柱内混凝土充填及轴力

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1、鋼筋混凝土技術新發展應用研究鋼柱橫隔板開孔型式對柱內混凝土充填及軸力行為影響之研究尹衍樑／潤泰集團總裁甘錫瀅／永峻工程顧問股份有限公司總工程師王瑞禎／潤弘精密協理鄭瑞濱／潤泰水泥副總經理姚村淮／永峻工程顧問股份有限公司協理本文從實務角度探討現行CFT柱內隔板之開孔型式逆打鋼柱採一次灌置，不做分段；第二種方式普遍應用及柱內灌漿材料的合理性，研究標的為臺北南山廣場新在地上層的鋼柱灌漿，通常柱內灌漿是在鋼結構完成，建工程之高272公尺之塔樓巨柱，共進行三階段實尺寸樓板逐層往上施作的過程中進行，需分段實施，為避免柱內灌漿試驗及1/4短柱縮尺試驗，試驗結果顯示柱內灌漿

2、口過多影響結構性能，一般取十幾公尺為一段，灌橫隔板採均佈小孔設計，有助於灌漿過程中板下氣泡之漿時機需視施工載重、鋼柱承載力及灌漿分段而定。排放，相較於現行中央大孔做法，氣泡量可從10%附近鋼柱在柱梁交會處需設置橫隔板，透過橫隔板可讓降至2%以下，此外均佈小孔的直徑宜大於8cm，總開鋼梁翼板的力量在柱梁交會區順利傳遞，而不會對柱鋼孔率最小應等於中央大孔之設計。另由軸壓試驗結果顯板造成不當的損壞，但對柱內灌漿而言，橫隔板是一種示，以萬分之四膨脹率之SCC填充鋼柱，隔板採大孔或阻礙，因此需在橫隔板上留置適當孔洞，以利混凝土漿均佈小孔，對軸壓行為的影響不顯著，柱軸壓

3、強度皆可料順利通過，填滿鋼柱。圖1為目前鋼柱內橫隔板常見滿足設計要求。的開孔方式，以中央設置一個大孔為主，為灌漿管或混凝土漿料主要的通行路徑，另在四個角落各設置一個1/4CFT柱橫隔板發展現況圓的開孔，讓灌漿過程中隔板下方堵塞的空氣可以從角落排出，以減少隔板下之混凝土孔隙率。然根據實際灌鋼骨填充混凝土柱（CFT）是常見的高樓建築型式漿測試資料顯示，在大型鋼柱中採圖1的開孔型式，隔之一，以指標建築台北101為例，其主樓結構柱便是板下方之氣泡量佔柱斷面比率可達10%，較工程上習慣由鋼BOX柱內填充高強度SCC而成，鋼柱內部藉由使用的5%氣泡率上限值高出一倍，顯示

4、圖1的開孔方壓力灌漿填充SCC讓鋼骨與混凝土形成複合結構共同式並無法很有效地將板下累積的灌漿氣泡排出。承擔設計載重，而目前正在興建中的臺北南山廣場新建工程，其塔樓結構柱也是以CFT柱的型式設計。常見的CFT柱混凝土填充方式有二：一是以特密管由上插入鋼柱內貫穿至柱底，將混凝土注入後，配合混凝土填充高度慢慢將特密管邊灌邊抽，直到柱灌漿完成；另一個方式則是在柱底側邊開灌漿口，將漿料由柱底部以壓力灌漿的方式，往上推擠至所需高度。上述第一種方式常見於地下層逆打鋼柱之柱內灌漿，通常整隻圖1現行鋼柱橫隔板常見的開孔方式44Vol.41,No.2April2014土木水利第

5、四十一卷第二期鋼筋混凝土技術新發展臺北南山廣場新建工程為目前台北指標性建案之一，其巨型CFT鋼柱斷面邊長可達2公尺以上，有鑑於鋼柱結構性能對建築機能與安全的重要性，因此本文以此指標性個案為研究標的，探討CFT鋼柱內之灌漿材料及隔板開孔型式對施工及柱性能的影響，以做為同業工程應用參考。CFT柱內灌漿新材料自充填混凝土SCC（self-compactingconcrete）由於具有良好的流動性與充填性，因此常被用於CFT柱之柱內灌漿材料，本研究標的採強度12,000psi與10,000psi之高強度SCC作為其柱內灌漿料，其配比在滿足強度要求下，需具有流動性佳且

6、微膨脹效果。通常混凝土材料在硬固後體積會有收縮的現象，而SCC相較於一般混凝土其體積收縮現象又更為顯著，為避免SCC在柱內灌漿後，鋼板與混凝土間或SCC分段澆置介面因體積收縮而產生間隙，因此在配方上特別要求SCC需具有萬分之四之微膨脹效果，這是一般CFT柱柱內灌漿所忽略的部分。圖2微膨脹SCC之膨脹率量測結果表1為本文所測試的六種SCC配比之基本性能表，強度有12,000psi及10,000psi兩種，粗骨材粒新型CFT柱橫隔板開孔徑選擇10mm、8mm及6mm三種，其中10mm為　　　　　實尺寸鋼柱灌漿試驗常見的3分石，材料膨脹率設定為萬分之四，V漏斗時間

7、（Vtime）選擇較短的設計標準10ê3sec，以期漿本研究依研究標的之巨柱斷面共規劃三階段柱內料具有較好的流動性，同樣坍流度設定在較大的70ê灌漿試驗，選用之鋼柱斷面為2000mm×1400mm，5cm，表中列出設計值與實測值，顯示針對灌漿材料所試體斷面依實尺寸設計，三階段柱內灌漿試驗之柱高設定的標準可經由配方調配達成。度分別為1公尺、2公尺及4公尺，以下分別說明之：第一階段試驗表1柱內填充之SCC基本性能表圖3為第一次灌漿試驗之架構，SCC採表1之第膨脹率Vtime坍流度粗強度（psi）（萬分之）（sec）（cm）1組配比，試體高度取1公尺，灌漿口中心線

8、設置於距配骨比材實際實際底部15cm高程處，上方放置