RC隔間牆：國內常見樓層建築物之RC牆破壞模式探討

楊雨潔¹、林智隆¹、劉德賢¹、涂耀賢²、邱聰智³、鍾立來⁴、劉俊秀⁵

¹交大土木系碩士²德霖土木系副教授³國震中心副研究員

⁴台大土木系教授⁵交大土木系教授

1.  研究動機

我國建築物不論是低矮型建築或高樓集合住宅，為區分活動空間以及住戶區隔的需求，在建築物內設置大量的隔間牆、隔戶牆與外牆，此類牆體之鋼筋量配置，僅達到溫度鋼筋需求，屬於非結構牆，而工程師於設計分析時，均將其忽略。

對於高樓建築中配置RC隔間牆之試驗結果，研究團隊曾於技師報1034期發表「RC隔間牆，對高樓建築結構耐震能力之影響」[1]介紹。本期就低矮型建築及高樓集合住宅兩種建築物中，RC隔間牆含牆構架之破壞形式及耐震行為，以試驗結果說明之。

2.  試體設計細節

我國高樓集合住宅多為12層樓以上之建築物，依據黃科銘等[2] 之研究顯示12層樓之柱尺寸約為100╳100cm；而低矮型建築物柱斷面尺寸，則約與建築物高度成正比，若以四~五層樓之建築物而言，柱斷面尺寸約為40╳40cm。我國普遍將RC隔間牆，設置於兩柱之間，牆厚為12cm，樓層淨高約為300cm、柱心到柱心之跨距常見為600cm。

本文選取柱深100cm正方形之單跨單層含牆構架，代表高樓層建築；柱深40cm正方形之單跨單層含牆構架，代表低矮型建築。兩座試體均填充厚度12cm RC牆，牆體配置單層雙向(水平及垂直向)鋼筋，鋼筋量僅滿足規範之溫度鋼筋規定。

為考量試驗場施力系統容量及試體最大強度需求，故將原尺寸縮尺50%，兩座試體之編號，分別為C50W6及C20W6，C50W6表示構架之柱為50╳50cm方形斷面，構架內填充6cm厚RC牆，柱深與牆厚比值為8.3；C20W6表示構架之柱為20╳20cm方形斷面，構架內填充6cm厚RC牆，柱深與牆厚比值為3.3。試體斷面尺寸及設計細節如圖1所示，其材料強度如表1、表2所示。

圖1 試體尺寸與柱鋼筋配置

表1 混凝土抗壓試驗表

表2 鋼筋抗拉試驗表

3.  試驗結果

試體測試採擬動態推拉試驗，藉由致動器在試體一側進行反覆推拉，試體測試前先於梁頂施加軸力， C50W6試體施加180tf軸力；C20W6試體施加84.1tf軸力。以下摘錄說明兩座試體測試過程中主要階段之觀察。

（1）C50W6試體測試結果

側推試驗之遲滯迴圈如圖2，破壞包絡線則如圖3所示，試驗最大強度為2294kN，發生於層間變位角(梁中心水平位移除以梁中心至柱底的高度)Drift Ratio = 0.375%時，此時的裂縫發展如圖4所示，裂縫為對角傾斜發展，裂縫由柱外側頂部向下傾斜，經過牆板至另一側柱底的外側。當極限強度發展後，破壞包絡線出現近似平台段，平台段範圍Drift Ratio = 0.75%~3.0%，平台段之起點(Drift Ratio = 0.75%)之強度為1683kN，裂縫發展如圖5所示，圖中顯示牆板除出現較極限強度時，更多的對角剪力裂縫外，牆體沿梁底部出現水平寬且大的裂縫，沿兩側邊界柱垂直界面出現些微垂直界面裂縫。柱身出現較極限強度時更多的斜裂縫。平台段之終點(Drift Ratio = 3.0%)之強度為1607kN，裂縫發展如圖6所示，圖中顯示牆板除出現寬大的對角剪力裂縫，沿兩側邊界柱及梁的周邊出現明顯ㄇ字型寬且大的裂縫，單一側柱身出現明顯剪力裂縫，另兩側邊界柱身的斜裂縫明顯較平台段起點(圖5)多了很多。隨後強度開始下降，最終實驗結束於Drift Ratio = 5%，此時強度剩447kN，低於極限強度之20%，此時的裂縫發展如圖7所示，除寬大的對角剪力裂縫外，沿兩側邊界柱及梁的周邊出現明顯ㄇ字型寬且大的裂縫，兩側柱身上下兩端均發生寬大的X型剪力裂縫，柱的保護層剝落嚴重、柱主筋挫屈、柱箍筋爆開。

