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高效率鋼結構火藥擊釘固定工法介紹 王聖岑 技師、王章凱 先生 一、前言 目前台灣地區鋼結構的應用有日漸普及的現象，SS與SRC建築在921集集地震前佔當年取得使用執照建築的12.89%，90年止已經大幅成長至22.99%。鋼結構因其韌性及耐震性較傳統鋼筋混凝土結構為佳，變成了購屋者的優先選擇，因此一般較高樓層的建築物幾乎都是鋼結構的天下。而在鋼結構建築物中，鋼承鈑及剪力釘的應用是非常普遍，前者鋪設於架設完成的鋼梁上用以支撐澆灌混凝土樓板重量，而後者則用於連結混凝土及鋼梁，使其能發揮複合斷面之設計，故其固定方式乃是影響整體工程相當重要的因素，筆者藉此機會介紹目前國外已行之有年並日益普遍的固定工法「火藥擊釘固定工法」(Powder
actuated fastening system)，並與台灣常用之焊接式工法作一比較，供各位工程先進參考。 二、火藥擊釘系統簡介 火藥擊釘系統乃包括了鋼結構釘、火藥、擊釘槍三大部份，其作用是由經過事先嚴謹的計算與系統品質控制的火藥彈夾於相對之擊釘槍中擊發，暴發力量推動活塞而產生預期的瞬間推力，而將符合要求的鋼結構釘擊入被固定物及基材中(鋼梁)，並藉由鋼結構釘穿入基材中產生相對應的拉力及剪力強度，以符合設計及施工的要求。 三、火藥擊釘系統力學機制
四、火藥擊釘系統於鋼結構的應用 火藥擊釘工法由於其施工效率高，品管容易，因此可適用於各式需後作式固定工法，如L型剪力釘、鋼承板、輕隔間、管架、高架地板等，而於鋼結構結構中，L型剪力釘及鋼承板的固定是國外最常見的應用工法，其中剪力釘的應用乃將一鋼製L型剪力釘以火藥擊釘的方式固定至鋼梁上，依照前述的擊釘力學機制提供所需要拉力及剪力強度，而在混凝土板完成後，形成複合結構，且因為其施工性佳，且可依被固定物的厚度選擇釘子及火藥，因此可於施工時一併固定剪力釘及鋼承板，不僅可增進施工效率，也可解決因鋼承板造成的剪力釘焊接不良(圖五)；另外鋼承板的固定乃將鋼承板鋪設完成後，以火藥擊釘將鋼承板固定至鋼梁上，並提供所須強度以支撐其上混凝土板載重。再者，在某些特殊結構中，其屋頂採用金屬屋頂設計，如採用焊接或許會破壞其金屬板面，因此亦可使用本工法施作以達成其特殊需求。(圖六)
五、火藥擊釘系統與傳統焊接的比較 目前國內關於剪力釘及鋼承板的固定工法還是以焊接工法為主，其中剪力釘普遍是以尼爾森焊接式剪力釘(Nelson
Stud)為主，焊接工法雖然是目前最常用的工法，但是在實務上仍有其侷限且品管不易的現象，以下筆者就針對施工效率、施工環境及配合設施、品管作業、成本分析四方面對於火藥擊釘系統與傳統焊接工法作一比較，以提供各位工程先進完整比較概念。 (1)施工效率的比較：於一般鋼結構施工時，剪力釘及鋼承板的施工如果採用傳統焊接工法約可分為18道程序，而採用火藥擊釘工法則可節省為8道程序如圖八所示，而以固定點而言，傳統焊接與火藥擊釘工法約為27：12的比例，就施工速率而言，則可達到10倍以上的差距。
圖八 施工程序比較 (2)施工環境及配合設施比較：就施工環境及相關的配合設施而言，傳統焊接工法與本工法的比較如表一之說明，由表中可明顯看出本工法較焊接工法不易受到天氣的影響，且其他相關的設備需求相對減少甚多。
