鋼筋搭接長度之簡化

內容說明

梁柱混凝土結構，依據混凝土結構設計規範(民國100年土木401-96a)，f_c' =245 kg/cm² 受拉鋼筋搭接長度，D22或較大鋼筋以66 db為搭接長度(詳附表甲)，因為長度太長，易造成施工不便(照片一：搭接長度150cm)；經過檢討改進，依規範第5.3.3節之詳細計算法，D22或較大鋼筋以52 db為拉力區搭接長度，D19或較小鋼筋以40 db為搭接長度。本文主要探討：鋼筋搭接規定是否可以簡化？以表格列出「通用」鋼筋搭接長度。 

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

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，若鋼筋周遭之圍束度太好，

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。 

規範解說：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。

附件表甲，以66 db為搭接長度，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，鋼筋圍束情況之修正因數 = 0.67，f_c' =245 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 (詳附件A算式)，基於 Ktr=0.5 db。

修正因數=0.67即 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

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52 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52 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1 or表2中之間距，搭接長度為52 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，各式各樣情況皆不會超過40 db (=S1) (詳附表甲)，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 (詳附表甲)，

D19或較小鋼筋受拉鋼筋伸展長度    S1 = 31 d_b  ( 28.9~30.9 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66 db減少為52 db 。

總結：當f_c' =245 kg/cm² (或更大)：

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。 

  詳細計算法雖然可以減少搭接長度，經濟又安全，但是過程煩瑣，工程師就算逐一詳細計算，也不可能叫工作人員，長短不同，逐一搭接。為簡化鋼筋搭接施工作業，減少錯誤率，兼顧經濟又安全，筆者稍微注意，發現，表1或表2間距之箍筋量，在結構設計時乃一梁柱端部區通用箍筋量，將表甲修正因數0.5提高為0.53，列出「通用」鋼筋搭接長度表，詳附表乙，相信一般鋼筋工人應該很容易使用本表。初學者可以依照下列「順口溜」，有一基本鋼筋搭接施工概念。 

鋼筋搭接順口溜

短搭接，40D。長搭接，52D

小鋼筋，40D。大鋼筋，52D

版與牆，40D。梁與柱，52D

有計算，40D。沒計算，52D

表乙 通用鋼筋搭接表

附件表乙(鋼筋搭接長度)：f_c' =245 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 = 40 db 

4.  梁柱鋼筋D22(或較大)搭接長度：

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

6.  當梁柱端部箍筋間距等於 D13 @ 10 cm，一律以40 db為搭接長度。