談鋼筋混凝土牆鋼筋配置之設計與施工

陳正平 技師

一、 前言

在工程專業群組，常見有技師在討論鋼筋混凝土牆的「橫向鋼筋」與「豎向鋼筋」配置：何者在外，何者在內？以及各公會出版或工程設計案的鋼筋混凝土牆結構標準圖為何會各有不同？致工程師甚為困擾。鋼筋混凝土牆無論是結構牆或非結構牆，配置鋼筋的目的均為避免裂損或破壞，確保結構安全性。鋼筋混凝土牆配筋設計時，要如何考量才能達到具最佳效益的設計，依據的就是結構力學原理顧好結構安全性、施工性、經濟性、相接牆連接或轉角的連續性與牆厚可用空間等因素。本文試就設計及施工須考量的要項及重點說明其中原由，供工程師設計及施工決策參考，不當之處亦請工程先進不吝指正。

二、混凝土結構設計規範牆配筋相關規定

現行「建築物混凝土結構設計規範」對場鑄鋼筋混凝土牆配筋量限制之相關規定如下：

三、鋼筋配置常見疑義

在工程專業群組常見技師討論鋼筋混凝土牆筋配置疑義，有技師認為曾在施工說明會中，為了讓工地鋼筋工好記不會綁錯，都直接跟工人講，只要記下列規則就好﹔除了剪力牆水平筋綁外面外，其他的牆，水平筋一律綁裡面，一定不會出錯：1.面外承受土壓力、水壓力、風壓力及地震力三種負荷的牆：水平筋在內，垂直筋在外。2.剪力牆：垂直筋在內、水平筋在外。3.非結構牆：無論垂直、水平筋，一般內外皆可。

筆者認為如此規定可能違背設計原意而背負未按圖施工的責任。筆者認為牆與板的設計要點與設計原則是相同的，都要依據的就是結構力學原理顧好結構安全性、施工性、經濟性、相接牆連接或轉角的連續性與牆厚、可用空間等因素。並將設計結果清楚標示於結構設計圖上供施工單位按圖施工，才能兼顧所有需求，確保結構安全。茲將常岀現的鋼筋混凝土結構牆筋配置疑義探討如下：

表1 雙排牆筋配筋表

然而技師公會提供的非結構牆配筋標準圖為「豎向鋼筋量」比「橫向鋼筋量」多，其考量因素，主要係因實務上，房屋建築結構之層高大約在3m高，其高度較為固定，而橫向長度則長短不一。因此非結構牆配筋標準圖設定為以樓板層高方向為結構受力之支承方向，來承受面外受風壓力及地震力。為了配置抵抗面外風力及地震力所需之鋼筋量，以及提供部分抵抗面內受地震剪力産生之斜向剪力裂紋，因此技師公會提供的非結構牆配筋標準圖會出現豎向鋼筋量較橫向鋼筋量多的現象，當然設計結果之橫向鋼筋量仍需大於最少「橫向鋼筋比」為0.0025之規定。

如果工程個案有不同的考量因素，則應從其需求另行設計並繪製專用之詳細施工圖。有了專用之詳細施工圖，則其優先順序以詳細施工圖優先。

3.2 技師提出：由技師公會提供的非結構牆配置雙排雙向牆筋配筋立剖面圖顯示，牆之豎向鋼筋為在內側，橫向鋼筋在外側（見圖1），那為什麼很多技師繪製的圖確剛好相反？

技師公會所提供的非結構牆配筋標準圖，牆豎向鋼筋為配置在內側，橫向鋼筋在外側，是因考量非結構一般高度較為固定約為3公尺，因而取豎向為支承方向。考量牆澆灌混凝土的施工性一般厚度至少有12cm以上。結構牆配筋主要用來承受面外方向的地震力及風力，雖然豎向鋼筋配置在內側會減小抗彎矩有效深度而影響受力效果，但因所需抗面外作用力引致之抗彎矩鋼筋需求量不大，所配置之防裂需求的鋼筋量尚有餘裕。

因此技師公會提供的非結構牆配筋標準圖，考量施工方便性將牆豎向鋼筋配置為在內側。同時配筋量也會納入考量保有地震力沿牆之面內方向產生斜向裂紋數量盡可能減少的控制效果，所配置的鋼筋足以滿足一般實際受力及防裂需求，以及為了同時可以滿足現場鋼筋綁紮的方便性。綜合各項考量因素後所需鋼筋量不會太多，才將牆豎向鋼筋為配置在內側，以便供配置在外側的橫向鋼筋有支撑可固定，以提高施工性。

理論上，無論什麼情況，橫向鋼筋或豎向鋼筋均可配置在內側或在外側，至於如何決定那一向鋼筋應配置在內側或在外側較有經濟效益呢？主要考量的因素有施工性、經濟性、安全性、與相接牆連接或轉角的連續性以及牆厚、可用空間等因素考量。施工性方面：若豎向鋼筋配置在內側，則可方便橫向鋼筋附掛在豎向鋼筋上，可無需增加工作筋。但如果主要承載方向為豎向，可能會減小抗彎矩有效深度而影響受力效果。經濟性方面：若將短跨或主要受力方向之主筋配置在最外側，可保有較大的抗彎矩有效深度，節省鋼筋用量；有時為了爭取時效，主筋配置於內側，雖會導致鋼筋用量較多，然而可減少施工出錯或提升效率節省工資或可得較短工期的經濟效益。安全性方面：原則上彎矩較大的方向鋼筋配置於外側，若因其他因素考量而必須將主要受力鋼筋配置於內側時，會因抗彎矩有效深度減少而須增加鋼筋用量以符合安全需求。連續性方面：為考量相鄰或轉角位置鄰接牆或板之主要受力方向不同跨度之牆或板時，須考量配合各項因素決定最有效益的鋼筋配置位置。

