既有的RC構架往往因某些特殊的原因(如火害、材質劣化、使用載重增加...),而必須予以補強以確保結構安全。補強的方式一般可分為改變結構系統及增加 結構元件(如樑、柱)的強度等二種方式。在改變結構系統方面,有加牆、加斜撐甚至加柱等方式,使力量傳遞系統作一總體性的改變,以達到分擔原結構桿件力量 的目的,進而增加原總體結構強度。在增加原結構元件強度方面,則鋼板(或F.R.P等)補強乃為目前最常被採用的式之一。

一般而言,若不 影響原構造物的使用機能,則改變原結構系統實為一最經濟有效的結構補強方式。然對一構造物而言,加牆或加柱的結構系統力量轉化方式,往往會使原構造物的使 用機能喪失,當然也就使得此補強方式產生實用上的困難。在此狀況下,強化原結構元件強度的補強方式,雖然不甚經濟,但在總體效益的考量下(使用機能重於補 強成本),也就變成極受青睬的結構補強方式之一。

RC結構元件的補強方式,一般有鋼板(或F.R.P)貼片補強及增大構件斷面尺寸及鋼筋 等兩種方法。增大構件斷面尺寸及鋼筋的補強方式,在設計時祗要注意新舊混凝土交界面的施工方式及新增鋼筋的搭接、錨錠等細節,其成效可用現有RC理論作一 評估,進而達到補強結構的目的。然而增大構件尺寸,必然造成使用空間的減少,在寸土寸金的都會區,此種補強方式,往往不易被人接受,故使得鋼板貼片的補強 方式,增加了其被採用的有利條件。

實際RC構架中可行的施工方式,於樑兩側以環氧樹脂粘貼鋼板,並在適當位置加設錨錠螺栓,則此在兩側粘 貼鋼板的RC樑視為一垂直向部分複合的三明治樑。此垂直向部分複合三明治樑經適當撓曲理論分析顯示,兩側粘貼鋼板的補強方式,實可同時補強原RC樑的彎矩 及剪力強度。本文即據此理論分析及相關試驗結果,提出一個簡易可行的設計表格及設計方法,供結構工程師在RC樑補強設計時採用。

建築 R.C.構造物在其生命週期中,因天然、人為因素或時空關係導致耐震性能不足,在無法重建且可達到新制耐震標準30%的情形下,補強是必然的選擇。本文主 要在於探討如何對現有學校建築結構進行補強措施之擬定,分別以純樑柱構架、含整片窗台矮牆構架、含牆開整片高窗構架、含牆開口構架及含整片牆構架等建築 R.C.平面構架試體,視其尚未補強之破壞模式,利用補強前原試體採取適當且有效補強工法,再進行補強後之試驗,比較相同試體補強前後強度與韌性變化情 況。

在多元的補強工法中,文內分別對純樑柱構架採以R.C.增設托肩、擴大柱頭或以鋼鈑增設托肩、圍封柱頭等措施補強;對含整片窗台矮牆 採以R.C.增設翼牆或另切割隔離縫等措施補強;對含牆開整片高窗構架採以R.C.增設翼牆或以鋼鈑圍封極短柱等措施補強;對含牆開口構架僅以EPOXY 樹脂注入與EPOXY樹脂砂漿填充等措施補修;對含整片牆構架採以補修或以鋼片增設斜撐框架措施補強。以上補強或補修試體,經以試驗多週次正反向加載所得 P- 曲線,比較以簡單理想化的結構模型,利用ACI理論模擬分析所得P- 折線,誤差尚屬合理。

1. 混凝土裂縫以EPOXY樹脂注入、混凝土剝落以EPOXY樹脂砂漿填充等工法,為一種理想的補修措施,若施工得當確實,耐震強度幾可修復,甚至如為含整片牆構架,其耐震強度也可提昇為1.17倍,但剛度均趨於軟化。

2. 以鋼鈑較之以鋼筋混凝土為補強材料,可得較佳之強度與韌度增量。既有需予補強之校舍,若既有結構體混凝土強度足夠,補強材料採用鋼鈑,反之若不足,則以鋼筋混凝土為宜。

3. 純樑柱構架以鋼鈑增設托肩、圍封柱頭,在耐震強度提昇為2.7倍,而以R.C.增設托肩、擴大柱頭,在耐震強度提昇為1.68倍。因此,在既有校舍補強措施,採用前者較佳,規劃設計新建上,不妨配合外觀,增設樑柱托肩。

4. 含整片窗台矮牆構架以R.C.增設翼牆並切割隔離縫,在強度與韌度上,均獲得提昇量(強度提昇為2.07倍、變形能力提昇為1.17倍、韌性比提昇為 1.43倍),若能將翼牆鋼筋連接得當,而不會由此處發生破壞,則它的強度與韌度等耐震性能,應可再提高。對於僅以R.C.增設翼牆,強度上雖較高,但韌 度較差。建議此種構架,經評估以上兩者補強措施,以R.C.增設翼牆並切割隔離縫方案較佳。

5. 含牆開整片高窗構架以鋼鈑圍封極短柱,如同將開口左右縮小,形同一開口剪力牆,其耐震強度提昇為2.74倍,比較以R.C.增設翼牆之1.87倍,約計高出1.5倍數,同樣其耐震韌度提昇變形能力為4.64倍、韌性比為1.22倍,亦較增設翼牆方案為佳。

6. 含牆開中央門構架或含翼牆構架或含整片牆構架,本已具有足夠之耐震強度,以補修方式為之即可。若含整片牆構架之豎向柱構材強度足夠,又為12cmR.C.牆,可考慮以鋼片增設斜撐框架補強。

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