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
目前我國「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」係於民國100年公告，至今近10年，但該版規範是以美國混凝土學會ACI 318-05(2005)規範及美國鋼結構學會AISC 341-05(2005)為依據，其後ACI及AISC也多次進行修訂，期間我國鋼骨鋼筋混凝土工程之研究結果、施工方法、施工技術與檢驗方式均有相當程度的改變。
據此本報告蒐集鋼骨鋼筋混凝土(Steel Reinforced Concrete, SRC)梁柱接頭和柱設計最新國外規範及研究文獻，再與台灣鋼骨鋼筋混凝土規範及國內近代之研究成果進行比較及檢討，期以國內外相關研究及實驗結果，擬定台灣鋼骨鋼筋混凝土規範梁柱接頭及柱相關條文修訂方向及要點，盼能使鋼骨鋼筋混凝土規範更符合國內實務應用及國際技術發展。
二、研究方法及過程
從102年至今，內政部建研所及科技部已委託學界及業界進行鋼骨鋼筋混凝土構造之研究，本研究將以國內外規範及研究成果為基礎，從鋼骨鋼筋混凝土梁柱接頭及柱設計為修訂檢討的開始，結論有多項SRC規範待修議題。本研究內容包含資料蒐集、專家座談意見蒐集以及規範增修條文之研擬。研究步驟如下：
1.蒐集調查美國、日本規範和國內外相關論文研究報告作為參考資料。
2.由SRC規範編修小組先就美國、日本及台灣SRC柱及梁柱接頭設計相關規範及研究文獻蒐集，之後再將美日規範與現行台灣規範中相關條文比較整理差異。
3.召開專家學者會議研討相關課題及台灣與國外規範差異修正之方向檢討，更深入國內外規範差異性相關研究及實驗成果蒐集分析檢討。
4.研擬鋼骨鋼筋混凝土設計規範條文修訂草案及送交鋼骨鋼筋混凝土規範委員會進行審議討論，彙整研究成果並完成成果報告書。
三、重要發現
鋼筋混凝土柱與鋼梁之接合(Reinforced Concrete and Steel，RCS)為一種新的複合斷面構造型式，此種接合美國及日本都已納入規範，日本也有許多真實案例，台灣規範目前尚未有此種接合型式，但學術界及實務界已有相關研究，建議台灣規範也能新增此接合型式。本次梁柱接頭的研究也針對RCS構造，整合美日的設計理論及精神，再加上台灣研究的成果，集結成建議規範修改的草案，也彙整美日台建議的接頭剪力計算方法供工程師參考。SRC梁柱接頭區一向是最難施工的區域，而台灣SRC構造大都是採用包覆填充型鋼骨混凝土柱與梁主筋以續接器連接，但目前台灣規範規定鋼骨鋼筋混凝土梁柱接頭處之梁主筋應以直接通過接頭為原則，宜儘量避免以鋼筋續接器銲於鋼柱翼板上以續接主筋，若欲達成此規定，梁主筋需繞過鋼柱，使傳力路徑的完整性有疑慮，然而此種連接方式無論國內外皆無相關實驗研究佐證，建議有必要進行大尺寸鋼筋混凝土梁與鋼骨鋼筋混凝土柱連續試體之實驗研究，以提升國內SRC建築整體耐震能力。
對於柱設計部份，項目包括鋼筋強度、柱鋼筋箍筋、柱鋼骨比、受軸壓力作用之構材SRC柱之設計受壓及彎矩強度、混凝土強度、鋼骨強度、柱鋼筋主筋間距、柱寬厚比、柱之箍筋等項目，發現前四項於美日規範與現行台灣規範差異不大，甚至現行台灣規範為較保守；至於後五項則有修訂之必要，於第五章柱設計之檢討進行討論。
四、主要建議事項
將美國AISC341-16（2016）及日本建築學會「鐵骨鋼筋混凝土構造計算規準同解說」（2014）與台灣「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」（2011）相互比較，針對台灣「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」（2011）中不合宜之條文規定擬定未來之修訂方向，謹綜合歸納成「梁柱接頭」、「柱設計」及「第三節SRC規範待研究課題」部份。對於台灣「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」（2011）條文進行修改，並提出下列具體建議。
建議一
於〔鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說〕第1章解說中新增SC(Steel Construction)構造相關說明：立即可行建議
主辦機關：內政部營建署
協辦機關：中華民國結構工程學會
目前各規範無SC此名詞，擬於鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範第一章通則1.1節適用範圍解說內增加關於SC說明及設計時應注意部份。
建議二
於〔鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說〕第8章中新插入8.6節鋼筋混凝土柱與鋼梁之接合條文與解說及圖C8.6.1、圖C8.6.2與圖C8.6.3(原8.6節依順序往後遞延) ：立即可行建議
主辦機關：內政部營建署
協辦機關：中華民國結構工程學會
鋼筋混凝土柱與鋼梁之接合(Reinforced Concrete and Steel，RCS)為一種新的複合斷面構造型式，此種接合美國及日本都已納入規範，日本也有許多真實案例，台灣規範目前尚未有此種接合型式，但學術界及實務界已有相關研究，建議台灣規範也能新增此接合型式。本次梁柱接頭的研究也針對RCS構造，整合美日的設計理論及精神，再加上台灣研究的成果，集結成建議規範修改的草案，也彙整美日台建議的接頭剪力計算方法供工程師參考，依此新增8.6節。
建議三
於〔鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說〕第3、4及6章中修正3.4節鋼骨斷面之寬厚比、3.5節構材之勁度、4.3.3節柱之主筋及圖C4.3.3與圖C4.3.4、4.3.5節柱之箍筋圖C4.3.6、6.3節一般要求：立即可行建議
