星期六, 1月 12, 2019

鋼筋混凝土設計雜談

今日恰逢剛入行學弟妹提問,回覆之餘亦作個紀錄

Q:RC 對於鋼筋有最小鋼筋量的規定,有最少鋼筋支數的規定嗎?

A:回答這個問題先思考為何需要這些規定?以梁最小鋼筋量來說,是為了確保梁設計彎矩強度至少大於等於開裂彎矩強度,避免脆性破壞;以柱最小鋼筋量來說亦有相同意義,當然柱作為整個結構基本支撐重要性較高,所以最小鋼筋量又更為保守些。那符合了最小鋼筋量,對於鋼筋支數來說還有什麼設計意義?答案是"裂縫控制"

以梁來說,主要的裂縫控制是
🔻規範3.7.2- 最接近構材受拉面之鋼筋中心距s應滿足:Min( 38*2800/fs-2.5Cc, 30(2800/fs) ),其中:fs為使用載重下之鋼筋應力,亦可以用(2/3)fy替代之,亦即:fs=(2/3)fy=(2/3)*4200=2800,cc=梁主筋至最外受拉面淨保護層=約為4.0+1.27cm,此時s等於24.83cm可取25cm,以一寬為50、主筋#8、箍筋#4的大梁為例,最小主筋數應取:(50-2*4.0-2*1.27-2.54)/25=1.47,共需2個間距,因此起碼需3根。

以版來說:主要的裂縫控制是
🔻規範13.11.2.1:乾縮與溫度之鋼筋面積與版總面積之比值不得小於
竹節鋼筋,fy<4200 cm2="" div="" kgf="">
竹節鋼筋,fy=4200 kgf/cm2時取0.0018
🔻規範13.11.2.2:乾縮與溫度之間距不得大於版厚之5倍或45cm。
以工程實務而言,版的裂縫控制很寬鬆,實際上很少會不符合的,以我自己的經驗還沒配版筋間距是超過30cm的,但是考試的時候別帶入"工程實務"了,規範怎麼寫就怎麼答。

以柱來說:嚴格講起來也算是一種撓曲構材,所以也適用梁的規定,但是與柱筋其他的規定相比,柱裂縫控制不太會控制鋼筋間距(太寬鬆)。會控制柱主筋間距的主要是防止柱主筋挫曲的相關規定,為了避免箍筋的懸索效應不夠強而訂定的,相關規範如下
🔻規範13.9.5.3:主鋼筋無橫向支承者至有橫向支承者之淨間距不得大於15cm
🔻規範15.5.4.3:在構材橫斷面上,繫筋或閉合箍筋相鄰各肢之中心距 hx 不得超過 35 cm。
上面兩者的限制同中有異,至於何者會控制就當作給各位的功課了!

Q:實務做Rc設計,會依規範耐震設計的規定嗎?

A:除非是二元系統,亦即當側力抵抗系統與垂直支撐系統是分開的時候,這種系統以前在念書時教科書上美國很多這種設計,當然一方面也是他們真的有無地震區,所以對於不做耐震設計的概念是可以接受的,而在台灣...,設計台灣的房子我還沒有看過技師不作耐震設計的,當然如果你的案子在國外則例外。

Q:在學校學過容量設計,真正實務在做,會做容量設計嗎?

A:容量設計(Capacity Design)應該是比較老美的講法,在我們國家規範其實找不到這樣的講法,但是如果我們將容量設計視為"確保結構能夠依據設定的強度階級來發揮強度",那這樣的考量在耐震設計裡面無所不在。

舉例1:🔻規範15.4.4
為了確保梁發揮撓曲強度前,梁端不至於剪力破壞,所以要用梁塑鉸彎矩倒推梁剪力進行設計。
舉例2:🔻規範15.5.2.2
為了確保梁發揮強度前,柱不至撓曲破壞,所以要求柱設計彎矩強度應至少為梁的6/5,亦即強柱弱梁。
舉例3:🔻規範15.8.6
為了確保剪力牆發揮強度前,邊界構材不至破壞,所以要用牆剪力對端柱進行設計。


沒有留言: