Q&A | 鋼筋錯位搭接

【問】鋼筋錯位搭接

　　現行《建築物混凝土結構設計規範與解說》第10.7.4.2節規定：『柱面偏移7.5 cm 以上時，縱向鋼筋不得偏折，且須設置插接筋與鄰近偏移柱面之縱向鋼筋搭接』。第25.5.1.3節規定：『對於受撓構材中之非接觸續接，續接鋼筋之側向心至心間距不得大於所需搭接長度之1/5及15 cm之較小值』。請問此種二根鋼筋橫向錯位搭接之橫距超過 「所需搭接長度之1/5及15 cm之較小值」時，是否可以搭接？又，如何決定搭接長度？ 

【答】

　　二根鋼筋橫向並列，以搭接方式續接，為一種最常用之續接方式（見圖一(a)）。目前結構混凝土設計規範對鋼筋搭接基本上係鼓勵儘可能採取緊密接觸方式搭接，故規範對鋼筋橫向錯位搭接之橫距較大情況之設計方法並未有明文規定，確屬美中不足之處。惟為了考量結構構件之連續性及完整性，上下柱面之退縮距離在設計時宜避免令其太大，在不增加搭接長度之情況下，現行設計規範第25.5.1.3節規定：『對於受撓構材中之非接觸續接，續接鋼筋之側向心至心間距不得大於所需搭接長度之1/5及15 cm之較小值』。其目的為避免作不接觸搭接之鋼筋若相距太遠時，可能會造成無鋼筋之混凝土產生弱面情況；而側向間距不得大於搭接長度之五分之一之目的為強迫可能產生之裂縫遵循一較曲折之路徑(5比1之斜率)；至於最大橫距15cm之限制係因缺乏鋼筋搭接橫距大於15cm之實驗文獻資料。在工程實務上，有甚多二鋼筋之橫向錯位搭接偏距超過「所需搭接長度之1/5及15 cm之較小值」之情形，樓板開孔補強標凖圖即是常有超過的情形（見圖2）。此時現行設計規範第25.5.1.3節規定之搭接長度可能不敷需求，而須依鋼筋搭接之力學傳遞行為予以加強。

　　二根鋼筋橫向並列搭接方式續接，係靠混凝土提供握裏力及斜向（約35°至55°，筆者建議採45°）受壓支柱（strut）(見圖1(b))來傳遞應力。其偏心距産生之偏心彎矩，另須配置平行於通過二搭接鋼筋端部截面之橫向力偶來平衡（見圖1(b)），此橫向力偶(H)之大小，可依據單根搭接鋼筋之受力、偏心橫距，及搭接長度等因素來計算，並藉以決定平衡橫向力偶[張力或壓力(H)]所需之額外的橫向圍束鋼筋量。此不平衡力(H)筆者建議可採簡化方式計算，如下式：

　　其中，TS 為搭接鋼筋之張力；SL 為偏心橫距；Lds為搭接長度。

　　此計得之額外橫向圍束箍筋若為張力搭接之情况，必須配置在張力搭接鋼筋之端部（見圖1(b)）;若為壓力搭接之情況，則額外之橫向筋必須延伸至搭接端以外（見圖3）。該橫向圍束箍筋，在容許範圍內，宜儘可能靠近並均匀分布在所圍束之鋼筋範圍。另外，二搭接鋼筋間之斜向應力，會有向二側擴散之傾向，故宜將一些小號之圍束鋼筋均匀分布配置於，垂直於搭接鋼筋範圍之方向上（見圖1(c)），並將二搭接鋼筋圍束。通常情況，斜向壓力支柱（壓桿）之擴散力，亦可由混凝土之張力強度及構材之箍筋來幫忙承受。但構材斷面中，當搭接鋼筋尺寸為較大直徑時，若有超過50%以上之鋼筋根數須搭接，則建議以圖4所示之小號鋼筋圍束為宜。

　　目前鋼筋橫向錯位搭接且橫距較大時所應採用之搭接長度可參考紐西蘭混凝土結構準則(New Zealand Standard“Concrete Structures Standard” NZS 3101)第7,3,17,3節之建議較具體。該準則建議「二根鋼筋並列搭接，其側向偏距(SL )，大於三倍鋼筋直徑(db )以上時，為確保能有足夠之有效搭接長度(Ls )，假設斜向傳力壓力場之角度為33°之情況，總搭接長度(Lds)須大於等於(Ls+1.5 SL )（見圖5）。其中, 有效搭接長度(Ls )筆者建議亦應符合結構混凝土設計規範第5.18節之規定。

　　目前規範對錯位搭接所能容許之最大偏距無法滿足工程實務需求，但因柱主筋一般均為較大號數之鋼筋，受力較大，其所需之有效搭接長度(Ls )亦較長，若能對其錯位搭接所能容許之最大橫向偏距作較嚴格之規定，將更能確保鋼筋混凝土構件之安全性。筆者建議搭接之最大容許偏距，實務上宜限制在有效搭接長度(Ls )之三分之一以內，以免造成抵抗彎矩之有效深度不足或產生太大之不平衡力及太長之總搭接長度(Lds)，且單一構件內各錯位搭接鋼筋之總偏心彎矩亦應保持平衡，以免構件承受額外之偏心彎矩而影響構件之強度，搭接鋼筋之配置亦不得產生無筋之弱面情況。

　　以上探討僅適用非耐震構材，對於耐震構材除須滿足上述最低需求外，另須符合耐震設計之特別規定，其搭接長度延伸後不得影響梁柱接頭及構架系統之韌性行為。對於地下室柱構材因停車空間需求常有整根錯位之情況，須依剪力牆之規定檢核剪力傳遞及平衡錯位偏心彎矩之機制。