主辦機關：內政部營建署
協辦機關：中華民國結構工程學會
綜整柱設計之檢討中，其中項目包括混凝土強度、鋼骨強度、柱鋼筋主筋間距、柱寬厚比、柱之箍筋等項目分別敘述如下:
修訂原鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說內政部營建署(2011)，其中3.5節構材之勁度，應對現行工程實際強度，混凝土單位體積重量在1.5至2.5 tf/m3修改為 1440至2560 kgf/m3之間，而彈性模數 Ec = w1.5× 4,270  (kgf/cm2) 則修改為Ec = w1.5× 0.11  (kgf/cm2)，原混凝土規定抗壓強度fc’不宜小於210 kgf/cm2擬修改為 280 kgf/cm2；至於常重混凝土之彈性模數Ec 可取為Ec=15000(kgf/cm2) 擬修改為Ec=12000(kgf/cm2)。
修訂原鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說內政部營建署(2011)，其中6.3節一般要求，應對現行工程實際強度，鋼骨規定降伏應力不宜大於3520 kgf/cm2擬修改為4200 kgf/cm2。
規範Ch4.3.3柱之主筋第二項，鋼骨鋼筋混凝土柱中之主筋間距不得大於300mm，為考慮限制鋼筋最小間距之目的加入且主筋與主筋之淨間距不得低於4 cm、主筋標稱直徑之1.5倍與粗骨材最大粒徑之(4/3)倍三值之最大者。此外為避免壓力控制行為及高強度混凝土脆性行為，亦新增鋼骨鋼筋混凝土柱中RC部份所分擔之需要軸力強度Purc，在Purc> 0.3Ac fc’ 或 fc’ > 700 kgf/cm2時，鋼骨鋼筋混凝土柱中之主筋間距不得大於200 mm，並於解說中加入相關說明。
規範3.4 鋼骨斷面之寬厚比，將表3.4-2及表3.4-3中進行修訂，其中SS490、SM490、SN490級仍維持保留，而移除SS400級(A36)該部份規定。再者考量現行實務已大量使用SM570級鋼材，故加入SM570級(A572Gr60)該部份規定。對於鋼骨斷面之寬厚比，考慮與AISC保持一致性，將表3.4-2、表3.4-3中寬厚比λpd、λp二值修改為λhd、λmd、λp三值，並於解說中加入相關說明。並列出現行規範中因應此ㄧ修正，所需對應修正條文及解說。將表3.4-2、表3.4-3中寬厚比λp仍維持原鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說內政部營建署(2011)規定，表3.4-3對於λhd、λmd則依AISC341-16(2016)；而表3.4-2對於λhd、λmd則依照表3.4.3矩形填充型鋼管混凝土柱為依據，依比例進行換算。
規範4.3.3節柱之主筋中圖C4.3.3與圖C4.3.4，規範4.3.5節柱之箍筋中圖C4.3.6，都同時配合修改，建議柱四個角落之主筋應都要增加繫筋，繫筋二端皆為90度。
建議四
除探討SRC「梁柱接合」及「柱設計」之國內外相關規範比較，並於專家學者座談會及規範委員會擬定規範修訂的共識，在第六章規範與解說修改建議中提出具體修改草案，但於研究及討論過程中發現以下二項議題，目前由於國內外資料不足或缺乏相關實驗數據，以致無法落實在修訂規範上，以下就此二項議題分別提出日後待研究方向，俾使我國SRC規範更臻完善：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：中華民國結構工程學會
梁柱接合
規範8.5節梁柱接合細則中8.5.1節提到梁柱接頭之主筋配置，為了確保梁柱接頭處的彎曲應力(Bending Stress) 能夠有效傳遞，SRC梁柱接頭處之主筋應以直接通過接頭為原則，宜儘量避免以鋼筋續接器銲於鋼柱翼板上以續接主筋，然而在實務設計上，此種接合方式常見於複合斷面中，國內外目前無實驗研究進一步證明，故建議有必要進行實尺寸鋼筋混凝土梁與鋼骨鋼筋混凝土柱續接試體之實驗研究，驗證其耐震強度及安全性，以供實務界遵循。
柱設計
(1)高強度混凝土抗壓強度公認合理之方法
規範6.3節一般要求與9.2節材料中，均提到包覆型鋼骨鋼筋混凝土構材若需採用規定抗壓強度大於420 kgf/cm2之混凝土時，或填充型鋼管混凝土構材若需採用規定抗壓強度大於560 kgf/cm2之混凝土時，應以公認合理之試驗證明其可行性與可靠度。在SRC柱採用高強度的混凝土方面，本節之限制主要考量當混凝土強度提高時，其脆性的現象將更為明顯，同時目前國內外的相關研究仍然有限。惟若有公認合理的試驗證明其可行性與可靠度，且在實際施工時亦能確保混凝土之品質，則混凝土之強度限制應可考慮酌予放寬。由於SRC構造大抵為中高樓層建築，而且其混凝土強度愈發提高，由於現現行規範對此並未有明確規定，故建議對高強度混凝土抗壓強度公認合理之方法試驗證明，應進行後續研究議題。
(2)柱鋼筋主筋間距
規範4.3.3節柱之主筋第二項，其中鋼骨鋼筋混凝土柱中之主筋間距不得大於300 mm，由於SRC結構包含鋼骨與鋼筋混凝土，二者皆對強度均有貢獻；但參考混凝土結構設計規範草案(2021)於不同狀態下其縱向鋼筋間距為15、20、35cm，而AISC341-16不得大於45cm，再由工程實際案例實際柱鋼筋主筋間距值，皆介於規範（2011）中4.3.3節上限值30cm與下限值6.67cm之間，考量SRC中仍有鋼骨之貢獻，而RC規範中純粹僅為鋼筋，當鋼骨鋼筋混凝土柱具有不同橫向支撐情況下，亦卻乏足夠資料佐證，目前國內外SRC柱之柱鋼筋主筋間距相關資料亦缺乏作為後續進一步修訂之依據，故建議對柱鋼筋主筋間距，應進行後續實驗研究。
(3)柱寬厚比