(3)品管作業比較：由於工作方式的基本差異，兩者的品管方式不同。焊接工法的品管是以目視方法看焊點的大小是不是符合要求，而剪力釘是以一定的力量敲擊剪力釘直到一定程度的彎曲，如果沒有脫落，則屬合格。這個普遍被採用的檢測方式盲點是，多少百分比的焊點或剪力釘被挑選出來接受檢測，發現不合格的部分，如何處理？目前現場幾乎很少有系統的作檢測，甚至被敲落的剪力釘也只是再焊接回去而已，沒有達到一定比例就必須重做的要求。因為一個工地的焊點與剪力釘幾達數萬個點，如果嘗試要執行，因為數量龐大，而且目視不易發現，認真檢查起來曠日費時。擊釘工法的品管其鋼釘設計必須依照被固定物與固定基材的材質、厚度選擇不同大小長度，以火藥擊發進入鋼材的深度來達到所設計的固定力量。因此，只要以簡單的『量卡』來量度『露出的釘長』即可確定是否達到標準，是否產生預計的固定力量。簡單判斷：露出過多，釘子固定不夠深，力量不夠，露出過淺，釘子固定過深，力量足夠，但被固定物(如鋼承鈑)有被穿透之虞。 對於稍具經驗的監造工程師，就可以目視方式，快速、確實的大範圍檢查，再透過量卡來檢測比較有爭議或需要特別注意的部分。這種測試方法對於監造單位在執行工作時可提高效率、增加準確度，相對的提高整個工程的可靠度與安全性。 (4)成本分析的比較：由於市場的發包價會因為工程的難易度，如樓高、面積大小…等而有很大的不同。因此，容許在此不做數字上的直接比較，而從較工程成本項目來比，火藥擊釘工法相對於傳統焊接工法是否有產生直接的成本節省效益。
註一：擊釘工法不需要事先除去鋼梁上之鐵鏽或鍍鋅層，也不需要預熱或清除積水。 註二：植釘機價格約70∼100萬，擊釘槍價格2∼8萬不等。 註三：不使用外來電力。 註四：前後兩片鋼承版在梁的位置上重疊，在鋼釘固定剪力釘的同時，直接釘穿，固定在鋼樑之上，不需要額外的封邊版，也不會漏漿。 註五：電焊機每台約1∼2萬之間，植剪力釘與固定鋼承版的擊釘槍使用同一種擊釘槍，不需配備額外不同系統的工具。 註六：離子槍用在鋼板的快速裁切。 註七：離子槍仍需用電，但用電量所佔比例極低。少部分鋼板在肋條上的搭接使用充電式電動螺絲起子以及自攻螺絲結合。 由於新工法可以讓樓版的工作速度提前，因此對於相關業者產生其他的附加效益：1.提前灌漿完成的樓版，可以讓其他工種提早進場、材料及設備進場堆放、鋼架較為穩固、耐震。2.工種合併減少發包項目，工程介面減少，工作路徑簡單，不會互相妨害，需控制因素降低，工程變數減少，進度控制容易。3.簡單的施工方式與工具，工地不需堆放大型發電、電焊設備，工班可以彈性調整進退場、容易配合，完工後不會遺留大量廢料(瓷座、焊條)，工地容易管理，無設備遺失損壞之虞。4.容易操作，工人調度容易、臨時增加人力也不受設備影響，後續零星修繕或變更設計時，容易調度設備及人工。5.設備費用低，業主工程單位可自備設備，減少由下包商再加碼收取設備租賃/管理/購置/攤提…等成本與管理費用，可多置備用設備，杜絕因設備故障產生之工程延宕。 六、結論 不論是新舊工法，只要能在市場上被採用的，都只有相對的優勢或弱點，火藥擊釘工法也是一樣的道理。火藥擊釘工法相對於傳統焊接工法，明顯的在直接材料成本(如焊條v.s.鋼釘)上是較高的，但是在延伸出來的成本式降低的(如設備與工資。但由於此工法的發展與設計，就是針對焊接工法許多不易控制的人為因素或不可抗力的天候因素所進行的改進，因此整體的直接工項成本(剪力釘固定+鋼承版舖設固定)會與傳統的焊接工法幾近拉平。 現今台灣所知的工法上，能夠輕易的在排程時縮短1∼2週、大幅降低施工困難度，而且不會增加多少成本的，應該是非常的少。任何可以先找出此一工法的適用性，與適用規模的單位，將可在台灣艱困但仍有可觀規模的營造環境下，為自己掌握最大的競爭優勢。
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