現行《建築物混凝土結構設計規範》有關「懸吊鋼筋」内容修訂建議

作者：陳正平 技師　

摘要

　　現行《建築物混凝土結構設計規範》第9.7.6.1節解說規定，當鋼筋混凝土小梁接入大梁且兩梁一體澆置時，應依小梁端部剪力配置承吊（懸吊）鋼筋，且該鋼筋須於原設計橫向鋼筋需求量之外另行增設。惟依據國內實務施工現況觀察，多數工程並未依規範解說額外增設懸吊鋼筋，而耐震設計下之大梁箍筋配置往往已相當密集，實務上亦難以再額外配置補強鋼筋，且迄今少見因此造成之結構失敗案例，顯示現行規定可能過於保守且不利施工。

　　本文蒐集並探討現行規範、ACI 314R-16、Mattock與Shen研究成果，以及壓拉桿模型（Strut-and-Tie Model）相關文獻，分析小梁接入大梁接頭區之實際傳力機制。研究指出，懸吊鋼筋本質上係承受小梁端部剪力所形成之拉力，其力學功能與剪力箍筋同屬受拉構件，因此「懸吊鋼筋需求量」與「剪力箍、繫筋需求量」應採比較取大值之原則，不宜直接疊加計算。若原設計箍筋已具足夠強度，則無須額外增設懸吊鋼筋。

　　本文進一步指出，真正需要進行懸吊鋼筋檢核者，主要為大梁單側有小梁偏心接入之情況。其結構問題源於小梁剪力主要傳遞至大梁內側箍筋，而非均勻分布於大梁全斷面。相對地，若大梁兩側均有小梁接入，且兩側剪力合力作用於大梁中心附近，則其受力行為已由整體結構分析充分反映，原則上無須另行檢核懸吊鋼筋。

　　為兼顧結構安全、設計效率及施工可行性，本文建議於地面層以下梁系（含地梁）之單側小梁接入大梁接頭區，採標準化補強方式：於「小梁寬度加兩倍大梁深度」範圍內，將大梁箍筋及繫筋配置量加倍，以提高局部單側抗剪及懸吊能力；二樓以上樓層則因耐震設計已考量塑鉸剪力需求，除設計圖另有規定外，可不再另行補強。此外，若小梁主筋及箍筋能連續穿越支承大梁全寬，使荷重作用中心接近大梁中心，則可免除懸吊鋼筋檢核。

　　本文最後建議修訂《建築物混凝土結構設計規範》第9.7.6.1節相關內容，將懸吊鋼筋由現行之強制額外增設規定，改為以接頭區局部箍筋強度檢核為主之設計方法，並建立簡明可施工之標準圖補強原則，以提升規範合理性、工程實用性及施工品質。

一、前言

　　現行《建築物混凝土結構設計規範》於第9.7.6.1節的解説中提及，鋼筋混凝土小梁接入鋼筋混凝土大梁一端或兩端跨坐於其支承之鋼筋混凝土梁，且兩梁之混凝土係一體澆置完成時，須設置承吊鋼筋，且須在原設計橫向鋼筋需求量外增設之加強橫向鋼筋。筆者認為混凝土結構設計規範」於第9.7.6.1節的規定過度保守窒礙難行，且存有諸多不合理之處。觀察目前施工現況小梁接入大梁接頭區地上層幾乎均無在原設計橫向鋼筋需求量外增設施作「懸吊鋼筋」補強，並未見有失敗案例。且耐震韌性檢核所需梁箍筋均已達雙箍，甚至有達3箍#5一束@10cm，根本無法在原設計橫向鋼筋需求量外增設「懸吊鋼筋」補強。因此本文特別提出探討及改進設計方法，所得結果，簡易可行，可供各技師公會之鋼筋混凝土結構標準及現行「建築物混凝土結構設計規範」於第9.7.6.1節的修訂時參考。不當之處亦請工程先進不吝指正。