台灣鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範（2011）表3.4-2及表3.4-3寬厚比，現行規範僅有對λp結實斷面之鋼骨肢材寬厚比之上限、λpd耐震設計斷面之鋼骨肢材寬厚比之上限訂出其值。隨著中高樓層建物日益增加，如果僅以傳統之λp與λpd值去衡量柱構件是否合於規定則有不足之慮，此外考量AISC 360-16及AISC 341-16 (2016)中已定義λhd、λmd、λp三值，但卻未能對於適用樓層範圍、層間變位等參數有明確建議值，AISC 341-16中對於複合柱構件視不同構架型式，對柱寬厚比須分別滿足λhd或λmd。蒐集國內外資料顯示隨著柱軸力、寬厚比增加會致使柱韌性降低，由於缺乏具體相關實證數據支持，調整過嚴則造成工程造價提高或難以實施，反之則失去規範的安全初衷，故建議對柱寬厚比λhd、λmd、λp相關定義，應進行後續研究或實驗驗證。
(4)柱之箍筋
台灣鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範（2011），其中由於規範4.3.3 節規定，主筋間距大於300mm須加配D13軸向輔助筋，對於圖C4.3.4具有輔助筋，是否增加繫筋與否，故對於國內外相關研究文獻進行蒐集，未查獲相關資料。對於包覆填充型箱型柱的橫向鋼筋，除了外圍之圍束箍筋外通常也需要配置繫筋以滿足規範之要求。但是傳統繫筋受到鋼骨箱型柱的阻撓而無法直通，因此箱型柱外側混凝土的圍束往往無法滿足規範的要求，目前國內現有相關實驗資料其數量仍不足夠，進而支持修訂規範，故建議建研所日後可規劃相關實驗，以作為柱具有輔助筋，是否增加繫筋與否調整之依據。

Concrete and Steel (RCS), Design Specifications and Commentary of Steel Reinforced Concrete Structures, shear strength of the connection, Column design, concrete strength, steel strength, column reinforcement spacing, width to thickness ratio
The design specifications and published literatures related to SRC column and beam-column connection in the United States and Japan will be collected and compared with recent researches and provisions in Taiwan for the revision of Taiwan Design Specifications and Commentary of Steel Reinforced Concrete Structures, which will be expected as an essential reference for further design and construction of SRC.
Reinforced Concrete Column and steel beam (RCS) joints are a new type of composite section. This kind of joint has been included in the design specifications of United States and Japan, and there are many real cases in Japan. However, this type of connection is not yet included in the specifications in Taiwan. Recently, there has been an increasing number of relevant studies in the academic and practical fields. This study focuses on RCC structures, integrating the design theories and spirit of the U.S. and Japan, as well as the research results in Taiwan, and compiling the joint shear calculation methods proposed by the U.S., Japan, and Taiwan for the engineers' reference. In terms of column design, regarding concrete strength, steel strength, column reinforcement spacing, column width-to-thickness ratio, considering the feasibility of engineering practice, the corresponding revisions are proposed which are basically more than the Taiwan SRC code (2011).The object is to ensure adequate security. It is expected that the relevant research and experimental results at domestic and abroad can make the steel reinforced concrete specifications more in line with domestic practical applications and international technological development.