有關於筆者所提出之工程實務問題,除將發生於鋼結構工程之外,尚可能發生於鋼骨鋼筋混凝土結構。以下,乃分別就鋼筋混凝土結構和鋼骨鋼筋混凝土結構,在施工尺寸誤差對結構設計之影響作理論性之評論。
在鋼筋混凝土結構方面,由於結構成形乃是在混凝土澆鑄後,使鋼筋和混凝土形成整體性之複合材料,因而施工尺寸誤差對於額外彎矩之影響僅是就其尺寸比例計其增幅大小。以常見之兩跨或三跨以上連續樑之邊柱內側彎矩為例,其結構分析之彎矩值乃是ωL^2/a,對於「相同之總荷載量」(同一根樑不因施工尺寸之精確與否,而增加或減少原結構設計荷載)而言,樑之尺寸L長短有異動,所對應之ωL乃得以定值Po表示(Po=ω1L1=ω2L2),則兩跨或三跨以上連續樑之邊柱內側彎矩為PoL/a,該處之a乃是受連續樑跨度比例影響之係數。因而,在跨度有施工不精確之情形下,其增額彎矩為(a0/a1)[(L+Δ)/L],其中,在跨度尺寸差異比例極小時,a0/a1≅1.0,得知增額彎矩之比例近似於(L+Δ)/L。在常見跨度4m以上之鋼筋混凝土樑來說,施工尺寸誤差3cm之彎矩增額比例約為1.0075,在考慮ASCE7之荷載放大下,以ACI318 2005M作檢核值計算時,得知其差值約略增加0.015左右。然而,鋼筋混凝土施工之容許誤差,一般控制在1~2cm左右,施工誤差在3cm以上不常見,並根據上述理論分析結果顯示,施工誤差在3cm左右尚屬於可接受之容許範圍。因此,有關於施工尺寸誤差,在鋼筋混凝土結構並不會同鋼結構一樣,有增額彎矩超乎結構設計容量之情形。
在鋼骨鋼筋混凝土結構方面(內政部營建署營字第0930082917號訂定),由於其施工過程包含鋼結構施工,仍然會有施工誤差之情形,以下是依據ASCE7之荷載組合作評估。在施工尺寸誤差下,透過強迫側移進行鎖固之情形,而後再作混凝土澆鑄為整體性之結構,將影響其實際之結構抗震能力。鋼骨鋼筋混凝土在結構設計上,鋼骨貢獻之強度一般控制在結構整體強度60~70%以上,其餘之30~40%屬於鋼筋混凝土貢獻之結構強度。因此,在假設由於強迫側移鎖固對其鋼骨之結構強度降低1/3下,將致使整體結構之抗震能力造成影響,概估約略降低其結構設計強度之22%左右(2/3x65%+35%=78.3%)。在以其倒數(1.277)反算在鋼骨鋼筋混凝土檢核值為0.6之標準下,其在鋼骨強迫側移鎖固將致使檢核值上升至0.766(增加0.166),尚屬於可以接受之結構設計範圍。由此可知,在施工不準確致使鋼骨強迫側移下,對於鋼骨鋼筋混凝土結構之衝擊低於鋼結構。
以上,為筆者比較鋼結構、鋼筋混凝土結構及鋼骨鋼筋混凝土結構之差異,期能獲得相關專業人士參考。筆者學淺,若有謬誤之處,尚祈讀者能夠給予指正。
在鋼筋混凝土結構方面,由於結構成形乃是在混凝土澆鑄後,使鋼筋和混凝土形成整體性之複合材料,因而施工尺寸誤差對於額外彎矩之影響僅是就其尺寸比例計其增幅大小。以常見之兩跨或三跨以上連續樑之邊柱內側彎矩為例,其結構分析之彎矩值乃是ωL^2/a,對於「相同之總荷載量」(同一根樑不因施工尺寸之精確與否,而增加或減少原結構設計荷載)而言,樑之尺寸L長短有異動,所對應之ωL乃得以定值Po表示(Po=ω1L1=ω2L2),則兩跨或三跨以上連續樑之邊柱內側彎矩為PoL/a,該處之a乃是受連續樑跨度比例影響之係數。因而,在跨度有施工不精確之情形下,其增額彎矩為(a0/a1)[(L+Δ)/L],其中,在跨度尺寸差異比例極小時,a0/a1≅1.0,得知增額彎矩之比例近似於(L+Δ)/L。在常見跨度4m以上之鋼筋混凝土樑來說,施工尺寸誤差3cm之彎矩增額比例約為1.0075,在考慮ASCE7之荷載放大下,以ACI318 2005M作檢核值計算時,得知其差值約略增加0.015左右。然而,鋼筋混凝土施工之容許誤差,一般控制在1~2cm左右,施工誤差在3cm以上不常見,並根據上述理論分析結果顯示,施工誤差在3cm左右尚屬於可接受之容許範圍。因此,有關於施工尺寸誤差,在鋼筋混凝土結構並不會同鋼結構一樣,有增額彎矩超乎結構設計容量之情形。
在鋼骨鋼筋混凝土結構方面(內政部營建署營字第0930082917號訂定),由於其施工過程包含鋼結構施工,仍然會有施工誤差之情形,以下是依據ASCE7之荷載組合作評估。在施工尺寸誤差下,透過強迫側移進行鎖固之情形,而後再作混凝土澆鑄為整體性之結構,將影響其實際之結構抗震能力。鋼骨鋼筋混凝土在結構設計上,鋼骨貢獻之強度一般控制在結構整體強度60~70%以上,其餘之30~40%屬於鋼筋混凝土貢獻之結構強度。因此,在假設由於強迫側移鎖固對其鋼骨之結構強度降低1/3下,將致使整體結構之抗震能力造成影響,概估約略降低其結構設計強度之22%左右(2/3x65%+35%=78.3%)。在以其倒數(1.277)反算在鋼骨鋼筋混凝土檢核值為0.6之標準下,其在鋼骨強迫側移鎖固將致使檢核值上升至0.766(增加0.166),尚屬於可以接受之結構設計範圍。由此可知,在施工不準確致使鋼骨強迫側移下,對於鋼骨鋼筋混凝土結構之衝擊低於鋼結構。
以上,為筆者比較鋼結構、鋼筋混凝土結構及鋼骨鋼筋混凝土結構之差異,期能獲得相關專業人士參考。筆者學淺,若有謬誤之處,尚祈讀者能夠給予指正。