之既有
開孔牆體,則可結合加厚RC 牆之方式來補強。
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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
(d) 現有磚牆增設平行結合RC 牆補強
當一具有填充磚牆之RC 構架,基於施工便利性之考量,在不拆除原磚牆情況
下,可於現有磚牆旁增設與之平行結合之RC 牆,雖然新設之RC 牆與既有梁柱錨
錠結合方式同(a)小項相同,但由於磚牆與RC 牆在破壞機制、強度、勁度及與既有
構架結合處可能有明顯之不同,所以於評估其強度與韌性時需要有所折減。
粱、版 粱、版
灌漿至距梁底10cm,
" "多餘之混凝土敲除,
#5@12cm 鋼筋 #4@20cm 鋼筋
再壓力灌漿填滿無收縮砂漿
植入粱核心區 " "多餘之混凝土敲除 植入粱核心區
粱粉刷層敲除
( 粗糙度 >6mm) 預鑄無收縮砂漿塊
10
20 #3螺箍筋補強 25 搭接長度詳規定
模板喇叭口( ) 搭接長度詳規定 模板喇叭口( )
牆中央設置固定筋 牆面 #3@40 植筋
牆厚(25cm) 牆厚(20cm)
#4@20水平筋 #4@20水平筋 牆粉刷層敲除
#4@20垂直筋 #4@20 垂直筋
新設 RC牆 既有 15 cm RC牆
加厚 RC牆
粱粉刷層敲除 粱粉刷層敲除
新增 RC牆立剖面圖 加厚既有 RC 牆立剖面圖
(a) (b)
圖4.3 RC 剪力牆補強立剖面示意圖,(a)新設牆(b)加厚原牆
【資料來源:本研究製作】
(2) 結構細節
(a) 與既有結構的連接方式
(i) 使用錨錠的連接法
本連結方法是指新增錨錠鋼材或化學植筋在既有結構中,以傳遞既有結構與填
充RC 牆間的剪力(圖4.4)。
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粱、版 粱
植入粱核心區
粱粉刷層敲除
(粗糙度>6mm) 新設RC牆 新設RC牆
螺箍筋補強
水平筋
牆中央設置固定筋
垂直筋
圖4.4 填充RC 牆與既有結構以植筋方式連接【資料來源:本研究製作】
1. 新增錨錠的細節應遵循以下之規定。
• 既有結構體與牆體連接之表面打毛至粗糙度大於6mm
• 錨錠材植入有效深度自植入孔表面起最少10 d a 以上,且拉拔試驗可達錨錠材
之降伏強度以上。
• 錨錠材之直徑以介於13mm~22mm 間為宜。
• 植入錨錠材之鑽孔孔徑不得大於錨錠材直徑3mm 以上。
• 每一排中各錨錠孔之間距不小於7.0 d a ,及不大於30cm;雙排錨錠孔之排距,
不小於5.0 d a ,交錯型式之雙排錨錠孔,其排距不小於4.0 d a ;錨錠孔至既有
結構之距離不小於5.0 d a ,錨錠孔至新增構材邊緣不小於2.5 d a (如圖4.5)。
2. 一般新增的錨錠需同時沿著端柱與牆上下的梁設置,若僅沿著梁設置,則需考慮
強度之折低。
3. 需使用足夠的螺箍筋或閉合箍筋來防止混凝土之劈裂。
4. 若為增加既存牆的厚度方式補強,應將既有牆面打毛至粗糙度大於6mm 並適當
植筋(圖4.2b、4.3b)以連結新增RC 填充牆。
(a)並排形式 (b)交錯排列形式
圖4.5 錨錠位置間距示意圖【資料來源:本研究製作】
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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
(ii) 其他的連結法
除了上述的以螺箍筋或閉合箍筋方式補強界面外,亦可採下列之連接法(參見示意
圖4.6a 及4.6b)。
1. 混凝土梁切割成具凹凸槽狀的連接法
2. 連貼槽狀高強度混凝土塊的連接法
3. 銲接鋼筋連接或以彎鉤箍筋連接。
粱、版 粱
植入粱核心區
補強筋
粱保護層敲除成槽狀
水平筋
新設 RC牆 垂直筋 補強筋
圖4.6a 填充RC 牆與既有結構以將混凝土切成槽狀連結
粱、版 粱
粉刷層打除打毛,
以Epoxy黏貼
高強度混凝土塊
植入粱核心區
粱粉刷層敲除
新設 RC牆 新設 RC牆
黏貼高強度
混凝土塊
牆中央設置固定筋
圖4.6b 填充RC 牆與既有結構以槽狀混凝土塊連接方式
【資料來源:本研究製作】
(b) 防止劈裂的施作方式
錨定之鋼筋附近需配置足夠之箍筋(螺箍筋)、或以梁切割成凹凸槽狀、或連貼高
強度混凝土塊的連接法來防止混凝土的劈裂。
(c) 其他結構細節
下列是常見連結的結構細節
(i) RC 牆的厚度應大於1/4 的柱寬及15cm,但小於梁之寬度。
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第四章 結構系統補強
(ii) RC 牆的剪力鋼筋比建議應大於0.25%及小於1.2%。
(iii) RC 牆的混凝土強度不能小於既存結構物混凝土的強度。
(iv) RC 牆具有開孔時,需設置足夠之開孔補強筋。
(v) 以增加既有牆之厚度方式進行補強時,新增部份之牆厚應大於12 cm 或既有牆
之厚度,且採用以下之方式施作:
1. 混凝土以壓力灌漿,
2. 混凝土灌漿至梁底約10-15cm,然後以無收縮水泥砂漿壓力灌漿其他部份。
五、施工步驟說明與施工照片
施工步驟:
(1) 妨礙施工之管線及設施先行遷移。
(2) 基礎施工需先敲除底層樓版,再開挖至柱基礎結構體頂面位置。
(3) RC 牆補強施工範圍內原有結構體表面打毛至6mm 粗糙度以上。
(a) 原有柱
(b) 補強範圍內梁
(c) 直通主筋位置樓版及梁側混凝土
(4) 敲除時不可損傷鋼筋,後以高壓空氣清理敲除粉塵及鬆動混凝土塊。
(5) 敲除面寬度大於0.3mm 之裂縫需以EPOXY 灌注,較大之缺損以EPOXY 砂漿
修補。
(6) 探測並標示植筋位置周邊原結構鋼筋位置。
(7) 避開周邊結構鋼筋位置,依規定進行植筋及設置錨錠材(或梁打成槽狀)。
(8) RC 牆鋼筋綁紮。
(9) 模版組立。
(10) 混凝土澆置,最大粒徑建議不超過13mm,混凝土澆置前潤濕原結構體表面,
澆置時需以模外振動器配合施工。
(11) 澆置完成後敲除喇叭口附近混凝土,以無收縮水泥砂漿填實空隙。
(12) 補強範圍1:3 水泥粉刷並恢復原有外觀。
施工照片參見照片4.2。
Note: 4.1.4 節中之結構細節對剪力強補強來說明相當要。照片4.1a 所示為非韌性構
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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。