建築物結構工程設計訓練班 心得分享

賴冠帆  技師

113年12月21、28日省公會技術委員會於中區辦公室，辦理16小時的建築物結構工程設計訓練班，由陳正平技師擔任講師，為大家準備力學理論說明，輔以實務案例，相當豐富。案例眾多，茲將上課部分內容，分享如下：

一、從工程結構失敗案例探討原因及對策

預力構件相關缺失：由於預力會對結構造成壓縮變形，因此從設計角度上須考慮側向拉力對端部附近剪力牆造成之影響，以及在預力鋼腱轉彎處，配置平衡鋼筋；於施工角度上則須注意在施加完預力後，需等待端部連結完成才可以拆模，避免混凝土因預力開裂。

逆打鋼柱的設計與施工：逆打鋼柱與上構柱之間接合施工的位置，應考慮整體結構物因地震力造成的槓桿效應，於一樓處會產生較大的彎矩，建議將接頭設置在地下一樓以上一米處會更妥當。

鋼管鷹架模板支撐失敗原因探討：由於鋼管鷹架之斜撐接合點，並未在桿件交接處，故本身即為不穩定之結構。然而其成本低廉，經常作為上部結構之模板支撐而造成倒塌，若施工之必要，建議仍須外加斜撐系統以利提高整體穩定性。

錨栓之安裝：錨栓接合處若未與鋼筋的施工進度配合，經常會和鋼筋發生衝突(例如要切割鋼筋)，或是將錨栓直接銲接在鋼筋籠上，造成應力集中斷裂，建議應先安排錨栓施作。

二、建築結構系統傳力路徑細部設計

結構系統本身即是傳力路徑圖，講師也舉了許多實務上的案例，列舉如下：當SRC有剪力拱頭設計時，可能會對柱板產生額外的偏心彎矩而壓壞柱板，建議改成將剪力釘直接釘在柱子上，效果會更好。

位於一樓樓板下的集力構材，由於其負責將上部建築物所受之地震力，傳遞至兩側的地下室外牆，牆面再和土壤產生摩擦消能，因此其鋼筋應當盡可能配置於剪力牆寬內，使其發揮最大效用。

由於機械層的樓高較高，為了避免變位過大，而加上勁度較高的斜撐，然而案例中的原設計僅有特定樓層有斜撐，出現”平常是由多根柱子平均分擔力量，突然轉換成由少數特定斜撐來吃橫膈板上的力”的不平均現象，建議可以於每一樓層皆設計斜撐，斷面大小則配合地震力調整，較能確保傳力均勻。

部分高樓由於使用需求，分成上半部住宅與下半部商場使用，而造成結構系統的柱子於銜接處出現不連續的情況，或是在水平面有不規則配置，容易引發力量過度集中的疑慮，為增加建築的使用年限，這類型設計應當再評估其合理性。

三、鋼結構標準圖制定背景、力學原理及應用

螺栓與銲道只有在單獨承受剪力時及非耐震接頭之情況下，才能同時分擔應力，否則可能會發生勁度較高的銲道先破裂，再拉斷螺栓的各個擊破現象。螺栓接頭除了應採用塗料，也應避免將螺栓斷裂在室外。對於有韌性需求、抗疲勞需求，銲接符號應於尾部標註”CJP”全滲透開槽銲接。

四、鋼筋混凝土標準圖制定背景、力學原理及應用

飛灰混凝土使用之限制：由於近年來添加飛灰跟爐石的混凝土的大量使用(超過水泥重量20%以上)，會產生緩凝作用之外，也容易因於灌漿時加水，產生大量上浮而集結於柱頂處，當大樓重量加載，壓縮而導致粉刷層爆開，因此建議於柱內灌漿時不要停頓於樓板面。

梁縱向鋼筋終止於柱內時，應延伸至柱圍束區核心區之最遠端：根據實驗結果，只要梁縱向鋼筋退到柱面內3/4內，便容易影響三力平衡而失敗(混凝土拉破)。

過去曾經於進行設計工作時，多依賴電腦程式分析輸入之力量參數，輔以規範參考來取得符合安全強度需求之結果，然而對於傳力路徑的概念稍嫌不足，誠如陳技師課堂上之提醒：傳力路徑的判別是一位工程師應當具備的基本工程素養，如果未能將力量的傳遞觀念搞清楚，而僅僅依靠按圖施工與一概套用規範公式的想法，恐怕過去歷史留下的重大錯誤，會在未來重蹈覆轍。

而在標準圖的兩堂課程中也學到：「未經檢核直接採用標準圖」的觀念是需要改正的，設計者應當加以檢核是否符合設計需求以外，施工者也應當留意標準圖上的規定並非適用於所有情況，才能達到雙重把關的作用，讓工程能夠順利完工。本課程的實務案例相當豐富，涵蓋的範圍從橋梁工程到建築工程，集大成之處方便讓初學者一次飽覽過去多年工程失敗案例中的寶貴經驗，然而也難免牽涉許多設計理念、力學相關等先備知識，礙於上課時間，講師無法一一解釋，如能夠將這些先備知識多做補充說明，或是將課程時間拉長，相信能夠讓在不同領域的學員更容易理解和吸收。

課前介紹		上課場景1
上課場景2		頒發講師證書