中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

        於設計低矮鋼筋混凝土(RC)建築時，為考量一樓使用空間之需求，常須限制柱在沿街方向尺寸，如圖1所示，因此容易造成一樓沿街方向弱層之現象。於1999 年所發生的921地震中，許多沿街住宅倒塌，皆因一樓柱沿街方向產生破壞所導致，如圖2所示。本研究提出使用L形與T形斷面柱於低矮RC建築，以提昇一樓沿街方向耐震性能。相較於矩形柱，L形與T形柱可將其大部分斷面積埋入牆面內，因此可大幅降低對室內空間之影響，為一種解決一樓弱層，兼具耐震性與使用性之方法。

圖1 台灣常見的房屋設計

(a)

(b)

圖2 地震時破壞的情形：(a) 1999年921大地震；(b) 2016年高雄美濃大地震

        本研究共測試10座柱試體，包括4座L形柱與6座T形柱，試驗方式採定軸力與側向反覆載重(圖3)，以觀察其耐震行為。其中1座L形柱與2座T形柱由矩形柱補強而成(圖4)，由於補強柱斷面之縱向鋼筋向上植筋入梁，有諸多施工困難且施工品質不易確保，因此本研究補強柱斷面之縱向鋼筋只停留在補強柱內。本研究亦進行新造與補強L形與T形柱之耐震分析，以研擬分析與設計方法，同時探討規範相關配筋細節之適用性，最後研擬設計準則與配筋圖，以為工程師參考使用。本研究共測試10座柱試體，包括4座L形柱與6座T形柱，試驗方式採定軸力與側向反覆載重(圖3)，以觀察其耐震行為。其中1座L形柱與2座T形柱由矩形柱補強而成(圖4)，由於補強柱斷面之縱向鋼筋向上植筋入梁，有諸多施工困難且施工品質不易確保，因此本研究補強柱斷面之縱向鋼筋只停留在補強柱內。本研究亦進行新造與補強L形與T形柱之耐震分析，以研擬分析與設計方法，同時探討規範相關配筋細節之適用性，最後研擬設計準則與配筋圖，以為工程師參考使用。

圖3 試驗設置

圖4 補強試體斷面設計圖：(a)補強試體側視圖；(b)L型柱補強；(c) T型柱補強(柱配筋)；(d) L型柱補強(牆配筋)

           反覆載重試驗結果顯示，撓曲破壞控制的L形與T形柱試體呈現具優良消能之韌性行為，位移韌性平均值達6.86。對於剪力破壞控制的L形與T形柱試體而言，其破壞為典型撓剪破壞，剪力達最大強度時，縱向鋼筋尚未降伏或降伏不顯著。對於補強柱試體而言，由於補強區域之縱向鋼筋沒有植筋入頂梁與下基礎，因此補強部分之縱向鋼筋於受拉時無效，僅於受壓時有效。不過也因此限制了補強部分縱向鋼筋受拉應力與塑性變形，延緩鋼筋受壓挫屈與降低周遭混凝土之破壞，使其位移韌性顯著高於一體澆置之L形與T形柱。撓曲強度分析結果顯示，現行混凝土結構設計規範可保守地用於計算一體澆置與補強之L形與T形柱之標稱抗彎強度(M_n)，用於剪力強度設計之最大可能彎矩強度之計算則呈現不保守之結果，若採Caltrans SDC¹之方法，則可得保守之預測結果。剪力強度分析結果顯示，現行混凝土結構設計規範無論是柱或牆的剪力強度計算方法，皆可保守地使用於L形與T形柱的剪力強度計算。對於文獻中剪力強度評估而言，Sezen2剪力強度模型可提供相當準確的強度評估。本研究所提出的側推分析方法，可以準確地預估撓曲控制之柱、剪力控制之柱與補強柱的初始勁度、最大側力強度以及極限位移，然而，本研究之側推分析方法尚不能良好捕捉剪力控制之柱與補強柱於最大側力後，強度下降時的力量與位移關係曲線。

註1：California Department of Transportation (Caltrans), “Seismic Design Criteria Version 1.6,” Engineering Service Center, Earthquake Engineering Branch, Calif., 2010.

註2：Sezen, H. and Moehle, J., Shear Strength Model for Lightly Reinforced Concrete Columns. Journal of Structural Engineering, 2004.

        因此，本研究透過大尺寸結構試驗與其分析，提出新造與補強T與L形柱配筋細節與設計方法，可用於低矮RC沿街店鋪式住宅，以加強其沿街方向耐震能力，改善常見沿街方向一樓軟弱層問題。