二、現行《建築物混凝土結構設計規範》第9.7.6.1節「懸吊鋼筋」相關文獻

2.1「建築物混凝土結構設計規範」第9.7.6.1節：

　　現行「建築物混凝土結構設計規範」於第9.7.6.1節的解説中載有：『鋼筋混凝土梁一端或兩端跨坐於其支承之鋼筋混凝土梁，且兩梁之混凝土係一體澆置完成時【此段現行規範譯文筆者認為有誤，建議修正為「鋼筋混凝土大梁之一側或二側有小梁接入，且兩梁之混凝土係一體澆置完成時」】，依據1992年Maccotk及Shen之研究，若支承之鋼筋混凝土（大）梁未配置加強之橫向鋼筋，則其梁腹混凝土可能產生破壞，此加強之橫向鋼筋稱為承吊鋼筋（hanger  reinforcement）。承吊鋼筋〔詳見圖一(即規範圖R9.7.6.2.1)〕係在原設計橫向鋼筋需求量外增設之加強橫向鋼筋，目的在分擔跨坐鋼筋混凝土梁端傳來之剪力。研究報告顯示，若跨坐鋼筋混凝土梁之梁底高於支承之鋼筋混凝土梁全梁深之半；或跨坐鋼筋混凝土梁端傳來之設計剪應力

2.2 “ACI 314R-16”第8.5.5節：

　　ACI 314R-16第8.5.5節〔懸吊鋼筋（Hanger stirrups）〕：「小梁接入大約相同高度之支承大梁時，支承大梁接頭區底面可能會被小梁端之剪力向下推出，此小梁剪力需配置剪力筋外，另須配置符合ACI 314R-16”第8.5.5.1節及第8.5.5.節之閉合懸吊箍筋抵抗之（見圖二)。

　　第8.5.5.1節〔懸吊鋼筋配置區（Hanger stirrups area）〕：（a）接頭界面小梁設計剪應力大於或等於

於大梁總深（hg）之二分之一時，須配置懸吊鋼筋，其中，hb為小梁底面至大梁底面間之垂直距離；（c）懸吊鋼筋所需斷面積Ai＝〔1－（hb  / hg）〕Ⅴu /（φ fyt） ，其中， Ⅴu＝小梁端之設計剪力；hb＝小梁底面至大梁底面間之垂直距離；hg＝大梁總深； fyt＝懸吊箍筋之標稱降伏強度。

　　第8.5.5.2節〔懸吊閉合鋼筋配置（Hanger stirrups placement）〕：「至少將三分之二以上的Ai均匀配置於接頭區大、小梁交界面之大梁側的（bw+2hb）範圍内，其餘均匀配置於接頭區大、小梁交界面之小梁側，由交界面起算d/4範圍内。其中，d＝小梁有效深度。小梁的下層主筋應配置於大梁下層主筋之上。

2.3 「DESIGN OF CONCRETE STRUCTURES」第18.4節：

　　鋼筋混凝土小梁接入大梁的接頭區剪力，通常依ACI 318設計規範建議之vc＝Vc/bw。其設計式之表示方式會誤以為斷面剪應力為均匀分布。事實上，由試驗結果顯示，其簡化之傳力路徑如壓拉桿桁架模式（圖三(c)所示）【筆者註：圖三(c)中大梁支點未承受小梁之端彎矩，符合小梁不宜剛接大梁之原則】，主要的小梁剪力係由剪力筋的上端以斜向壓桿的模式傳遞至接近大梁的底部【筆者認為當剪破面通過大梁内側之剪力箍筋時，小梁剪力已可藉由大梁内側之剪力箍筋，往上懸吊進入大梁内側之剪力箍筋之上端，再往大梁二端傳遞。】，可能會造成大梁底層剝落。圖四顯示小梁接入大梁的接頭區未配置懸吊鋼筋的破壞模式。

