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附錄A 低強度混凝土植筋試驗及計算（1／3）；原PDF第179–187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。
- 低強度混凝土試驗：附錄A之5、10、15 MPa植筋試驗與報告結論屬特定試體、邊距、埋深及破壞模式研究；不得只取單一數值推廣至所有既有低強度混凝土。
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¶ 建研所RC耐震補強研究｜原檔第179頁
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附錄A 化學植筋在低強度混凝土中剪力行為之研究
附錄A 化學植筋在低強度混凝土中剪力行為之研究
植筋工程常被用於結構物補強中，如翼牆及剪力牆補強等工法中，藉由對既
有結構體進行植筋，將補強結構體與既有結構體相連接，以期發展出良好的結構
耐震行為。國家地震工程研究中心於校舍補強案例中，發現老舊校舍結構常有混凝
土強度偏低的問題，其平均混凝土強度大約為17MPa，甚至有低至5MPa 左右之案
例，因此研究探討低強度混凝土中植筋剪力行與現有ACI 混凝土設計規範[A1]之適
用性為工程設計時需要之課題。
本研究在混凝土強度分別為 5MPa、10MPa、15MPa 之混凝土試體中，根據
ACI 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，試體共計有
192 組，控制參數分別為深度、邊距和混凝土強度。試驗結果與依ACI 規範計算值
比較後，發現ACI 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ACI 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ACI 規範中所考慮之邊距、撬破和
鋼筋剪斷三種破壞模式。
A.1 研究目的
黏結式錨栓因為施工便利及適用性廣泛，經常應用於混凝土結構工程之中。特
別是在耐震補強工程時，常藉由黏結式錨栓作為補強構件與既有構件之連結。目前
國內規範 對於黏結式錨栓之設計與施工，並無提供相關之規定，工程師於耐震補強
工程中應用黏 結式錨栓時，仍採用經驗值進行植筋需求深度之估計，且需仰賴現場
測試以確認需求深 度之適用性。由於既有建築物之混凝土強度普遍較低，對於現場
測試之需求深度，若能有可靠且合理之估算方式，可大幅提升其便利性，進而提昇耐
震補強工程之效果。因此在本文之中將介紹美國ACI 318-14 [A1]對於錨栓強度設計公
式及其對應之破壞模式，並說明如何利用耐震補強工程之需求鋼筋降伏強度，驗證
ACI 公式在低強度混凝土的適用性，最後再利用一系列之低強度混凝土植筋剪力試
驗結果，驗證鋼筋在低強度混凝土中之剪力行為。
A.1.1 錨錠錨栓
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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
錨栓可由安裝之時機大致分為預埋式錨栓ሺ圖A1ሻ和後置式錨栓ሺ圖
A2ሻ，後置式錨栓又可細分為機械式錨栓系統以及化學錨栓系統，本研究將探討後
置式化學錨栓於低強度混凝土中之剪力行為。後置式化學錨栓係利用化學黏著劑
將錨栓與混凝土相連結，安裝時將化學植筋藥劑注入孔洞中，藉由化學植筋藥
劑與孔洞表面之黏著力將荷重傳遞至混凝土中。化學錨栓的破壞模式根據抵抗
的外力類型可分為拉力與剪力兩大部分，在錨栓系統受剪力作用時之破壞模式有
錨栓鋼材破壞、混凝土撬破、邊距破壞ሺ圖A3ሻ及本實驗所發現之鋼筋彎曲破壞模
式; 而在錨栓系統受拉力作用時之破壞模式有錨栓鋼材破壞、混凝土拉破、混凝土
