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
國內現行「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」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，並盡量避免以鋼筋續接器銲於鋼柱翼板上續接主筋。國內常使用之鋼骨鋼筋混凝土柱型式，包含包覆十字型鋼SRC柱及包覆填充型鋼管混凝土柱，使用包覆十字型鋼SRC柱時，主筋通常採用穿過腹板的方式通過接頭，以符合上述規定；而目前實務界大多使用包覆填充型鋼管混凝土柱，若欲滿足規範之規定，梁主筋需繞過鋼柱，使得梁柱接頭區傳力路徑的完整性有疑慮。因此國內業界在使用包覆填充型鋼骨混凝土柱時，國內多以續接器連接於箱型鋼柱上，以解決前述疑慮。
然而此種連接方式無論國內外皆無相關實驗研究佐證，規範也指出此連接方式受往復力作用下之力學行為仍不明確，且拉力是否會造成鋼板拉裂也是一項值得研究的課題，此外也要考慮這種接合方式的施工性。規範解說中也建議最好輔以實驗證明其強度、韌性及可靠度，但在實務設計上，此種接合方式是非常常見於複合斷面中，卻少有進行解說所要求的實驗驗證，因此不論是業界或學界都建議應儘速展開相關研究及實驗，以驗證其耐震強度及安全性，以供實務界遵循。
二、研究方法及過程
本研究將梁柱接合設計之美日規範及文獻相關內容彙整，將針對國內包覆填充型鋼管混凝土柱與梁主筋以續接器連接接頭進行實尺寸試驗，觀察分析其接頭力學傳遞行為及破壞行為，並編寫成果報告書。本計畫將召開專家學者會議，邀請學術界及業界人士針對目前SRC柱與梁柱接頭設計及施工層面進行討論，且將針對相關課題進一步蒐集國內外相關文獻延伸研究，並以實驗研究結果探討修訂規範的可行性，如為可行則將可擬定台灣鋼骨鋼筋混凝土規範中梁柱接合相關條文修訂草案。
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.針對國內包覆填充型鋼管混凝土柱與SRC梁主筋以續接器連接接頭進行試驗，觀察分析其接頭力學傳遞行為及破壞行為。
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.根據試驗結果，若為可行則進一步研擬鋼骨鋼筋混凝土設計規範條文修訂草案，並彙整研究成果並完成成果報告書。
三、重要發現
本研究進行3組SRC梁柱接頭實驗瞭解包覆填充型鋼骨鋼筋混凝土柱與梁主筋以續接器連接接頭之力學行為，3組試體試驗後重要發現如下:
1.試體一SRC梁及試體三RC梁(鋼拱頭)，實驗至層間變位角 0.04 rad，主筋與續接器接合完整，續接器不論銲接至鋼柱或鋼拱頭翼板上，未有銲道破壞發生。
2.試體二RC梁(剪力榫)，實驗至層間變位角 0.02 rad，主筋與續接器接合完整，但8支續接器共有5處因銲道破壞而脫離鋼柱，剪力榫最多只傳遞20%RC梁剪力，因無法有效傳遞梁剪力至柱。
3.試體三RC梁(鋼拱頭)，雖續接器仍保持完整，當反覆載重施力達到0.04 rad第一圈時，剪力裂縫出現在鋼拱頭末端處，造成強度下降，未能達到0.04 rad梁柱接頭不產生破壞的要求。層間變位角0.04 rad時試驗中仍能完成兩圈加載，但混凝土大幅剝落、梁底主筋明顯挫屈、箍筋及繫筋未有較大變形脫落等現象，未能達到0.04 rad梁柱接頭不產生破壞的耐震要求。
4.本實驗試體箍筋為開口式箍筋搭配上蓋繫筋，多數箍筋的頂蓋繫筋在0.04 rad拱起彎曲，同時也對主筋失去圍束效果，因此未來應進一步研究如何降低頂蓋繫筋在0.04 rad梁層間側位移角前的破壞。
5.試體一SRC鋼梁由於未採用韌性削切或加勁的方式，因此上翼板於層間變位角 0.04 rad斷裂，未滿足耐震規範要求，故建議未來需在規範中加入SRC鋼梁需採韌性切削或加勁規定，並於後續實驗研究驗證其耐震性能，降低SRC梁柱界面的銲道及鋼梁腹板扇形銲接開口的應力需求。
6.關於續接器銲接施工及檢驗查核，是確保梁主筋以續接器銲於鋼柱翼板上以續接主筋之必要條件。參考美國銲接學會(AWS)或鋼構造建築物鋼結構施工規範之規定。續接器接頭型式(立式或臥式)均為普及的銲接工法，本研究提供本案廠商銲接程序供參考(附錄9)。檢驗上除續接器的相關檢測、試驗外，鋼構廠施工後的銲道檢驗，可參照CNS相關非破壞檢測規定，如CNS13341鋼結構銲道磁粒檢測法。