　　大梁接頭區配置適當懸吊鋼筋的細部圖（見圖三(d)），小梁之剪力筋扮演拉桿的角色將小梁剪力傳入斜壓桿進入大梁。大梁内之懸吊鋼筋須額外加入大梁剪力筋内【筆者認為只須檢核大梁内側面(小梁接入面)之剪力箍筋單側肢剪破面通過大梁内側之剪力箍筋時，小梁剪力已可藉由大梁内側有效範圍剪力箍筋單側肢之總量是否足夠將小梁之剪力往上懸吊進入大梁内側之剪力箍筋之上端，再往大梁二端傳遞。】，懸吊鋼筋量以小梁端之設計剪力計得。若大、小梁同深，則小梁端剪力全數計入懸吊鋼筋量；若小梁很淺，且頂面與大梁同高或小梁從大梁頂面通過，則可不需配置懸吊鋼筋。建議懸吊鋼筋計算式如下：Vs＊＝V hb/hg，其中hb＝小梁深。hg＝大梁深。V＝小梁端部剪力。

　　當小梁設計剪力小於φVc時，剪力偏向均匀分布，無需設置懸吊鋼筋。懸吊鋼筋須緊繞鉤住主筋。若大、小梁同深，小梁主筋應置於大梁主筋上方，以便提供小梁剪力壓桿支承平台。

2.4  「Joints between Reinforced Concrete Members of Similar」[by A. H. Mattock and J. F. Shen]

　　若小梁可將剪力傳入大梁中心，且大梁未承受扭力，則可能之剪破或拉破模式如圖五(a)所示；若大梁僅單側有小梁接入，小梁僅將剪力傳至大梁内側表面，大梁端部有扭轉束制，則大梁內側面之剪破面為向下彎之梯形破壞面，大梁之外側面為向上彎之梯形破壞面，内側面與外側面之剪破圖形為相反。【筆者註：會產生剪破圖形為相反，是因為偏心接入大梁之剪力及扭力等，對大梁中心產生扭力而造成外側面產生上舉力所致】

三、懸吊鋼筋的應用案例

3.1 下承支座或降版承受之載重須藉由懸吊鋼筋往上傳遞至大梁頂面

　　下承支座或降版位於梁底，且版底與梁底齊平，版邊之剪力須用來檢核支承梁近交界面側之箍筋單肢強度大於或等於版之設計剪力。若有不足須補強至二者鋼筋量之大値，但不需疊加。

3.2 小梁高程低於大梁，小梁之載重須藉由懸吊鋼筋往上傳遞至大梁頂面

　　小梁高程明顯低於大梁，小梁之全部載重須依頼懸吊鋼筋往上懸吊至大梁頂面，其長度須自小梁底面至大梁頂面，並建議上、下二端具180度標準彎鉤，二端並鉤住主筋。

3.3 梁端或版端縮減斷面，梁端或版端之剪力須藉由懸吊鋼筋往上傳遞至梁頂面或版上端

　　梁端或版端縮減斷面，僅由上半支承，梁端剪力須藉懸吊鋼筋往上懸吊至大梁頂部後，才能經由下半截除後所剩之上半部，將剪力傳入支承。

四、「標準圖」懸吊鋼筋之原理背景與設計方法探討

　　懸吊鋼筋是否須在剪力筋以外額外另加？筆者為須依個別案件小梁與大梁間之相對位置及小梁載重是否二側對稱配置而定，歸納可能之情況說明如下：

4.1 大梁僅單側有小梁接入的接頭區之横向鋼筋檢核

　　小梁接入大梁的結構系統在電腦進行模型分析時，所有傳力路徑及系統力系平衡問題，均已完整納入分析，所得結果並無遺漏任何力量。唯一須補足的是針對分析模型與實際施作存有差異的部分進行補充檢核工作。在大梁僅單側有小梁接入的情況，最明顯的差異就是小梁端部之剪力並非作用於大梁的中心。此點可由小梁剪力箍筋係停止於大梁外側得知，造成剪力集中於大梁箍筋的内側肢，此偏心問題與結構系統分析模型所有桿件中心交於一點的假設不同，因此須檢核大梁僅單側有小梁接入接頭區的偏心的問題。只要檢核大梁於接頭區局部箍筋單側肢的總抗剪力強度是否足以承受小梁端部傳入的剪力，使即可解決問題。