待依各項因素考量結果所配置完成後之鋼筋位置，進行設計每片牆之鋼筋量，並詳細標示於配筋詳圖及剖面詳圖，以確保可依設計原意按圖施工。至於定位(寛止)繋筋可鉤在外側的橫向鋼筋或在外側的豎向鋼筋近橫向鋼筋相交處，即可避免鬆脫移動或掉落。

3.3剪力牆的豎向鋼筋與橫向鋼筋該如何配置才對呢？剪力牆的垂直筋放在外側對於能提供的剪力有差多少呢？又，橫向鋼筋進入邊構材錨定若與邊構材豎向主筋衝突時是否可以加工偏折再進入邊構材？橫向鋼筋配置在外側有防豎向筋挫屈的效果嗎？

橫向鋼筋須直線延伸進入邊構材，不得偏折。否則須依據設計規範第10.7.4.1節規定，偏折鋼筋對柱軸偏斜部位之斜率不得大於1/6。及第10.7.6.4節規定，縱向鋼筋偏折時，須有箍筋、閉合箍筋或局部樓板構造作水平支撐，且須能承受鋼筋偏折部分水平分力1.5倍之推力。若用橫向鋼筋做抗力，箍筋或閉合箍筋須配置於偏折點15 cm 以內。而且須每根均須配置有抗力箍筋或閉合箍筋。所以牆之橫向鋼筋進入邊構材錨定若與邊構材豎向主筋衝突時，不得以加工偏折再進入邊構材，建議向內平移進入邊構材。筆者建議如圖2所示，將牆之橫向鋼筋以向內側平移至可進入邊構材錨定為止，且向內側平移後，其保護層厚度不可大於10公分，否則須依第18.4.5.7節之規定，將鋼筋外側混凝土保護層超過10 cm的範圍，配置額外之橫向鋼筋，至其保護層厚度不超過 10 cm，且其間距不得超過 30 cm。

第11.7.4.1節規定：「若牆需依賴豎向鋼筋抵抗壓力，且豎向鋼筋A_st超過0.01A_g時，豎向鋼筋應受橫向箍筋支撐」。此處所謂「橫向箍筋」係指牆厚方向的橫向圍束箍、繫筋，圍束箍、繫筋須額外配置，除了須符合受壓構材箍、繫筋量及間距之規定外，因數量甚多，且施作耗時甚為麻煩。有技師認為『將剪力牆橫向鋼筋配置在外側，除了外側的橫向鋼筋有在內的豎向鋼筋作為支撐外，另外一個作用是橫向鋼筋在外側多少可以避免豎向的鋼筋挫屈』。但依據「建築物混凝土結構設計規範」第11.7.4.1節規定顯示，豎向鋼筋A_st不超過0.01A_g時，豎向鋼筋可配置於外側，且無需配置牆厚方向的橫向圍束繫筋；反之，須配置箍、繫筋防止豎向鋼筋挫屈。故橫向鋼筋配置在外側，豎向鋼筋配置在內側，未配合設置符合受壓構材箍、繫筋時，仍會產生同步挫屈，無法避免豎向鋼筋挫屈。豎向鋼筋一旦超過A_st超過0.01A_g時，豎向鋼筋可配置於內側或外側，但均須以箍、繫筋側撑才能防止豎向鋼筋挫屈(豎向鋼筋配置於外側之圖例見圖2及圖3)。

四、結語

綜上所述，橫向鋼筋或豎向鋼筋均可配置在內側或在外側，至於如何決定那一向鋼筋應配置在內側或在外側較有經濟效益？主要考量的因素有施工性、經濟性、安全性、與相接牆連接或轉角的連續性以及牆厚可用空間等因素考量。如果是結構用牆體通常因幾何短邊多為高度，設計考量垂直筋在外以取得較大程度的抵抗主要面外彎矩能力，豎向鋼筋宜配置在外。

豎向鋼筋在內施工性較佳，但因樓層高較固定，水平向長短不一，標準圖考量施工性建議豎向鋼筋配置於內側。與主向筋宜在外側會比較經濟的原則不同，這二個考量就出現衝突。所以那一個在外考量的因素不同，決策就會不同。原則上短向在外會較經濟，但水箱或水池的牆就出現相鄰牆橫向鋼筋連續性的問題。

牆豎向鋼筋有挫屈的問題，且配置繫筋太麻煩，通常不用來受壓，所以沒有橫向鋼筋在內或在外的問題。否則就一定要配置足量的繫筋側撑才能防止豎向鋼筋挫屈。

會發生橫向鋼筋或豎向鋼筋配置在內側或在外側這種疑義，通常是雙層雙向配筋的牆，而雙層雙向配筋的牆通常有結構作用，施工或監造單位的責任是按設計圖施工，所以設計圖上何者在內，何者在外，均須標示清楚，若有疑義應以設計單位的書面釋疑為準。我們應賦予設計單位承擔完整的責任，這樣也等於是對專業人員的尊重，也可以提升工程品質。施工單位不可自作主張，以免作出違反設計原意的錯誤決定。本文供工程師設計及施工決策參考，不當之處亦請工程先進不吝指正。