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鋼筋混凝土構造的原理-材料特性


921集集地震中,許多鋼筋混凝土建築倒塌,造成民眾對鋼筋混凝土建築產生疑懼。但根據結構專家災後調 查發現,多數倒塌的鋼筋混凝土建築,其實是設計及施工不良,或人為不當使用所造成的。集集地震驗證了工程 師長久以來的論說:鋼筋混凝土建築物只要符合現行的耐震設計,並確實做好施工過程的每一個環節,就足以抵 擋絕大多數的地震。(註:座落在斷層破裂帶、興建年代久遠耐震標準不足,這類建築不在此限)


鋼筋混凝土構造是臺灣現今最主要的建築型態,大多數人每天生活於其間,對於和生活息息相關的鋼筋混凝土構造,宜有基本的了解。以下就鋼筋混凝土構造的原理及施工細節加以介紹。

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■ 材料特性

鋼筋具有高度的延展性,受拉不容易斷裂,可藉由伸長變形而吸收能量。

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但鋼筋受壓時容易發生挫屈,而且越長的鋼筋越容易挫屈,瞬間破壞。

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混凝土是利用砂、小礫石、水泥和水,依適當比例混和而成的建築材料,具有良好的抗壓性與耐火性,但抗 拉性很差,容易開裂破壞。

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所以將抗拉性佳但抗壓性差的鋼筋,與抗壓性佳但抗拉性差的混凝土結合,正好使兩種材料互補長短。以下 取一根橫梁為例,說明鋼筋與混凝土如何互補長短。

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梁承受重量後,局部形狀由方形變成扇形。

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梁的局部形狀,由方形變成扇形,可以推知,梁的上緣側受到兩邊的壓力,使長度縮短;梁的下緣側受到兩邊的拉力,使長度拉長。

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由於混凝土的抗拉性不佳,梁如果完全以混凝土為建材,一旦承重稍大時,梁的下緣側很容易開裂,進而毫無預警地瞬間崩斷,相當危險。

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為了避免梁瞬間斷裂,工程師發現只要在混凝土受拉處配置鋼筋,就可以彌補混凝土不抗拉的缺點,當梁承重過大時,混凝土雖然仍會開裂,但鋼筋可以串起開裂的混凝土,同時發揮高延展性,使梁具有較大的變形能力,雖然變形且開裂,但不會突然坍塌。人們發現梁有明顯變形時,仍有充裕的時間逃離現場。

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