　　前述文獻指出懸吊鋼筋係以小梁端部剪力視念懸吊鋼筋之拉力，依第2.2節式Ai＝〔1－（hb  / hg）〕Vu/（φfyt） 計算所需懸吊鋼筋斷面積，並在原設計橫向剪力鋼筋需求量外，額外增設之加強懸吊鋼筋。但筆者認為不正確，應係「懸吊鋼筋需求量」與「剪力箍、繫筋需求量」，二者比較，取其大値採用而已，並非疊加。在正常情況「懸吊鋼筋」即是「剪力箍、繫筋」係，二者均為受拉鋼筋行為，否則所有「剪力筋」均須改稱為「懸吊鋼筋」。

4.2大梁二側均有小梁接入且二側之剪力合力作同於大梁中心

　　小梁接入大梁的接頭區横向鋼筋檢核，若是小梁底面壓在大梁上，或是小梁頂面與大梁頂面同高，且小梁深度小於或等於大梁深度，且二側剪力合力中心位於大梁中心。則不論大、小梁之「横向剪力箍、繫筋」在正常情況均只須依照「建築物混凝土結構設計規範」（下稱設計規範）之規定進行横向剪力箍、繫筋的設計即可。亦即，當小梁跨坐在大梁上通過，其載重重心作用在大梁中心的情況下（考慮小梁直通跨過大梁，但考慮為簡支承），則此時僅須依設計規範進行大梁緊鄰小梁二側臨界斷面上依模型分析結果設計總剪力強度大於或等於小梁傳入之剪力載重，即可符合設計規範的規定。此時純係大梁臨界斷面「剪力筋」的檢核，與「懸吊鋼筋」無關。前述ACI 314R-16第8.5.5節所附圖示大梁二側均須補強100%之懸吊鋼筋，筆者認為除過度浪費外，亦不正確。

    若是大梁僅單側有小梁接入，或是伴隨有不平衡彎矩，導致小梁之載重偏向大梁之一側，甚至導致小梁之載重偏離至大梁之外側，則此時須分別檢核大梁二側面，在「大、小梁接頭區之大梁單側局部剪力箍、繫筋量是否足以承受該側小梁端部作用之偏心載重。亦即，須檢核大梁接頭區混凝土，（向下塊狀剪破破壞面所通過之大梁（内側）單側（或單肢）箍、繫筋的總斷面積）≧（該側所需懸吊鋼筋斷面積），即可滿足小梁偏心載重所需剪力鋼筋的需求。

　　若依前述文獻懸吊鋼筋的檢核原則，係以「小梁端部剪力視為懸吊鋼筋之拉力，依第2.2節式Ai＝〔1－（hb  / hg）〕Vu/（φfyt）計算所需懸吊鋼筋斷面積，並在原設計橫向剪力鋼筋需求量外，額外增設之加強懸吊鋼筋。其結果不但所需之懸吊鋼筋太多，且過度保守致無法施工。況且實務上，不論是設計單位或施工單位均無法逐根小梁接入大梁之接頭，均一一計算「懸吊鋼筋需求量」，既然如前所述「結構系統由模型分析結果已完整納入，所得結果並無遺漏」，筆者認為只須檢核接頭區大梁單側（肢）箍筋量大於或等於小梁端部剪力需求強度即可。本節暫以小梁載重最大偏心量為二分之一大梁寛之情況，在標準圖的呈現方式以（大、小梁接頭區，小梁寛＋2倍大梁深）範圍之箍、繫筋量加倍配置，即可同時解決設計問題、施工問題及標準圖大、小梁接頭區補強方法等三個問題〔見圖六(a)〕，不但可省略設計計算時間及施工簡易可行，但僅大、小梁接頭交界面側之箍、繫筋為大梁僅單側有小梁接入情況之有效剪力鋼筋。

