RC結構的耐震設計概念要點
作者：陳奕信
中華民國耐震設計的基本原則，係使建築物能達到「小震不壞、中震可修、大震不倒」的設計要求，雖然耐震 設計分別考慮了三級地震的震害控制，但目前實務上仍以彈性階段的結構分析模型進行設計為主。雖然設 計規範基於經濟性考量，在中、大地震時可容許進入 降伏狀態，但同時也須考慮對抗罕遇地震的可能崩塌 破壞，故對於結構系統進入非線性階段的韌性發展機 制與構件韌性需求也就必須特別注重。
就設計方法來比較，工作應力法(Working Stress Design, WSD)是以彈性階段的容許應力為基準來進行線 性反應的分析與設計，故較難藉由此類設計方法明確掌 握構件的韌性發展機制與行為，因此其應用也就日漸式 微而逐漸由強度設計法(Ultimate Strength Design, USD) 所取代。強度設計法則是以斷面計算強度為出發，透過 載重因數與強度折減因數的引入，來確認設計強度是否 滿足需求，由於此設計方法較能掌握構件的強度與行為 特性，並可合理推估極限狀態下的韌性行為強度需求， 適合作為反應非線性行為的構件設計方法，故成為目前 RC 規範應用的設計方法主流，而自 ACI 318-02 起，對載 重因數與強度折減因數則做進一步的修訂，採用更為合 理的因數，同時限制淨拉應變來控制斷面最大鋼筋比， 以確保構件最低的韌性能力。ACI 318-02 的此一變革亦 已納入目前「混凝土結構設計規範」的版本之中。
RC結構耐震設計概念上就須掌握下列幾項要點:
除了前述的設計方法變革外，在結構設計的韌性 發展機制上，尚須依據構件的韌性能力，考慮構件降 伏的優先順序，因此 RC結構耐震設計概念上就須掌握 下列幾項要點:
強節弱桿
對於梁柱構架而言，所謂「節」即是指梁柱接頭，由於梁柱接頭銜接來自上下柱與兩方向大梁的桿件(構 件)，若梁柱接頭強度低於梁柱構件強度時，單一節點 的破壞會造成所有連接桿件的強度失效，甚至產生穩定 的問題，因此在梁柱接頭的設計概念上，須檢核構架接 頭的剪力計算強度，以確保『強節弱桿』的結構行為。 而對於梁柱接頭的耐震韌性配筋而言，因構架系統梁柱 縱向主筋的錨定主要在梁柱接頭區進行，因此梁、柱主 筋的錨定或伸展處理細節至為重要，也因為常有眾多主筋須集中於接頭錨定的情況產生，加以圍束箍筋的配置 也造成鋼筋施工的困難，接頭區的鋼筋處理細節與錨定 方法的改良常是鋼筋施工品管的重點之一。
強柱弱梁
由於 RC 構件在較高軸力作用下，其韌性行為較差，而且當柱兩端同時產生塑鉸後，在垂直載重作用下，易因P-Δ效應而逐漸喪失穩定性。因此設計上須提高柱的彎矩強度，以降低柱產生降伏的可能性，因此在設計規範的耐震特別規定中，特別要求連接於接頭各柱之計算彎矩強度的總和應大於各梁之計算彎矩強度總和的 1.2 倍，以符合『強柱弱梁』的要求。雖然強柱弱梁的考慮主要是強度的考慮，但就耐震韌性配筋的處理層面，通常梁柱接頭區是以柱斷面做為配筋延伸的主體，同時仍須考慮柱的軸壓作用影響，配置柱之橫向圍束箍筋，以確保滿足強柱弱梁的條件。
強剪弱彎
與鋼骨構件有所不同的是，就鋼筋混凝土構件而言，其剪力破壞多屬脆性行為，因此耐震 RC 結構的梁柱構件降伏模式，一般考慮優先產生彎矩降伏機制來避 免剪力破壞產生，故設計上之梁、柱剪力須依據構件端 部產生的最大塑性彎矩強度來計算可能的剪力強度，並 據以計算剪力鋼筋的需求，來避免非韌性的剪力破壞。
強壓弱拉
由於混凝土受壓達極限強度後呈現脆性破壞行為，而鋼筋受拉降伏變形則有良好的延展性，因此 RC 梁之斷面設計時，為使構件能有足夠韌性，若在受壓混凝土達到規定極限應變 0.003 時，最外受拉鋼筋之淨拉應變控制最好能大於或等於 0.005 以上（規範稱此為拉力控制斷面，此為鋼筋降伏應變兩倍以上），則該斷面破壞前可產生大變形量或裂縫，將有充分的預警作用。反之若最外受拉鋼筋之淨拉應變小於或等於壓力控制應變界限，此時該斷面可能產生欠缺預警之瞬間脆性破壞。因此斷面設計應依據『強壓弱拉』的原則，控制斷面設計為『拉力控制斷面』，此目標一般藉由拉力鋼筋比的上限控制與提供適當的壓力鋼筋來達成，故規範除要求拉力鋼筋比不得大於（fc' + 100）/（4 fy）（fc'、fy 單位：kgf/cm2），亦不得大於 0.025；另撓曲構材在梁柱交接面及其它可能產生塑鉸位置，使用壓力鋼筋來強化混凝土壓力區，其壓力鋼筋量不得小於拉力鋼筋量之半。
由於『強壓弱拉』的考慮主要是基於斷面韌性設計的考慮，因此對於鋼筋施工細節的影響也就相對較小。
雖然上述的 RC 結構耐震設計概念大多已落實於設計規範中，但對 RC 結構的施工面上，仍須注意相關之配筋細節，方能充分發揮鋼筋混凝土的材料強度與韌性，以確保整體結構的韌性行為。
以下各節將就耐震配筋的重要項目說明其配筋細節因應規範發展潮流的演進過程與處理細節。
耐震配筋的重點
台灣位於歐亞板塊及菲律賓海板塊交界處，地震活動頻繁，結構系統須具備足夠的韌性容量來消散中大地震所帶來的能量，因此無論在設計與施工細節皆應特別注意，以避免產生脆性破壞而影響結構的韌性發展，也由於 RC 結構配筋施工或配筋細節的疏失與錯誤，常會造成嚴重的地震危害，因此須在施工面確實依據配筋細節妥善施作，以確保結構的韌性發展，並提高結構整體的耐震能力。