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研究生:江育賢
研究生(外文):Yin-Xian Jiang
論文名稱:鋼構架混凝土之研擬
論文名稱(外文):A Study for Concrete Structure Reinforced
指導教授:潘誠平
指導教授(外文):Chan-Ping Pan
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:營建工程系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:205
中文關鍵詞:鋼構架鋼筋構架化新工法鋼構架混凝土鋼筋構架化混凝土鋼筋構架化混凝土工法鋼構架混凝土工法
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○○本研究研擬「鋼構架混凝土工法」與「鋼筋構架化混凝土工法」來提昇營建
品質。「鋼構架混凝土工法」與「鋼筋構架化混凝土工法」依然利用鋼材來補強
混凝土,由鋼鐵材料結合混凝土一起抵抗外力。
○○「鋼筋構架化混凝土工法」使用「橫向鋼板」取代傳統箍筋,而縱向鋼筋與
橫向鋼板間利用熔接或鎖合元件固接成「鋼筋構架單元」,單元之間利用焊接或
螺栓鎖合進行組接與錨定,並使用「梁柱接頭套頭」或「梁柱接頭鋼箱」等鋼材
單元來避免傳統梁柱接頭鋼筋密集的問題。
○○「鋼構架混凝土工法」的梁與柱構件不使用傳統零散鋼筋來組立,其將縱向
鋼材與橫向鋼材結合一體,成為高靜不定度的鋼材構架單元,單元之間以焊接或
螺栓鎖合進行組接,梁鋼架與柱鋼架可以直接組接,或使用「梁柱接頭套頭」之
鋼材單元來接合梁鋼架與柱鋼架。「鋼構架混凝土工法」鋼筋組立與模板工程的
勞務可以大量減少,作業調配更具彈性,工期更可望縮減30%至50%以上。
鋼材構架具有高強度、勁度與精度,無須依附模板與支撐,可以先行用單元組立
的方式快速施工品質穩定,施作簡易,容易檢核。其並可取代支撐,而柱、梁、
版與牆的模板可以利用鋼材構架一次搭設完成。對於柱構件需要注意混凝土澆置
能否順暢。
○○鋼材構架靜不定度高且受力均勻,強度、極限強度、延展性與韌性表現甚佳
,其與混凝土有更佳的結合性,且圍束混凝土的能力甚佳。模板工程的直接成本
減少,若考慮傳統鋼筋搭接、彎鉤錨定與伸展長度等浪費的鋼筋量,梁柱鋼筋的
直接成本僅些微增加,可發覺鋼構架混凝土工法具有經濟性。並且由於工期縮短
,對於間接成本亦有相當助益。
○○鋼構架混凝土工法與永久模板、鋼承浪板、KT版、輕隔間牆、斜撐及其他
預鑄工法等的結合性佳,斷面鋼材比例增加容易,可以配合高性能混凝土來縮減
構件尺寸,利於高層建築與耐震設計。此外,「梁柱接頭套頭」利於結構型式與
造型的發展。

ABSTRACT
The object of this study is to develop a new way to construct reinforced concrete structures. The main difference is the construction procedure is changed to build the steel reinforcement first. There are two kinds of steel frame were suggested. The first one uses steel sheets to build the steel frame. The second one uses traditional reinforcement plus steel sheets to build the steel frame. However, these steel frames are different from the steel sections used in the steel reinforced concrete structures.
The beam unit, column unit, and connection unit were developed in this study. All these units were designed for easy construction and improved structural strength. Also, all the faults could be made in the traditional reinforcement construction can be avoided. Therefore the most important improvement could be obtained through this new suggestion is a better quality. The suggested steel frame should be treated as a three-dimension structure. This frame can resist forces come from any direction instead of the longitudinal strength only. Due to the strong connection between frame members, the ductility of the reinforced concrete member can be improved a lot also. An economic study was made to compare the cost of traditional reinforced concrete structures and the suggested new structure. It was found that the construction cost can be increased a little around 10%. However, the construction time can be reduced in a range of 30% to 50%.
Many new technologies like high-strength concrete, composite plate, light-weight partition wall, etc. can be integrated to this new method to get a light weight but high-strength concrete structure, which is suitable for the high-rise buildings.

