鋼筋搭接長度之再簡化

劉樹賢技師

內容說明

筆者曾於技師報892期討論：當f_c' =245 kg/cm² (或更大)，引用受拉鋼筋之基本伸展長度公式，推導出以下結論：

鋼筋搭接長度：D22或較大鋼筋以52 db為搭接長度。

　　　　　　　D19或較小鋼筋以40 db為搭接長度。

本文再進一步探討：當使用「高」強度混凝土時，鋼筋基本伸展長度會「減小」，鋼筋搭接規定是否可以再簡化？依據混凝土結構設計規範(民國100年土木401-96a)，當f_c' =350 kg/cm² 受拉鋼筋搭接長度，D22或較大鋼筋以55 db為搭接長度(詳附表A)；而依據土木技師公會標準圖RC03也是55 db，經過筆者檢討，依規範第5.3.3節之詳細計算法，D22或較大鋼筋得以40 db為搭接長度；亦即，當使用高強度混凝土時f_c' =350 kg/cm² (或更大) 受拉鋼筋皆得以40 db為搭接長度，鋼筋搭接作業可以再簡化並減少浪費。 

規範符號

     K tr 為橫向鋼筋指標符號。

     cb  = 下列兩項之較小者：

      (1) 鋼筋或鋼線中心至最近混凝土表面之距離；cm。

      (2) 待伸展鋼筋或鋼線之中心間距之半；cm。

     db  = 鋼筋之標稱直徑；cm。(見圖1：梁鋼筋組立) 

計算過程

本規範提供兩種方法供工程師選用，其一為第5.3.2節之簡易估算法，其二為第5.3.3節之詳細計算法。第5.3.3節係考慮鋼筋周遭之圍束效應，所謂圍束效應係來自鋼筋周圍混凝土保護層厚度和鋼筋間距(cb)，以及橫向鋼筋之使用量(Ktr)。若鋼筋受到較高程度之圍束，則其握裹強度會提高，反之則降低。

混凝土結構設計規範5.3.3節鋼筋受拉伸展長度l d 之計算：

K tr 為橫向鋼筋指標，若鋼筋周遭圍束太好，

即(cb + Ktr ) / db  > 2.5時，握裹破壞將由劈裂式轉為拉拔式，因此規範規定(cb + Ktr ) / db 不得大於2.5。

表A之搭接長度，係依據混凝土結構設計規範 (土木401-93)，第5.3.4.2節之簡易估算法，鋼筋圍束修正因數 = 0.67，f_c' =350 kg/cm² 受拉鋼筋搭接長度。

表1 當f_y =4200 kg/cm²，第5.3.2節之簡易估算法，箍筋用量

表格中箍筋用量(cm²/M) = 2.5 db (詳計算式附件A)，基於 Ktr=0.5 db。

修正因數db / (cb + Ktr)等於0.67，亦即cb + Ktr等於1.5 db

其中cb = db  而 Ktr=0.5 db(cb + Ktr)

  然而經過第5.3.3節之詳細計算法，考慮鋼筋周遭之圍束效應，採用鋼筋圍束情況之修正因數 =0.5，搭接長度可以減少為40 db。

表2  f_y =4200 kg/cm²，修正因數=0.5，(Ktr 等於db )詳細計算箍筋量

表格中箍筋用量(cm²/M)，基於 Ktr=1.0 db，亦即表1用量「加倍」。

修正因數=0.5即 db / (cb + Ktr)等於0.5，即cb + Ktr等於2.0 db

其中cb = db  此乃鋼筋最小淨間距不小於1.0 db而 Ktr=1.0 db。 

以上兩種方法(表1，表2)皆基於：鋼筋最小淨間距不小於db，然而當鋼筋最小淨間距不小於2.0 db  (結構設計常見)，採用表1鋼筋圍束情況，亦可相當於修正因數=0.5，搭接長度也可以減少為40 db。因為，修正因數=0.5即 db / (cb + Ktr)等於0.5，即cb + Ktr等於2.0 db，其中cb =1.5 db  此乃鋼筋最小淨間距不小於2.0 db而 Ktr=0.5 db (為表1採用)。 

經過上述說明，圍束鋼筋(橫向箍筋)拉力區用量達：

表2(主鋼筋最小淨間距不小於1.0 db) 或

表1(主鋼筋最小淨間距不小於2.0 db ) ，

都是鋼筋圍束情況之修正因數 = 0.5，亦即(cb + Ktr ) / db 等於2.。

  符合規範規定(cb + Ktr ) / db 不得大於2.5。

小結：當箍筋量達表1or表2中之間距，搭接長度為40 db。 

表列鋼筋搭接長度

D22或較大鋼筋依照鋼筋圍束情況之修正因數 = 0.5，表格列出鋼筋拉力區伸展長度，當f_c' =350 kg/cm²，皆不會超過31 db (=S1) (詳附表A)，依此列出鋼筋搭接長度。 

表3  D22或較大鋼筋搭接長度

D19或較小鋼筋受拉鋼筋伸展長度，各情況皆不超過31 d_b (詳附表A)， D19或較小鋼筋受拉鋼筋伸展長度S1 = 31 d_b ；D19或較小鋼筋受拉鋼筋搭接長度  1.3S1 = 40 d_b。

結論

當梁柱端部區之橫向箍筋量達到表1或表2間距，不必採用簡易估算法(修正因數 = 0.67)；可改採用詳細計算法(修正因數=0.5)，搭接長度可以從55 db減少為40 db 。

總結：當f_c' =350 kg/cm² (或更大)：

鋼筋搭接長度：

D22或較大鋼筋以40 db為搭接長度；

D19或較小鋼筋以40 db為搭接長度。

為簡化鋼筋搭接施工作業，減少錯誤率，兼顧經濟又安全，筆者列出鋼筋搭接長度(詳附表B)，建議土木技師公會標準圖RC03可以再簡化，當f_c' =350 kg/cm² (或更大) 受拉鋼筋皆得以40 db為搭接長度。

附件A計算式

圖1 梁鋼筋組立

表A  鋼筋之基本伸展長度與修正長度

受拉鋼筋之基本伸展長度

說明

1.        f_c' =350 kg/cm² 受拉鋼筋搭接長度，D22或較大鋼筋以55 db為搭接長度，是以表A(修正因數0.67)之中42.1 x 1.3 = 55. 計算。

2.        修正因數0.5是為了將表A(修正1.0)之中62.9 x 0.5 = 31.4 而訂出，其中cb = db  此乃鋼筋最小淨間距不小於1.0 db而 Ktr=1. db，亦即 db / (cb + Ktr)等於0.5。

3.        db / (cb + Ktr)等於0.5，即cb + Ktr等於2.0db，其中cb =1.25 db  此乃鋼筋最小淨間距不小於1.5 db而 Ktr=0.75db。

 表B 高強度混凝土鋼筋搭接長度

當使用高強度混凝土：f_c' =350 kg/cm²(或更大)。 f_y =4200 kg/cm²。

1.          鋼筋D19(或較小)皆以40 db 為搭接長度。

2.          版、牆、小梁皆以40 db 為搭接長度。

3.          梁柱鋼筋D22(或較大)，將 l_d 伸展長度訂為：受拉鋼筋伸展長度 S1 = 31 db。

4.          梁柱鋼筋D22(或較大)搭接長度

5.          大梁端部箍筋：箍筋fy =4200 kg/cm2 不少於以下箍筋量：(單位cm)。

6.          當符合以上規定時，受拉鋼筋一律以40 db為搭接長度。

圖2  鋼筋伸展與搭接長度(B)