集中載重下梁受裂損之修復補強

朱煌林技師

前言

大樓梁之裂損，常起因於地震、建物老化等自然因素所致，或鄰近工程施工不當、建物任意增加載重等人為因素所造成，一般較少因梁斷面變化處，而未考慮足夠剪力作用力所產生梁裂損之情形發生。

本案例坐落於北市某大樓地下1樓，管委會發現梁有目視可見之裂縫，恐有結構安全疑慮，為了解裂縫發生原因，並保障大樓住戶安全，特邀請筆者前往了解，並提出建議，為大樓後續維護管理之依據，因本案梁受裂損之情形與常見之撓曲破壞不同，特撰文提供參考。 

基本調查 

(一)   標的物資料蒐集：本大樓構造為鋼筋混凝土造，地下2層、地上**層，地下1樓主要用途為停車場及管理室，該層面積約**** m²，屋齡約30年

(二)   建築物損壞現況：為評估本案地下1樓梁之裂損情形，對於梁損壞區域範圍進行調查，並繪製示意圖、剖面圖予以紀錄，詳圖1~圖2所示。

(三)   混凝土檢測判讀：

1. 混凝土平均抗壓強度為226.33 kgf/cm2尚屬合理。

2. 中性化深度平均值3.16 cm未大於梁鋼筋保護層厚度，除損壞處外鋼筋尚無鏽蝕之慮。

3. 氯離子含量未超過CNS 3090 A2042最大水溶性氯離子含量鋼筋混凝土為0.3kg/m3之規定。

以上混凝土檢測成果詳如表1所示，鋼筋檢測詳如表2所示。

表1 混凝土檢測成果表

(四)   鋼筋檢測判讀：採用非破壞性儀器以電磁波進行探測梁鋼筋配置、間距及保護層厚度，成果詳如表2所示。

表2 鋼筋檢測成果表

損壞原因探討

將基本調查成果套繪圖說並評估可能發生之原因後，認為本案地下1樓梁裂損之可能原因如次：

(一)   裂損處之大梁承受過大載重

本大樓1樓店面及夾層之外牆垂直重量，直接作用在地下1樓梁版上(包含夾層樓版之靜載重及活載重)，產生較大的集中載重，因而產生梁裂損之情形，詳圖3~圖6所示。

圖3  3D模擬示意圖(1)		圖4  3D模擬示意圖(2)
圖5  3D模擬示意圖(3)		圖6  3D模擬示意圖(4)

利用3D模擬示意圖並對照圖1~圖2(地下1樓梁損壞區域裂縫調查)，可以發現受損最嚴重的斷面，分別為A-A、C-C、E-E、F-F、H-H、J-J斷面，這些位置都是上方有明顯集中載重的情形，詳圖7~8所示。

(二)   裂損處之大梁剪力箍筋不足

鋼筋配置標準圖中規定，大梁若有小梁通過，大梁銜接處箍筋要補強，可避免因集中載重，所造之穿剪破壞。本案地下1樓梁裂損處，經探測梁鋼筋配置(詳表2)，發現銜接處鋼筋僅配置#3約間距20cm之箍筋而未予補強，因此造成銜接處剪力不足，一般深銜接處箍筋補強，可參考圖9所示。

圖9梁銜接處箍筋補強示意圖

(三)   梁斷面變化超過標準

梁主鋼筋原則上不能彎曲，但梁斷面變化在柱寬的1/10以下，一般而言，可以同意彎曲通過，但在彎曲位置上一定要配上較粗之箍筋。本次地下1樓梁裂損處，其梁斷面變化超出柱寬的1/10，並不符合一般原則，且未配置較粗之箍筋(至少大1號)，因此容易造成裂縫發生。

修復方式建議

本案針對地下1樓梁損壞區域範圍A-A、C-C、E-E、F-F、H-H、J-J斷面，建議修復方案採用全跨度鋼鈑包覆補強工法，修補位置詳示意圖10~11所示(紅色範圍)。

圖10鋼鈑包覆範圍圖(1)		圖11鋼鈑包覆範圍圖(2)

至於一般結構部位如梁柱之裂縫大於0.3mm者，常採以低壓灌注法灌入環氧樹脂填補以恢復原狀，俾防止水份滲入造成鋼筋銹蝕；至於混凝土剝落及鋼筋外露，應予修復，避免結構部位之耐久性受損；建築物有漏滲水應予以修復，以免日後造成結構桿件鋼筋鏽蝕，影響整體結構強度及耐久性。

結語

舊建築物之結構安全維護管理問題，應著重在更正國人任意變動建築物內部結構、隔間與不當使用之行為，以維護建築物耐震能力，如此建築物之使用壽命將可延長，對國家及使用者而言都是受益者，至於研發並利用新材料、新工法來降低補強成本，亦是工程技師未來研究的重要方向之一，本文只是對特例之補強案例做一概括的整理(各種建築物之破壞型態與補強可參考表3所示)，也期望國內民眾及大樓管理者對於住宅結構有安全疑慮時，能詢問專業土木技師或結構技師，透過嚴謹及科學的驗證評估，為居住安全把關。 

表3 建築物之破壞型態與補強

資料來源：節錄於國家地震工程研究中心