目次
摘要.........................................................I
英文摘要....................................................II
誌謝.......................................................III
目錄........................................................VI
圖索引......................................................IX
表索引.....................................................XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的.......................................1
1.2 研究範疇.............................................3
第二章 鋼構架混凝土工法的介紹 5
2.1 鋼材構架的主要單元..................................14
2.1.1 梁鋼架..............................................14
2.1.2 柱鋼架 .............................................18
2.1.3 柱接合套頭..........................................25
2.1.4 梁柱接頭套頭........................................30
2.2 鋼構架混凝土的力學行為..............................48
2.2.1 鋼構架混凝土的鋼材之間的結合........................48
2.2.2 鋼構架混凝土的鋼材與混凝土的結合....................51
2.2.3 鋼構架軸向強度......................................53
2.2.4 鋼構架抗彎、抗彎、抗扭強度..........................56
2.2.5 鋼構架對混凝土的圍束行為............................57
2.2.6 鋼構架混凝土的延展性與韌性..........................58
2.3 單元組立的特色......................................60
2.4 支撐系統與模板組立..................................61
 2.5 工法配合與施工流程..................................66
2.5.1 結合傳統版牆與施工流程........... ..................66
2.5.2 結合永久模板與施工流程..............................82
2.5.3 結合鋼浪承板或KT板與施工流程......................89
2.5.4 結合特殊牆或斜撐與施工流程..........................92
2.5.5 結合中空梁斷面......................................93
2.5.6 結合高性能混凝土....................................96
第三章 鋼構架混凝土工法與傳統鋼筋混凝土工法的比較及分析 100
 3.1 營建管理與縮短工期.................................100
 3.2 施工性.............................................121
 3.3 安全性.............................................125
 3.4 經濟性.............................................132
 3.5 結構設計............. .............................143
第四章 鋼構架混凝土工法的潛在問題及對策 149
4.1 鋼材挫屈...........................................149
4.2 混凝土澆置作業.....................................153
4.3 鋼材構架製作費高...................................153
第五章 新工法研究過程與方案比較 157
5.1 新工法研究的主要考量因素...........................157
5.2 鋼筋構架化工法.....................................160
5.2.1 鋼筋構架化工法的介紹...............................160
5.2.2 橫向鋼板單元.......................................161
5.2.3 梁、柱的縱向鋼筋與「橫向鋼板」固接的方式...........161
5.2.4 鋼板製作的箱形梁柱接頭單元.........................167
5.3 鋼構架混凝土工法與鋼筋構架化工法的比較評估.........187
第六章 結論與建議 194
6.1 結論...............................................194
6.2 建議...............................................197
圖2-01A 鋼構架混凝土主要鋼材單元..................................6
圖2-01B 鋼構架混凝土主要鋼材單元..................................7
圖2-01C 鋼構架混凝土主要鋼材單元..................................8
圖2-01D 鋼構架混凝土主要鋼材單元..................................9
圖2-02 鋼構架混凝土工法結合傳統版牆及普通模板的施工流程圖.......10
圖2-03 梁鋼架單元...............................................15
圖2-04 開孔尺寸意圖.............................................17
圖2-05A 柱鋼架單元...............................................19
圖2-05B 柱鋼架單元...............................................20
圖2-06 柱鋼架長度示意圖.........................................21
圖2-07 柱鋼架接合作業...........................................22
圖2-08 柱鋼架開孔型式...........................................24
圖2-09 梁與柱鋼架直接接合.......................................26
圖2-10A 柱接頭套頭型式...........................................27
圖2-10B 利用柱接合套頭變換柱鋼架斷面.............................28
圖2-11 柱接合套頭使用螺栓接合示意圖.............................29
圖2-12A 梁柱接頭套頭單元.........................................31
圖2-12B 梁柱接頭套頭單元.........................................32
圖2-13A 梁柱接頭內柱套頭.........................................33
圖2-13B 梁柱接頭外柱套頭.........................................34
圖2-13C 梁柱接頭角柱套頭.........................................35
圖2-13D 特殊梁柱接頭套頭示意圖...................................36
圖2-14 「梁鋼架」與「梁柱接頭套頭」接合示意圖...................37
圖2-15 調整「梁柱接頭套頭」鋼板厚度示意圖.......................40
圖2-16 梁柱接頭鋼筋示意圖.......................................41
圖2-17 主筋延著沒有箍筋束制的方向挫屈...........................52
圖2-18 裂縫對鋼筋的伸展長度不利.................................55
圖2-19 比較鋼構架混凝土工法與傳統鋼筋混凝土工法的模板施工流程...63
圖2-20A 傳統鋼筋混凝土工法梁模板與支撐示意圖.....................67
圖2-20B 傳統鋼筋混凝土工法柱模板與支撐示意圖.....................68
圖2-21 模板可利用鋼架搭設.......................................69
圖2-22 組合單元〈基層柱鋼架+梁柱接頭套頭〉.....................73
圖2-23 梁鋼架吊裝示意圖.........................................74
圖2-24 利用接合角鋼四面鎖合梁鋼架...............................76
