跳到主要內容區塊

建築研究簡訊第109期

  • 日期:109-09-26
專題報導李台光
出版鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術參考手冊

壹、前言

國內一般民間建築物,多為以RC結構內填充磚或RC隔間牆之建築物,近年透過私有建築及校舍補強計畫之推動,使RC結構之評估與補強技術,逐漸受到全面的重視,也累積許多工程實務之經驗,但以往相關研究主要針對一般公有典型校舍建築,多以擴柱、翼牆、鋼筋混凝土剪力牆等濕式補強工法為主,並未考量於其他建築補強應用上之限制性、對應工法之變通性,以及能更多元提供適用多樣化之公、私有建築。此外,其對結構既有缺陷補強之處置方式與施工經濟性、施作空間考量等細節,仍多有改進之處。本所自921地震後,雖於耐震補強技術研究,計有86年「鋼筋混凝土建築物之修復與補強技術彙編」及95年「低層含磚牆建築物耐震補強手冊研究」等研究成果,但十多年來由於新工法引進、補強技術改進、工程實務經驗累積及補強研究目標之不同,前述研究成果尚無法涵蓋最新工法及補強技術。

本所為配合「安家固園計畫」及「都市危險及老舊建築物結構安全性能評估辦法」,自103年即著手進行鋼筋混凝土耐震能力初步評估方法(Preliminary Seismic Evaluation of RC Building, PSERCB)研發,於105年度再強化住商混合大樓及醫院等建築補強技術與實務案例之研究,並於既有相關工法研究成果基礎下,再彙集國內近年補強技術研究資訊與實務案例,彙編綜整成本次出版之「鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術參考手冊」,除既有的濕式補強工法外,增列乾式補強工法與消能補強工法,包括鋼造斜撐、鋼板剪力牆、挫屈束制支撐或阻尼器等工法。同時,為使本手冊研訂內容能更趨周延,並於107年起成立審查小組,進行本手冊內容審查,歷經4次會議討論及修改,始完成本手冊。

貳、主要內容及重點

本手冊以國內外既有研究試驗資料,以及實務施工案例為本,進行資料之蒐集與彙整比較,亦參考國內外研究成果與設計準則,提供建築結構補強設計步驟,以及不同情況下施工細節之建議。同時,針對現有國內補強相關手冊較缺乏之乾式施工補強工法,如鋼斜撐補強工法、外部增築梁或柱之鋼構材補強與消能補強工法等,提出設計施工方法與注意要點。另結構進行乾式補強後,需重新進行評估,以確定其補強效果,因此本手冊亦蒐集對補強結構或補強構材之行為,以及相對應之模擬原則等資料,並對採消能補強高層建物的補強工法、細部施工與效果評估,提供設計參考原則。本手冊主要內容摘要說明如下:

建築物之補強策略,主要以提升建築物本身耐震能力及降低建築物之耐震需求,或兩者策略併用。在提升建築物本身耐震能力方面,一般以構材強度韌性補強、結構不規則性改善、增設RC牆等方式來進行。而降低建築物之耐震需求,則以降低建物重量、增設消能裝置等方式來進行。補強方式之選擇,因為建物補強需求或現況條件之限制而有所不同,難以單一標準選擇補強策略。因此,本手冊參酌各補強方式之選用基本原則與可能優缺點、限制條件等,建立基本選用原則,供設計者參考,並提出補強策略基本建議原則,以及以示範例解說施作流程。

此外,因國內現有建築物之補強方式,因常需進行較大規模基礎補強,以致常需越界開挖影響鄰房建築構造及使用,故常用於公有校舍之擴柱、翼牆與剪力牆等濕式補強工法,私有民間建築物較難以應用上述補強方式,為此,本手冊因為私有民間建築物較適合小範圍基礎改良之補強工法,另行開發下列補強方式:將原開窗磚外牆或開門隔間磚牆於原位置置換為開口剪力牆。另本手冊針對新開發之耐震補強工法,進行強度與韌性容量模擬分析,並對設計、施工、採用方式、注意事項等提出建議。

另剪力牆補強工法,常因為澆置混凝土之乾縮,造成牆頂與梁底摩擦力不足,而造成後續破壞,但一般補強工程設計,常以RC規範之摩擦剪力公式,計算力量之傳遞能力,亦即將混凝土摩擦力與鋼筋剪力強度加總計算而得,若用於有乾縮大間隙情況,可能高估此處之摩擦力甚多。其次,植筋工程又為補強不可避免之項目,且無收縮砂漿之填補有工期與使用性困擾,因此本手冊亦有納入相關低強度混凝土植筋剪力強度之試驗結果,以說明其破壞機制與確實容量,以及於補強設計使用時,相關摩擦力之檢核。

本手冊亦包含某醫院結構及一已倒塌住商混合(底層挑高)大樓為補強設計之範例介紹,配合本手冊與補強策略基本原則,提供相關考量經濟性、空間限制及不妨礙現有功能等條件下,進行補強策略與補強設計,並進行相關施工細節探討,並評估補強前後建物整體耐震能力供參考。本手冊內容摘述如次:

一、適用性:適用於一般公、私有建築之補強技術參考,並提供設計方法與施工細節等建議供參。

二、乾式施工補強工法:增列乾式補強與消能補強工法,包括鋼造斜撐或鋼板剪力牆、挫屈束制支撐、阻尼器等工法。

三、開口剪力牆補強工法與模擬:彙整開口剪力牆試驗資料,並依據試驗結果,提出其為耐震補強工法之設計、施工、注意事項等建議,並對其於分析上之強度與韌性容量模擬提出建議。

四、低強度混凝土植筋剪力強度:透過低強度混凝土植筋剪力強度試驗,說明破壞機制與確實容量,以確保足夠的摩擦力。

五、RC建築結構補強設計示範例:提供補強設計策略、相關施工細節說明,以及補強前後建物整體耐震能力之評估。

參、應用與推廣

本手冊參考國內外之補強設計研究與工程實務案例,編訂適用於一般公、私有建築之補強技術參考手冊,並提供設計方法與施工細節等建議,使工程師進行實務補強設計時,能有所依循及參採。同時,亦納入具代表性公、私有建築結構之補強設計示範例與相關問題探討,提供公、私有建築進行結構補強之設計流程與相關工程經驗資訊,供工程師進行補強設計參採。

為擴大推廣應用,未來本所規劃結合建築師、土木結構技師等公會團體,辦理本技術參考手冊之推廣講習會,宣導建築物耐震理念,強化業界重視工程品質,提升民眾對耐震建築的認知,達成防災之政策目標,以保障人民生命財產安全。圖1.鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術參考手冊封面

圖1.  鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術參考手冊封面