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(RC)柱斷面之橫向鋼筋，其主要作用為提供剪力強度、避免主筋受壓挫屈及圍束核心混凝土，尤其對於地震頻仍地區的建築物，後二者對於柱撓曲韌性的發展是非常重要的。傳統的橫向鋼筋通常由一根圍繞斷面的完整外箍筋，以及數根一端具135 度彎鉤且另一端為90度彎鉤的繫筋所組成。繫筋一端使用90度彎鉤的原因，在於考量繫筋施工的方便性，但是當混凝土外圍保護層剝落時，90度彎鉤容易向外撐開，損及繫筋圍束混凝土及主筋之效能。此外，最新
ACI 規範規定，當柱之軸壓力大於或柱使用高強度混凝土時(不論軸力大小)，所有的主筋都要受有效彎鉤束制。此時，傳統繫筋無法使用，此一議題將造成國內工程實務界極大的衝擊。
為改善傳統繫筋施工困難、施工品質不良的情形，本所近年來積極進行組合繫筋之研發。每一支組合繫筋由兩支一端為180度彎鉤另一端為直線的J 形鋼筋搭接組合而成。組合繫筋的安裝可由柱之對邊往柱內插入，只要主筋淨間距滿足設計規範的要求，即有足夠的空間來安裝組合繫筋，且每一支J形鋼筋之180度彎鉤都可以和主筋密接，不但施工相當容易且施工品質佳。
本所自 97年起持續利用大型力學實驗室3000 噸萬能試驗機及大型試驗構架，進行大尺寸方形(斷面：750mm×750 mm)短柱軸壓試驗及方形(斷面：600mm×600mm)長柱撓曲行為之實驗研究，探討在各種繫筋配置方式下，其軸向受壓及撓曲之行為，以評估各種繫筋配置方式的可行性及實用性，嘗試解決國內工程實務的問題，並獲致多項具體結論，本年度擬彙整本所過去實驗研究成果，研擬鋼筋混凝土柱採用組合繫筋設計與施工注意要項，供國內業界參考應用。
本研究之預期成果包括：(1)國內外相關文獻之回顧與蒐集，以及本所過去實驗研究成果彙整；(2)研擬鋼筋混凝土柱採用組合繫筋設計與施工注意要項，提供國內工程實務界參考；(3)檢討現行RC 構造設計規範柱繫筋之相關規定，並提供本案研究成果供相關規範研修訂時之參考，以解決國內工程實務問題。
二、研究方法及過程
本計畫之工作內容包括相關文獻之回顧與蒐集、過去研究結果之整理及分析、國內業界專家諮詢以及舉辦期中與期末簡報會議，邀請國內專家學者與相關業界人士與會，以進行意見交流。經由本案之研究，希望可將國內結構工程整體水準向上提升，使RC方形柱繫筋之規劃及設計更有依循的參考，以確實達到提高結構物耐震能力之預期目標，並使工程設計單位能充分瞭解正確的繫筋之設計及施工。本研究已完成相關文獻之回顧與蒐集與RC柱試體之規劃及設計，並完成部分過去研究結果之整理與分析，以及鋼筋混凝土柱採用組合繫筋設計與施工注意要項部分內容，並彙整納入期中與期末簡報專家學者與相關業界人士意見，持續充實設計與施工注意要項內容。
三、重要發現
(1)傳統繫筋目前普遍使用於實際工程，安裝時通常先將135度彎鉤勾住對面的主筋，然後再旋轉繫筋將90度彎鉤扣住這一面的主筋。在彎鉤及彎鉤延伸段都符合規範規定的情況下，柱主筋應有80~100mm之淨間距才比較容易施作。土木401-100規定柱主筋的淨間距不得小於1.5倍主筋直徑、1.33倍骨材最大粒徑及40mm。以D32(#10)鋼筋為例，主筋之淨間距可能僅有48 mm，繫筋之安裝將相當困難。設計者在配筋時往往僅考慮到設計規範對主筋淨間距的要求，而忽略了安裝傳統繫筋所需之施工間距，因此工地常有繫筋安裝困難、施工品質不佳的現象發生。
(2)在工地安裝180度彎鉤一體繫筋時，通常需要由主筋上端往下套，不但安裝較為困難，且常需要額外的施工架，實際工程很少使用。
(3)組合繫筋的安裝由柱之對邊往柱內插入，主筋淨間距只要滿足設計規範的要求，即有足夠的空間來安裝組合繫筋，施工相當方便。安裝時每一J 形鋼筋之180 度彎鉤都可以和主筋密接，J 形鋼筋直線端架在外箍筋上，不但方便J 形鋼筋之固定，並可避免混凝土澆置時J 形鋼筋移位。使用組合繫筋一方面可以增進韌性，另一方面施工簡便且施工品質容易控制，可以大幅提升鋼筋施工品質。
(4)對於十字形及井字形的組合繫筋配置，可以發揮方形柱繫筋類似的圍束效應，納入橫向鋼筋等值體積比計算。對於十字形的組合繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體積比時，可加入1根繫筋的圍束效應。而對於井字形的組合繫筋配置，計算橫向鋼筋等值體積比時，可加入2 根繫筋的圍束效應。
四、主要建議事項
以下分別從立即可行的建議及長期性建議加以列舉。
本研究案之研究成果，可供工程實務界參考應用，並可提供相關規範研修訂時之參考，以解決國內工程實務問題。－立即可行之建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：內政部建築研究所
本研究發現組合繫筋不僅施工性良好，組合繫筋的安裝可由柱之對邊往柱內插入，只要主筋淨間距滿足設計規範的要求，即有足夠的空間來安裝組合繫筋，且每一支J形鋼筋之180度彎鉤都可以和主筋密接，不但施工相當容易且施工品質佳。研究成果已於國內外專業期刊發表，並在101、103及105年於本所建築結構創新技術研討會推廣宣導，且國內已有數個因RC柱斷面主筋配置過密，施工困難，而採用組合繫筋補強RC 柱韌性之工程案例，甚獲業界好評。此外，為因應ACI318-14設計規範繫筋的新規定，組合繫筋更能顯現其優越性，與更寬廣的應用空間及推廣潛力。
本研究案研擬鋼筋混凝土柱採用組合繫筋設計與施工注意要項，可供國內業界參考應用。－長期性建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：內政部建築研究所
本研究案研擬鋼筋混凝土柱採用組合繫筋設計與施工注意要項，後續可將研究成果於國內外專業期刊持續發表，並於相關建築結技術研討會推廣宣導，供國內業界參考應用。