談「鋼筋混凝土牆之最小牆厚」需求

陳正平 技師

現行“混凝土結構設計規範”第7.7節(非承重牆)規定：「非承重牆之厚度不得小於10 cm，亦不得小於側向支承構材間最小距離之1/30」。若小於側向支承構材間最小距離之1/30的非承重牆，經結構分析設計，可具有合適之強度與穩定性，亦不影響使用性時，是否可採用較小厚度之非承重牆？這個問題困擾過甚多工程師。

前段“混凝土結構設計規範”第7.7節(非承重牆)之規定，應係僅適用於未經結構分析設計之非承重牆。若經結構分析設計後，其面外強度可具有合適之抵抗地震、風力之強度與穩定性，其隔音性、變形量或振動幅度等等，亦可不影響使用性，則可採用較小厚度之非承重牆。依據“Building Code Requirement for Structural Concrete”ACI 318-14第11.3.1節(最小牆厚)中規定：「最小牆厚應符合表11.3.1.1規定。若經結構分析其具有合適之強度與穩定性及使用性時，則可採用厚度較小的牆。

表 11.3.1.1 – 最小牆厚h

^[1]僅適用於依11.5.3簡易設計法所設計的牆

其中，第11.5.3節(軸向載重與面外撓曲-簡易設計法)之規定如下：

第11.5.3.1節 若矩形斷面實心牆之所有因數化載重合力，落在牆厚之中間1/3部分時，P_n應可按下式計算：

    (11.5.3.1)

第11.5.3.2節式(11.5.3.1)中使用之有效長度因子k應符合表11.5.3.2.

表11.5.3.2 – 牆之有效長度因子k

第11.5.3.3節由式(11.5.3.1)所得之P_n，應依21.2.2壓力控制斷面之f折減(亦即，0.65)。

第11.5.3.4節牆鋼筋應至少符合11.6.1及11.6.2之規定。

第11.6.1節若面內V_u ≤ 0.5fV_c，ρ_ℓ 及ρ_t之最小值，應符合表11.6.1之規定。牆經結構分析證明，有足夠之強度及穩定性時，上述限制可不須符合。

Table 11.6.1 牆面內V_u ≤ 0.5fV_c之最少鋼筋量

第11.6.2節若面內V_u ≥ 0.5fV_c時，應符合 (a)與(b)二者之規定：

 (a) ρ_ℓ應至少為式(11.6.2)及0.0025二者之大值，但不必超過符合表11.6.1規定之ρ_t。

  ρ_ℓ ≥ 0.0025 + 0.5(2.5 – h_w/ℓ_w)(ρ_t – 0.0025) 式(11.6.2)

 (b) ρ_t應至少為0.0025。

所有牆皆需要水平與垂直鋼筋。分布鋼筋之方向即為平行於牆之縱軸或橫軸方向。因此，對垂直牆段而言，水平分布鋼筋比之符號為ρ_t，垂直分布鋼筋比之符號為ρ_ℓ。受單向載重具「高度對長度」之比值低的牆而言, 試驗資料(Barda et al. 1977)顯示，水平剪力鋼筋抵抗剪力之效果，不如垂直鋼筋。此種水平鋼筋對垂直鋼筋效果之改變，可由式(11.6.2)顯示出來。當h_w/ℓ_w小於0.5時，垂直鋼筋量與水平鋼筋量相等；當h_w/ℓ_w大於2.5時，則僅須提供最少量垂直鋼筋(0.0025sh)。

結語

鋼筋混凝土牆結構牆與非結構牆之最小牆厚規定，僅為提供經驗數據，方便工程師設計採用，亦可避免出現不必要的或過度不合理的尺寸。若有經結構分析後，可具有合適之強度與穩定性及使用性時，則可採用厚度較小的牆。

惟使用規範前，應先了解設計規範製訂之原意，筆者認為，設計規範僅為提供經驗數據，方便工程師設計採用，避免出現不必要的或過度不合理的尺寸。依據ACI 318-14「混凝土結構設計規範」首頁之說明中特別強調，該規範所規定之要求，『僅為提供材料、設計及細節上之最低要求，提供給有能力評估其內容及建議之涵義與限制條件的個人使用，及提供對於其所包含資訊之應用，須擔負責任的使用者。ACI (American Concrite Institute)不承擔所提出原則內容之任何及所有責任，ACI學會亦不承擔由此所產生之任何損失或損害責任。』。因此建議技師先進，在設計結構工程時，應依個案及載重狀況及大小、周邊之束制條件及使用需求等，詳實設計，以確保結構安全。

【參考資料】

 [1] 營建署(2011)。混凝土結構設計規範。內政部100.6.9台內營字第1000801914號頒佈。

 [2] ACI 318委員會〔2014〕。結構混凝土建築規範及解說(ACI 318-14)。