漲破、混凝土劈裂及混凝土拉破及混凝土拉破破壞。
圖A1: 預埋式錨栓[資料來源: 參考書目A1]
圖A2: 後置式錨栓[資料來源: 參考書目A1]
圖A3: 剪力破壞[資料來源: 參考書目A1]
A.1.2 ACI 318-14 規範之錨栓計算剪力強度
ACI 規範對於錨栓鋼材破壞、混凝土撬破、邊距破壞之計算強度計算如下所
述：
(1) 錨栓之鋼材剪力強度
預埋式擴頭錨栓之錨栓鋼材剪力計算強度 Vsa 係由鋼材控制，應依錨栓鋼材性
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質與尺寸決定，可由下式求得：
Vsa = 0.6 Ase ,V f uta (A1)
π 0.9743 2
Ase ,V = (da − ) (A2)
4 n t
式中， Ase ,V 為錨栓有效斷面積； f uta 為錨栓鋼材之規定抗拉強度，不可超過1.9 f va
或8750 ݂݇݃⁄ܿ݉ 2； ad 為錨栓直徑， tn 為每單位公分之螺牙數。
(2) 錨栓之混凝土剪破強度
單根錨栓之標稱剪破強度 Vcb 可由下式求得：
AVc Vcb = ψed ,Vψψc ,V h ,VVb (A3)
AVco
AVco = 4.5 ca21 (A4)
式中， AVc 是單根錨栓或錨栓群在混凝土構材邊緣之破壞面投影面積， AVco 是
埋至於深厚構件且距離垂直剪力方向邊緣大於或等於1.5 1ac單根錨栓投影面積。ψed ,V
是單根錨栓邊距效應之修正因素；ψ,cV 為考量開裂於否時之修正因素，不產生開裂
時，ψ,cV =1.4；產生開裂時，ψ,cV =1.0；ψ,hV 為當錨栓埋置之混凝土構材 ha < 1.5 ca1時之
修正係數，但ψ,hV 應不小於1.0。 bV 是單根錨栓之基本混凝土剪破強度，不可超過
(A5)式計算值
le 0.2 1.5 Vb = 1.86( ) d a f ' c (ca1 ) (A5)
da
其中，el =錨栓剪力之載重支承長度。
el = hef ，錨栓在埋置段之全部長度具有相同勁度
el =2 od 扭轉控制膨脹錨栓，其套筒距離隔離膨脹套筒( el<8 od )
(3) 錨栓之混凝土撬破強度
單根錨栓之混凝土撬破強度 Vcp 可由下式求得:
Vcp = kcp Ncp (A6)
式中，當 kcp <2.5in 時，cpk =1.0；當 kcp >2.5in 時， kcp =2.0。 N cp 應取為下列 Ncb 與
aN 之較小者
ANc N cb = ψed , Nψc , Nψcp , N Nb (A7)
ANco
N b = k cλa f 'c hef 1.5 (A8)
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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
ANa Na = ψed , Naψcp , Na Nba (A9)
ANao
N ba = λτa uncrπd a hef (A10)
式中，ܣܰܿ 為單根錨栓破壞面之投影面積，該面積近似由單根錨栓中心向外
1.5 ݄݂݁ 所形成之破壞面，為四方形幾何投影；ܣܰܿ 為單根錨栓其破壞面遠離邊緣大於
等於1.5 ݄݂݁ 之投影面積； ߰݁݀ , ܰ 為邊距效應修正因數； ߰ܿ , ܰ 為開裂混凝土修
正係數，當其為預埋式錨栓時， ߰ܿ,ܰ=1.25；為後置式錨栓時， ߰ܿ,ܰ ൌ 1.4；
߰ܿ, ܰ 為後置式錨栓在未開裂混凝土之修正因數；N ܾ 為單根錨栓在開裂混凝土中之
基本混凝土拉破強度。 ܣܰ a 為單根黏結錨栓之投影影響面積，該面積近似為多邊
形，由單根黏結式錨栓之中心線向外一段距離 c Na 所形成之投影面積；NaoA 是單根黏
結式錨栓之邊距大於所形成的投影影響面積; λ為輕質混凝土修正係數，黏結式a
錨栓之握裹破壞為0.6 λ，而λ修正因素為1，預埋式錨栓 ck =24，後置式錨栓