另外，設計規範第9.7.6.1節的解説中載有：『……研究報告顯示，若跨坐鋼筋混凝土梁之梁底高於支承之鋼筋混凝土梁全梁深之半；或跨坐鋼筋混凝土梁端傳來之設計剪應力

但筆者認為此種看法應不正確。因為大梁承受單側小梁接入的偏心剪力，須由大梁内側剪力筋單肢承受，一定會致大梁内側剪力筋的受力加倍，因此一定須於接頭區加倍補強，否則無法確認結構安全性。

圖七  大梁與小梁接頭區之剪力(懸吊)補強筋標準圖

4.3 二樓以上各層小梁接大梁

　　二樓以上各層考量梁箍筋均有經檢核梁端塑鉸時之剪力，二端塑鉸産生之剪力筋量配置較多，應可應付小梁接頭區偏心接入大梁致剪力局部集中一側的問題，小梁端剪力能經接頭區的擴散，於離開接頭區後，剪力可擴散回到大梁全斷面，小梁剪力偏一側進入大梁的問題對有檢核塑性剪力的梁影響研判並不顯著。況且施工單位無法從施工圖上取得檢核數據無法進行補強，除非由設計單位在設計圖上另繪詳圖，才能據以施工。若直接以塑性剪力所需橫向鋼筋量加倍補強，則恐會造成箍筋間距過密無法施工的問題。因此本項標準圖懸吊鋼筋補強原則僅適用於地面層以下各層（含地梁），二樓以上各層則依設計圖規定。

　　惟地面層以下各層包含地梁，在小梁不連續端之大梁，因剪力筋不含地震塑鉸剪力之檢核，大梁剪力筋量較少，實務上常於地下層小梁接大梁接頭區之内側面見有斜向裂紋，必須於近小梁側，在小梁寛加二倍大梁高的接頭區水平長度範圍内，將剪力筋加倍，使其局部範圍可足以接收小梁剪力並遂漸向二端擴散回全斷面，如此才有力學補強意義。

4.4 會發生需檢核懸吊鋼筋需求係因小梁之剪力箍、繫筋停止於大梁之外側面，致小梁剪力僅能由大梁之單側箍、繫筋承受，大梁另側之箍、繫筋不一定能幫忙分擔，致小梁接入大梁接頭區大梁剪力筋會出現不足的情況。僅單側有小梁接入大梁的情況，若小梁的上、下層主筋及剪力箍、繫筋均有沿小梁軸向連續配置通過支承大梁之全寛（至大梁另一面)使小梁載重中心作用於大梁中心，則無需檢核懸吊鋼筋（惟大梁内的剪力箍、繋筋仍須連續通過小梁接入大梁接頭區）。

4.5小梁不設計為剛接大梁，亦可減緩前述小梁載重重心對大梁中心的偏心量，降低偏心剪力的影響（此點影響前述文獻資料均未提及）。若小梁剛接大梁為理想簡支，則前述標準圖的補強建議可完全符合力學需求，惟實務上，小梁接大梁之混凝土是澆築在一起，因此實際上仍或多或少會産生大梁扭力，而增大小梁載重重心對大梁中心的偏心量，所幸若將小梁之内、外支點若均已採簡支承模式設計，則當小梁支點達到預期撓角時，大梁所承受的扭力即自行停住不再繼續增大，進而限制住大梁扭力不致過度發展。因此雖可能産生裂紋，只須進行防裂補強，尚不致産生結構安全疑慮。伹懸臂小梁靜不定度不足，就無此自行停住的功能，故無論如何，不得將懸臂小梁剛接在大梁上。另外須於混凝土結構標準圖中必須配合規定小梁不得剛接犬梁，否則會増加懸吊鋼筋量。

