中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
鋼筋混凝土造建築物之耐震設計攸關國人生命財產安全，其結構設計及細部配筋應依循部頒混凝土結構設計規範。國人基於建築外觀及空間利用之考量，建築物柱斷面時常設計為長方形，且梁中心線時常不能通過柱中心線形成柱梁偏心接合，偏心梁對接頭區會造成意外扭矩，減損接頭耐震抗剪強度，現行設計規範針對偏心梁連續貫穿接頭之情況，依偏心程度折減其接頭抗剪強度，惟此折減公式係根據偏心梁連續貫穿接頭之實驗歸納而來，然而實務上常見柱斷面長寬比值達2.0甚至2.5，梁柱不但是偏心接合，接頭兩側所接之梁甚至不連續，梁主筋分別中斷錨定於接頭內，形成錯位偏心梁柱接頭，此類偏心梁柱接頭之耐震行為複雜，亦不在現行設計規範所考慮的情況，因為錯位偏心梁柱接頭剪力強度如何計算未有明確的規範或依據，造成工程師認知不一致，相同的梁柱接頭剪力強度計算結果可能相差一倍以上，亟待釐清檢討改善，避免設計錯誤。
國內外絕大多數的梁柱接頭實驗為無偏心之梁柱接合，偏心梁柱接頭之實驗成果非常稀少，而且幾乎都是梁連續貫穿接頭的情況，我國建築工程常用長方形柱斷面且兩長邊各接一偏心梁且梁不連續，形成錯位偏心梁柱接合，此類接頭之實驗數據相當罕見，但實務上確有需要。現行混凝土結構設計規範和新版規範草案並未涵蓋此類偏心接頭，為確保建築結構安全，本研究檢討此類接頭之耐震抗剪強度，藉由大型結構實驗探討鋼筋混凝土柱接不同偏心距之梁，其接頭剪力強度之衰減程度，補足過往實驗經驗不足之處，俾利規範審議時參考引用，讓設計及施工單位有所依循，確保建築結構耐震性能及國人生命財產安全。
二、研究方法及過程
本研究內容包含資料蒐集、實驗設計及測試、規範修正案研擬。研究步驟如下：
1.蒐集調查國內外鋼筋混凝土柱梁偏心接合實驗成果，執行數據分析並整理資料作為比對參考依據。
2.依我國實務設計鋼筋混凝土柱接偏心梁之梁柱接頭試體，試驗參數包括梁主筋量、梁連續或不連續、梁偏心距等，預計測試八座試體。
3.執行梁柱接頭試體抵抗反復側力之耐震性能試驗，透過大型結構實驗探討柱梁偏心接合之影響，特別是接頭耐震抗剪強度之衰減程度。
4.依據實驗成果綜合比對前述資料數據，評估錯位偏心梁柱接合之影響，檢討混凝土結構設計規範之接頭剪力計算強度，研擬修正案。
三、研究發現
既有國內外十字形梁柱接頭之耐震試驗結果，絕大多數都是無偏心之梁柱接頭，偶有少數偏心梁柱接頭實驗，但幾乎都是梁連續貫穿接頭之情況，罕見接頭兩側接錯位偏心梁的試驗。但實務上確實有需要此類錯位偏心梁柱接頭，而在現行混凝土結構設計規範[2]第15.6.3節或新版混凝土結構建築規範[3]第15.4.2節和18.5.4節，並未涵蓋此類錯位偏心接頭，有待檢討釐清。
本研究將完成八座大尺寸鋼筋混凝土梁柱接頭反復載重試驗，實驗結果可用來檢討錯位偏心接頭之耐震剪力強度，此類接頭常見於國內的住宅大樓，實務上常用但卻未被現行規範納入考慮，經由本實驗驗證可知新版草案15.4.2.4節的接頭有效寬度公式是適當的，惟若遇錯位偏心接頭兩對面接頭有效寬度計算結果不一致時，建議此節接頭有效寬度公式之解說取兩側之較小值。
四、建議事項
本研究進行鋼筋混凝土柱梁偏心接合之耐震抗剪強度檢討，提出下列具體建議。
建議一
於新版「混凝土結構建築規範」(草案)第18.5.4節審議過程修正條文及解說：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：社團法人中國土木水利工程學會
新版「混凝土結構建築規範」(草案)第15.4.2節和18.5.4節僅規定梁柱接頭剪力強度之分級依柱連續性、梁連續性和橫向梁圍束作用分成八等級，但接頭有效寬度之認定則是基於梁連續的實驗經驗，欠缺梁不連續造成的錯位偏心接頭的驗證，此類接頭常見於國內的住宅大樓，實務上常用但卻未被現行規範納入考慮，經由本實驗驗證可知新版草案15.4.2.4節的接頭有效寬度公式是適當的，惟若遇錯位偏心接頭兩對面接頭有效寬度計算結果不一致時，建議此節接頭有效寬度公式之解說取兩側之較小值。
建議二
規劃高強度鋼筋機械式續接性能合格標準及構材驗證研究：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
目前我國「混凝土結構設計規範」100年版內容主要是參考美國混凝土學會ACI 318-05規範，其中耐震梁柱構架及剪力牆主筋降伏強度等級上限為420 MPa。近年來ACI 318-19規範放寬耐震梁柱構架及剪力牆主筋使用高強度550 MPa和690 MPa等級鋼筋，可以降低構材鋼筋用量，有助於舒緩梁柱接頭或剪力牆鋼筋過於擁擠、難以施工的問題，國內各界引頸企盼我國混凝土結構規範跟進ACI 318-19規範允許耐震結構系統使用高強度鋼筋。本所於106年辦理「建築工程鋼筋機械式續接性能基準及驗證研究」研究計畫，惟未能涵蓋強度等級超過500 MPa之高強度鋼筋，欠缺高強度鋼筋機械式續接之檢驗合格標準，亟待實驗研究後研提混凝土結構規範條文修正草案。

The life and property safety of reinforced concrete buildings depends on the building codes and requirements given by the building officials. Due to architectural reasons, rectangular columns and eccentric beam-to-column connections are commonly used. Eccentric beams may introduce additional torsions on the joints and reduce the joint capacity under seismic reversals. Current building codes use effective joint width to accounting the effects of column’s aspect ratio and joint eccentricity. However, the provisions of effective joint width are based on the experiments of beam-column connections having eccentric beams continuously extended through the joint. Unfortunately, two eccentric beams faming into the opposite faces of the joint with unequal eccentricities are used very often, where the eccentric beams are discontinuous and terminated at the joint. The complicated seismic behavior of such beam-column connections with offset eccentric beams are not considered in the current building codes. Because the lack of provisions for determining the shear strength of beam-column joints with offset eccentric beams, code users and engineers may could not correctly estimate such joint shear strength. Review and evaluation of such eccentric beam-to-column connections are needed.
Most of the existing connection experiments are beam-column joints without eccentricity. Eccentric beam-column connections are relatively rare, and all of available data having eccentric beams continuously extended through the joint. Taiwanese buildings have many rectangular columns and offset beam-to-column connections, which are not considered in the current building codes section 15.6.3. To promote the life and property safety of building structures, this project will test and evaluate the shear strength and degradation of beam-column connections with varying joint eccentricities. According to this experimental investigation, it is recommended to take the smaller value of effective joint widths for oppoite faces of a joint with eccentric beams.