ck =17;而τuncr 為在未開混凝土中黏結式錨栓之特徵握裹應力，可參考 ACI 318-14 規
範建議，如表A.1。
表A.1: ACI 318-14 之最小特徵握裹應力kgf / cm2
安裝和使 錨栓安裝時之混 混凝土使用期間最 τcr τuncr
用環境 凝土濕度 高溫度(℃) ( kgf / cm2 ) ( kgf/ cm2)
室外 乾燥至完全飽和 80 14 45.5
室內 乾燥 37.7 21 70
亦可參考 ACI 355.4[A2]方法於檢定合格之安裝和施工下，從實驗中求得； da
為錨栓之外緣直徑或擴頭錨釘、擴頭錨栓或彎鉤錨栓之桿身直徑； hef 為錨栓有效
埋置深度表。另依據 ACI 318-14 之說明，計算錨栓握裹強度基本拉力時，特徵握裹
應力亦可使用依據ACI 355.4 試驗和評估5%失敗率之結果。
A.2 試驗參數設定
本實驗的參數設定上有三種，分別是強度控制、邊距控制與深度控制。在強
度控制設定上是探討低強度混凝土並且單純化，僅設置有底筋以防止試體吊掛時
破裂，強度設計上有三種強度分別是5MPa、10MPa 與15MPa ;在邊距控制上已
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ACI 318-14 規範表格去做參考，如表A.2 所示，化學錨栓屬於黏結式錨栓，所以選
取6da 邊距進行實驗，並逐步增加且外差邊距，本研究實驗邊距控制變化如表A.3
所示。深度控制是以台灣施工常見的10da 深度進行實驗，並逐步增加且外差深
度，進行測試，本研究實驗深度控制變化如表A.4 所示。
表A.2: ACI 規範之最小邊距參考表
錨栓形式 最小邊距
黏結式錨栓 6da
擴底型錨栓 6 da
扭力控制型錨 8 da
位移控制型錨 10 da
註: da=鋼筋直徑
表A.3 邊距控制參數
fc’ 50 kgf/cm2 100 kgf/cm2 150 kgf/cm2
鋼筋 #3 #4 #3 #4 #3 #4
8-8 6-8 8-8 6-8 8-8
6-8
邊距-數量 20-8 13-5 14-4 13-4 11-2
20-8
(cm)-(支) 26-4 20-9 17-2 16-2 14-4
27-4
20-8 20-8 20-4
表A.4 深度控制參數
fc’ 50 kgf/cm2 100 kgf/cm2 150 kgf/cm2
鋼筋 #3 #4 #3 #4 #3 #4
10-4 13-4 10-4 13-4 8-4 10-4
深度-數量
15-4 18-4 15-4 18-4 13-4 15-4
(cm)-(支)
20-4 20-4 20-4 20-4 18-4 20-4
A.3 試體與夾具規劃
A.3.1 測試規劃
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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
補強工程中，無論是翼牆、剪力牆或是擴柱補強工法，都需要藉由植筋將既
有結構以及補強之結構兩部分相連接，化學錨栓的妥善安裝與否決定了該結構補
強在地震來臨時是否能發揮其補強之功能。在老舊結構中，由於受到施工不良或
是年代久遠之故，結構體之混凝土強度一般有偏低的現象，於是本實驗規劃在低
強度混凝土中進行一系列的單向植筋剪力測試，試體植筋位置圖如圖A4 所示
鋼筋植入位置 剪力方向
圖A4 植筋位置佈置圖與剪力方向
A.3.2 鋼筋混凝土塊設計
本試驗採用低強度混凝土，強度分別為5MPa、10MPa、15MPa 之混凝土版，
其尺寸為長 80cm、寬 80cm、高 35cm。本研究欲探討化學植筋在低強度混凝土中之
剪力行為，所以在混凝土塊設計上為純混凝土，底部放了一層四號的溫度鋼筋，
用田字型的方式排列，與底部距離間距5 公分，其用途是預防混凝土塊漲破並在田