五、結論

　　現行《建築物混凝土結構設計規範》第9.7.6.1節解說規定，小梁接入大梁時，應依小梁端部剪力配置懸吊鋼筋，且應於原設計橫向鋼筋需求量之外另行增設。本文經檢討相關文獻、壓拉桿傳力機制及國內工程實務後，認為現行規定仍有進一步檢討與修正之空間，所得結論如下：

1.小梁接入大梁之整體受力行為，在結構分析模型中已納入荷重傳遞與內力平衡計算，設計結果原則上並無遺漏。懸吊鋼筋之檢核重點應在於分析模型與實際構造細節之差異，例如小梁偏心接入大梁或小梁高程低於大梁等局部傳力問題，而非重新計算整體結構已考量之剪力效應。

2.懸吊鋼筋本質上係承受小梁端部剪力所形成之拉力，其力學行為與剪力箍筋同屬壓拉桿模式中的拉桿構件。因此，「懸吊鋼筋需求量」與「剪力箍、繫筋需求量」宜採比較取大值之原則辦理；當原設計橫向鋼筋已滿足懸吊需求時，無須再額外增設。僅於確實存在額外懸吊作用之特殊構造情況下，始需另行補強。

3.大梁兩側均有小梁接入，且兩側剪力合力作用位置接近大梁中心時，其受力行為已由整體結構分析充分反映，原則上無須另行檢核懸吊鋼筋。真正需要檢核者，主要為大梁單側有小梁接入，或因不平衡荷載導致剪力偏心傳入大梁之情況。

4.大梁單側小梁接入時，應檢核接頭區內側有效範圍內箍筋單肢之總抗拉能力是否足以承受小梁端部剪力所需之懸吊作用。當局部箍筋強度不足時，再進行補強即可，不宜一律依小梁端部剪力全額另加配置懸吊鋼筋。

5.為兼顧設計合理性與施工可行性，建議於地面層以下梁系（含地梁）之單側小梁接入大梁接頭區，採標準化補強方式辦理，即於「小梁寬度加兩倍大梁深度」範圍內加密或加倍配置箍筋及繫筋，以提升局部抗剪及懸吊能力，並避免逐一計算各接頭懸吊鋼筋需求量所造成之設計與施工困難。

6.二樓以上樓層之梁構件，多已依耐震設計規定檢核塑鉸剪力並配置較高密度之橫向鋼筋，其接頭區箍筋量通常足以吸收小梁偏心傳入之局部剪力。除設計分析顯示不足或設計圖另有規定外，原則上可不再要求額外補強。

7.若小梁主筋及箍筋能沿小梁軸向連續穿越支承大梁全寬，使荷重作用中心接近大梁中心，則偏心傳力效應可大幅降低，原則上可免除懸吊鋼筋檢核；惟大梁本身之箍筋仍應連續配置通過接頭區，以維持完整之受力傳遞路徑。

8.對於降版、梁底支承、縮減斷面支承、小梁高程顯著低於大梁等確實存在懸吊傳力需求之特殊構造，仍應配置專用懸吊鋼筋，並應延伸至有效錨定區，上、下端宜設置標準彎鉤並鉤住主筋，以確保受力得以完整傳遞。

9.「Hanger Reinforcement」之主要功能係藉由受拉鋼筋將局部荷重向上傳遞，其力學意義較接近「懸吊鋼筋」而非「承吊鋼筋」。建議未來修訂規範時，可一併檢討相關中文用詞之妥適性，以避免造成設計觀念之誤解。

　　綜上所述，本文建議修訂《建築物混凝土結構設計規範》第9.7.6.1節相關內容，將現行「於原設計箍筋外全額增設懸吊鋼筋」之規定，修正為「以接頭區局部箍筋強度檢核及不足補強為原則」之設計方法，並建立簡明一致且具施工可行性之標準圖補強措施。如此不僅較符合實際受力機制與工程實務需求，亦可避免過度保守設計所造成之施工困難與成本增加，提升規範之合理性、可執行性及工程品質。