四、主要建議事項
本研究以國內業界習用的包覆填充型鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁2種接合方式(剪力榫及鋼拱頭)及與鋼骨鋼筋混凝土梁之接合形式(翼板現場銲接及腹板現場螺栓接合)製作3支試體進行實驗，經實驗發現，尚未能滿足耐震規範要求，建議後續繼續進行相關研究及實驗，以釐清並改善實務應用之耐震安全性能。
建議一
包覆填充型鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁接頭耐震性能之精進研究：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：中華民國地震工程學會
梁柱接頭剪力傳遞機制研究：本研究發現剪力榫及鋼拱頭配置的剪力釘提供之剪力強度遠大於試驗剪力之需求，但剪力釘並未如預期發揮傳遞剪力的功能，建議未來可針對梁柱接頭剪力傳遞機制進行研究，包括：本研究所進行剪力榫及鋼拱頭長度、寬度及位置等參數之改良、鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說第8.7節建議接合方式或創新梁柱接合方式等進行實驗研究，以提升梁柱接頭耐震性能。
剪力釘銲於鋼柱之接合方式耐震性能實驗研究：剪力釘直接銲於鋼柱之接合方式，亦為國內業界常用的包覆填充型鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁接合方式，惟尚未經過實驗研究驗證其耐震性能，建議納入未來後續研究課題。
建議二
包覆填充型鋼骨混凝土柱與鋼骨鋼筋混凝土梁之接合形式(翼板現場銲接及腹板現場螺栓接合)之精進研究：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：中華民國地震工程學會
SRC柱保護層厚度與鋼梁翼板切削研究：本研究顯示，SRC鋼梁上翼板產生斷裂，建議SRC鋼梁翼板應做切削。另SRC梁鋼骨的扇形銲接開孔需要埋入SRC柱混凝土之保護層厚度，建議列為後續研究。
鋼筋續接器銲接柱內連續板厚度比例關係：建議後續可進行鋼筋續接器與箱型柱或鋼管柱，柱內連續板厚度比例關係的研究，另目前國內業界很需要續接器與連續板存在偏心時之試驗成果，以作為實務上設計施工依據準則，建議納入未來後續研究。
不同間距之鋼筋續接器試驗研究：建議模擬探討不同間距下鋼筋續接器的施工性，並進行配置不同間距之鋼筋續接器試驗，提供量化結果做為國內業界設計參考。

This report summarizes the relevant content of American and Japanese codes and literature on beam-column joint design. A full-scale experiment was carried out on the joints between the concrete-filled steel tube column and the longitude reinforcement of the beam with coupler. The purpose is to study the mechanical transmission behavior and failure mechanism of beam-column joint.
By holding a meeting of experts and scholars, academia and industry are invited to discuss the current SRC beam-column joint for design and experimental results and summarize the deficiencies of the code. We propose for revising relevant articles of beam-column joints for Steel and Reinforced Concrete Code.