圖2  C50W6遲滯迴圈		圖3  破壞包絡線
圖4  C50W6極限強度點裂縫發展		圖5  C50W6平台段起點裂縫發展
圖六 C50W6平台段終點裂縫發展		圖七 C50W6試驗結束點裂縫發展

（2）C20W6試體測試結果

側推試驗之遲滯迴圈如圖8，破壞包絡線如圖9所示，試驗最大強度為1110kN，發生於層間變位角Drift = 0.5%時，此時的裂縫發展如圖10所示，裂縫為對角傾斜發展，裂縫由柱外側頂部向下傾斜，經過牆板至另一側柱底的外側。當極限強度發展後，正向與負向施力的破壞包絡線不同，正向施力線型發展較為平坦，而負向施力線型發展呈現急速下降。最終實驗結束於Drift Ratio = -0.75%時，發生構架喪失軸力承載能力，軸力加載系統無法加載，此時的裂縫發展如圖11所示，與Drift = 0.5%時之裂縫數近似，裂縫僅略微變寬，但在兩側柱底發生明顯混凝土握裹劈裂裂縫。於Drift Ratio = +0.75%時之側力為1033 kN，而Drift Ratio = -0.75%時之側力為233 kN。發生此現象研判是由於進入Drift Ratio = -0.75%時，發生柱底混凝土握裹劈裂裂縫，致使構架喪失軸力承載能力。

圖8  C20W6遲滯迴圈		圖9  C20W6破壞包絡線
圖10  C20W6極限強度點裂縫發展		圖11  C20W6試驗結束點裂縫發展

（3）測試結果討論

C20W6試體之邊界構材尺寸相對於牆版厚度較小，故而其抗側向能力相對小於牆板，在牆板損壞時，邊界構材亦一併損壞，因而試體沒有呈現出邊界構材獨立抗彎構架的能力。反觀C50W6試體之邊界構材抗側向能力較強，在牆版損壞後，邊界構材損壞有限，因而邊界構材仍可發展獨立抗彎構架的能力。此兩座試體測試結果呈現出兩種不同的破壞行為，亦即顯示隔間牆設置於不同總樓層高度之建築物中，所發生之破壞模式不同。

含牆構架在極限強度前，柱與牆兩者合為一體，因斷面屬深短構件，因此偏向於剪力主控，柱牆之剪力強度與各別斷面積成正比，我國多將RC牆填充於兩柱間，而柱之斷面常取為正方形，故柱與牆之剪力強度可以柱深對牆厚的比值呈現。本文討論的兩座試體之柱斷面均為正方形，試驗結果顯示，當柱深與牆厚比值達8.3時，於牆板損壞後，可發生邊界構材獨立抗彎構架的能力；當柱深與牆厚比值僅3.3時，於牆版損壞後，無法保有邊界構材獨立抗彎構架的能力。

上述本文探討之隔間牆係採用12cm厚，然工程師亦常用15cm以上之牆體。由上述試體行為描述，如在柱深70cm之中高樓層(7~8層樓)中填充20cmRC牆，其柱深與牆厚比值為3.5，應較偏向於低矮型建築之無法保有邊界構材獨立抗彎構架能力行為。

4.  結論與建議

結果顯示，屬高樓建築之含牆構架，先發展RC牆行為，在RC牆損壞時達到試體之極限強度，隨後由邊界構材繼續發展抗彎構架的能力。而屬低矮型建築之含牆構架，雖亦先發展RC牆行為，但在RC牆損壞時即達到試體之極限強度，邊界構材亦達到損壞程度，無法發揮其獨立抗彎構架的能力。此試驗結果說明，高樓建築與低矮型建築之含牆構架分析，應開發不同的分析模式。

由上述顯示，工程師忽略之RC隔間牆，設置在不同的總樓層高度建築物時，將會呈現不同的破壞模式。此現象應與柱深度對牆板厚度的比值有關，本研究團隊將於後續探討不同柱深對牆厚的比值與破壞模式的關係。

參考文獻

[1]   劉德賢、涂耀賢、邱聰智、周逢霖、鍾立來、劉俊秀、江文卿（民國105年10月1日）。「高樓建築物中RC隔間牆對耐震能力影響探討」。台灣省土木技師公會，技師報， 1034。

[2]   黃科銘、陳建成、蘇子倫、沈伊婷（民國103年2月22日）。「以柱斷面尺寸判斷建築物加蓋之可能性」。台灣省土木技師公會，技師報， 898。

本文作者更正啟事: 技師報1034期「RC隔間牆，對高樓建築結構耐震能力之影響」[1]一文中，C50W6試體施加180tf軸力誤植為376tf；C50試體施加147tf軸力誤植為192tf，特此更正。