圖2-25 置牆鋼筋.................................................77
圖2-26 模板利用鋼架直接搭設.....................................78
圖2-27 組合單元〈柱鋼架+梁柱接頭套頭+柱接合內套頭〉...........80
圖2-28 梁鋼架吊裝空間...........................................81
圖2-29 置放「柱接合外套頭」.....................................83
圖2-30 吊裝上層柱...............................................84
圖2-31 鋼構架混凝土工法結合永久模板的施工流程圖.................87
圖2-32 梁鋼架配合模板吊裝示意圖.................................88
圖2-33 搭設梁柱接頭處模板.......................................90
圖2-34 組合單元〈柱鋼架+梁柱接頭套頭+柱接合內套頭+模板〉.....91
圖2-35 中空梁斷面...............................................94
圖2-36 梁中段區域置ABS塑鋼管減輕重量.........................95
圖2-37 梁鋼架配合ABS塑鋼管...................................97
圖3-01 建築物勁度中心與質心不一致引起扭矩......................130
圖3-02A 多方向梁構件伸入梁柱接頭................................144
圖3-02B 多方向梁構件伸入梁柱接頭................................145
圖3-03 多方向柱構件伸入梁柱接頭................................146
圖4-01A 梁澆置混凝土示意圖......................................154
圖4-01B 柱澆置混凝土示意圖......................................155
圖5-01 鋼筋梁柱接頭單元........................................160
圖5-02A 「橫向鋼板」單元........................................162
圖5-02B 「梁鋼筋構架」單元......................................163
圖5-03A 「梁柱接頭鋼箱」單元與「鋼筋構架」單元的接合示意圖......164
圖5-03B 「梁柱接頭套頭」單元與「鋼筋構架」單元的接合示意圖......165
圖5-04 「橫向鋼板」單元........................................166
圖5-05 熔接成一體「鋼筋構架」單元..............................168
圖5-06 鋼筋自由端鎖合示意圖....................................169
圖5-07A 鋼筋中間段「未車螺紋」鎖合示意圖........................170
圖5-07B 鋼筋中間段「未車螺紋」鎖合示意圖........................171
圖5-08 「梁柱接頭鋼箱」單元....................................173
圖5-09 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟........175
圖5-10 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟:
1.置「柱鋼筋構架」......................................176
圖5-11 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟:
2.套上「梁柱接頭鋼箱」..................................177
圖5-12 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟:
3.穿梁端角隅鋼筋........................................178
圖5-13 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟:
4.置「梁端鋼筋構架」單元................................179
圖5-14A 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟:
5.穿中段鋼筋與橫向鋼板〈方案A:使用鋼筋續接器〉........180
圖5-14B 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭鋼箱」單元的施工步驟:
5.穿中段鋼筋與橫向鋼板〈方案B:使用螺栓鎖合〉..........181
圖5-15 梁柱接頭套頭............................................183
圖5-16 「梁柱接頭套頭」單元與「鋼筋構架」單元的接合示意圖......184
圖5-17 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭套頭」單元的施工步驟........185
圖5-18 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭套頭」單元的施工步驟:
1.置「柱鋼筋構架」......................................186
圖5-19A 「鋼構架混凝土工法」的「柱鋼架」與
「鋼構架混凝土工法」的「梁鋼筋構架」相互搭配............188
圖5-19B 「鋼構架混凝土工法」的「柱鋼架」與
「鋼構架混凝土工法」的「梁鋼筋構架」相互搭配............189
圖5-20 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭套頭」單元的施工步驟:
2.套上「梁柱接頭套頭」..................................190
圖5-21 鋼筋構架化工法使用「梁柱接頭套頭」單元的施工步驟:
3.套上「梁鋼筋構架」....................................191
表3-01 傳統鋼筋混凝土與鋼骨鋼筋混凝土工法出工率比較表..........104
表3-02 現行工法柱鋼筋組立動作時間分析表........................105
表3-03A S工程梁鋼筋組立記錄表..................................106
表3-03B 傳統工法單支梁單元作業時間總和..........................106
表3-04 S工程配筋動作時間記錄表................................107
表3-05 模擬現行牆鋼筋組立作業動作時間分析表....................108
表3-06 構件鋼筋組立時間估計表..................................109
表3-07 版與牆構件佔全部鋼筋組立時間百分比......................109
表3-08 傳統鋼筋混凝土工法、鋼骨鋼筋混凝土工法與
鋼構架混凝土工法出工率比較表............................111
表3-09 某工程工程總價..........................................133
表3-10A 鋼筋工程單價分析表......................................135
表3-10B 鋼筋彎紮單價分析表......................................135
表3-11 鋼筋彎紮單價分析表......................................135
表3-12 組合型鋼單價分析表......................................136
表3-13 鋼筋加工損耗估計表......................................136
表3-14 鋼筋工薪資表............................................136
表3-15 受拉直線頂層鋼筋之最短伸展長度..........................138
表3-16 受拉直線非頂層鋼筋之最短伸展長度........................138
表3-17 頂層鋼筋受拉搭接之最短伸展長度..........................139
表3-18 非頂層鋼筋受拉搭接之最短伸展長度........................139
表3-19 受拉鋼筋彎鉤之最短伸展長度..............................140
表3-20 排置90度標準端彎鉤所需之外柱最小深度..................140
表4-01 柱斷面肢材寬厚比限制....................................152

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12. 王澄霞(民84b):從科技與社會互動之學習探究數理教育問題。科學發展月刊,23(5),433-455。
13. 王澄霞(民84a):STS活動中之「學」與「教」。科學教育學刊,3(1),115-137。
 
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