字形的中心點焊一根4 號鋼筋至混凝土表面，並在上放加裝預埋式的套筒，作為試
體在搬運時的吊鉤鎖孔，詳細說明如圖A5。
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附錄A 化學植筋在低強度混凝土中剪力行為之研究
80
39,35 33,05 5
39,35
80
33,05
5
35
5
圖A5 鋼筋混凝土塊設計圖說
150 150
168 800
9 150 9
9
150 168
800 9
150 600 150
6 300 6
168 250
450
10
上視 正視與側視
圖A6 本實驗之剪力夾具設計圖
A.3.3 夾具設計
為了考慮整個夾具的穩定性跟耐用度，所以選用鋼結構來做設計，兩個L型鋼
架與副版都是都是選用Ａ36 150x150x6x9 之鋼材，平台就是任意之鋼版，連接方式
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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
都是焊接的形式。但考慮到實驗時的邊距變換，夾具也須隨之變更規格的情況
下，在L 型鋼架的連接上改用C 型夾連接，以便拆裝，詳細說明如圖A6。
A.4 材料試驗
在進行化學植筋剪力測試之前，為了解其材料性質是否符合設計需求，必須
先施作材料試驗，其中包括混凝土抗壓強度試驗以及鋼筋抗拉強度試驗。
A.4.1 混凝土抗壓強度試驗
在本研究當中，混凝土抗壓強佔極重要的因素，為掌握試體測試時及混凝土
的真實抗壓強度，於試體進行澆置時進行標準混凝土圓柱試體之製作，其圓柱試
體尺寸為直徑 15 公分高 30 公分，分別製作12 個標準混凝土圓柱試體，且必須
給予和試體相同的養護條件，才有準確性。本研究試體之混凝土設計強度分別為
5MPa、10MPa、15MPa，標準混凝土圓柱試體於14、28、61 與68 天進行抗壓強度
'
試驗，用以掌握混凝土強度之發展，並使用量測之 cf 作為實驗計算公式之依據，
混凝土68 天抗壓強度試驗結果如表A.5 所示。
表A.5 齡期14 天之抗壓強度
抗壓強度(kgf / cm2)
齡期(日)
設計值 實驗值 實驗平均值
31.75
68 50 30.85 30.93
30.20
69.58
68 100 77.16 73.72
74.42
153.8
68 150 149.0 144.4
130.4
4.2 鋼筋抗拉強度試驗
鋼筋抗拉強度係利用萬能試驗機進行單向加載直至鋼筋斷裂為止，紀錄鋼筋受
拉力並於鋼筋上黏貼NDI 影像量測點以得知其應變變化量，本試驗使用之鋼筋，其
鋼筋應力應變曲線圖A7 所示。
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#3 #4
圖A7 鋼筋抗拉試驗結果
A.5 試驗結果與討論
植筋剪力試驗結果討論，在此混凝強度跟鋼筋號數與破壞模式統計成圖表，再
分兩部分做討論，第一部分是邊距控制第二部分是深度控制的影響。其中以美國規
範ACI318-14 中的破壞模式公式加以審核，探討在低強度混凝土中ACI318-14 之規
範是否依然適用，或者不保守需加以修正。試驗照片如照片1-照片5 所示。
A.5.1 邊距控制
三號鋼筋在混凝土強度為5MPa，植筋深度為10cm 的情況下，如圖A8 所示，
在邊距20cm 發現均為邊距破壞，推測是混凝土邊距不足所產生;而在邊距27cm 時，
破壞模式轉變成混凝土撬破，推測混凝土強度過低，且圖中ACI318-14 邊距破壞計
算值過於不保守，與實驗數據相當接近，所以不建議使用ACI 規範公式。
A-9上一節：研究報告第八章 結論與建議及參考書目 ｜ 下一節：附錄A 低強度混凝土植筋試驗及計算（2／3）
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。