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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○五年四月二十三日

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本期主筆:賴建宏
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

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(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(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 ConcreteACI 318-1411.3.1(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。

11.3.1.1 – 最小牆厚h

牆型式 最小牆厚h
承重牆[1] 取大值 10cm
未支撐長度與未支撐高度之較小者的1/25
非承重牆 取大值 10cm
未支撐長度與未支撐高度之較小者的1/30
地下室外牆與基礎外牆[1] 20cm

[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(軸向載重與面外撓曲-簡易設計法)之規定如下:

11.5.3.1 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,Pn應可按下式計算:

    (11.5.3.1)

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

11.5.3.2 – 牆之有效長度因子k

邊界條件 k
牆上下端有側撐均能抵抗側向移動,且:  
(a) 至少一端或兩端有束制能抵抗轉動(上端、下端或上下二端) 0.8
(b) 兩端均無束制不能抵抗轉動 1
牆無側撐抵抗側向移動 2

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

11.5.3.4牆鋼筋應至少符合11.6.111.6.2之規定。

11.6.1若面內Vu 0.5fVcρ ρt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Vu 0.5fVc之最少鋼筋量

牆形式 非預力鋼筋型式 鋼筋尺寸 規定降伏強度f (kg/cm2) 垂直鋼筋ρ 水平鋼筋 ρt
場鑄 竹節鋼筋 ≤ D16 ≥4,200 0.0012 0.002
< 60,000 0.0015 0.0025
> D16 不限 0.0015 0.0025

11.6.2若面內Vu 0.5fVc時,應符合 (a)(b)二者之規定:

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

  ρ 0.0025 + 0.5(2.5 – hw/w)(ρt – 0.0025) (11.6.2)

 (b) ρt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ρt,垂直分布鋼筋比之符號為ρ。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hw/w小於0.5時,垂直鋼筋量與水平鋼筋量相等;當hw/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)

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