鋼筋混凝土圓形實心斷面構材之剪力設計 - TWCE.ORG.TW

鋼筋混凝土圓形斷面之剪力設計與矩形斷面之剪力設計，均所附須分為混凝土剪力與箍筋剪力二部份考慮。

依參考資料[4]4.2節(剪力強度)第4.2.1規定，斷面 ... 鋼筋混凝土圓形實心斷面構材之剪力設計 陳正平　技師 一、前言 鋼筋混凝土圓形斷面之剪力設計與矩形斷面之剪力設計並不完全相同，但在特殊結構審查案件中，常常看到設計者在設計圓柱或圓形斷面之基樁時，直接採用矩形斷面之剪力計算法，如此會造成偏不安全的設計。

由於圓形斷面之環箍筋各分段與剪力作用方向並非全部一致，僅沿剪力作用方向之環箍筋二側與剪力作用方向一致，因此其任一段環箍筋僅有其在平行剪力方向上之分力對抵抗剪力才有貢獻，而一般文獻又甚少有討論到，因此提出設計拙見供工程先進設計參考。

二、剪力設計原理背景 鋼筋混凝土圓形斷面之剪力設計與矩形斷面之剪力設計，均所附須分為混凝土剪力與箍筋剪力二部份考慮。

依參考資料[4]4.2節(剪力強度)第4.2.1規定，斷面承受剪力之設計應依據(ψＶn≧Ｖu)，式中Ｖu為在所考慮斷面上之設計剪力，而Ｖn則為依(Ｖn＝Ｖc＋Ｖs)計算之剪力計算強度，式中Ｖc應依第4.4節(非預力構材之混凝土剪力計算強度)之規定計算，Ｖs應依第4.6.6節(剪力鋼筋之剪力計算強度)之規定計算，其中第4.6.6.8節特別規定「剪力計算強度Ｖs不可取大於(2.12 bwd)。

三、圓形實心斷面之剪力設計 前章規定僅適用於矩形斷面之剪力設計，而圓形斷面之有效剪力面積(或抵抗剪力之有效構材深度(d))之計算方法與矩形斷面略有不同，茲就不同部份，說明如下： 3.1混凝土剪力(Ｖc) 圓形斷面之剪力分佈，由材料力學之原理可知，圓形斷面上距中性軸距離 為y1任一點的剪應力為 ＝ （見圖一）， 圖中顯示圓形斷面上剪應力之最大值比平均剪應力大三分之一，靠近剪力作用方向之最上下緣剪應力為零。

因上下二端之剪應力為零，故該部份影響剪力設計不大。

在混凝土剪力設計實務上一般均予以簡化，依據美國卅公路及運輸官員協會(AASHTO)「公路橋梁設計規範」1992年版第8.16.6.2.1節規定圓形斷面承受剪力之計算寬度取外徑D為斷面寬度，有效深度(d)則取「不必小於受壓端外緣至受張側半圓內之鋼筋重心間之距離」。

參考資料[2]建議(d)值取 。

參考資料[1]所彙整之各種建築及橋梁設計規範之計算方法中，大多數取有效剪力面積Ae＝0.8Ag，其中Ａg為圓形斷面之總面積。

將以上介紹之計算方法所求得之有效剪力面積乘以混凝土單位面積之剪應力強度，即可求得混凝土之剪力強度(Ｖc)。

但若所採用之設計規範中有規定「對於可能發生撓曲降伏之塑鉸區，構材軸壓力小於某定值時Ｖc不計」之規定時，則Ｖc須假設為零。

3.2箍筋剪力(Ｖs) 因圓形斷面之剪力箍筋亦為圓形，故與構材軸線垂直配置之圓箍筋，在箍筋之軸線方向除沿剪力作用方向二側部份為與剪力作用方向平行外，其餘部份之箍筋段均與剪力作用方向成一傾斜角，故通過剪力斜裂縫各箍筋段在平行剪力作用方向上之有效分量均不同，參考資料[1]所彙整之各種設計規範均建議採用單一箍筋平均有效剪力面積取 倍， 若為無配置繫筋之單一圓箍筋則 ，（見參考資料[2]）。

其中Ash＝單根箍筋之斷面積，fyh＝箍筋之降伏強度，D’＝圓形柱之箍筋圍束直徑，St＝圓形箍筋之間距，另外，建築技術規則第410條第5款亦有規定「柱中緊密箍筋，應符合下式要求，( )。

其中(Ａv)為緊密箍筋在間距(s)間之面積，如用緊密螺箍時以( Av)代替(Av)。

」 之規定，亦可參考採用。

以上計算所得之箍筋剪力(Ｖs)仍須符合「不可取大於(2.12 0.8Ag)之規定。

3.3剪力計算強度 將以上計算所得之混凝土剪力(Vc)與箍筋剪力(Ｖs)合併後即為圓形實心斷面之剪力計算強度(Ｖn＝Ｖc＋Ｖs)。

惟在此特別提醒讀者剪力箍筋需求量須外加入圍束箍筋量內，不能共用。

四、計算例 圓形斷面非塑餃區之剪力設計例圓柱直徑＝200cm，Ｖn＝Ｖu／ψ＝300t，Ｖc＝0.53 ＝0.53 ＝8.4kg/cm2，Ｖc＝vc(0.8Ag)＝ ＝211t 試用D13橫箍間距10cm， ＝103t＜4Vc， Vn＝Vc＋Vs＝211＋103＝314t＞300tok 【參考資料】 （1）〝鋼筋混凝土柱FRP圍束補強之設計準則比較及試算例〞林澄政等，結構工程第16卷第4期，中華民國92年12月。

（2）〝公路橋梁耐震設計規範之補充研究〞交通部台灣區國道新建工程局，中華民國86年4月。

（3）〝材料力學〞施殿金等，大行出版社，中華民國73年元月。

（4）〝結構混凝土設計規範〞，91．6．27內政部營建署台內營字第0910084633號。

（5）〝公路橋梁耐震設計規範〞交通部頒布，中華民國84年1月。

（6）〝STANDARD SPECIFICATIOINSforHIGHWAYBRIDGES〞,15thAASHTO,1992. 圖一　圓形斷面剪應力分佈圖 　 　 | 首頁|最新消息|公會介紹  |對外服務|工程資訊 |會員服務|相關網站 |全文檢索|訪客留言 |  　建議以800*600及IE4.0以上之環境瀏覽 本網頁各鍊結標題及鍊結內容歸原權利人所有 版權所有 臺灣省土木技師公會 最後更新日期: 2005/05/07