陳啟中建築師:無梁版的結構行為

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作者:陳啟中建築師

桃園停車場崩塌案,在此複習一下無梁板構造的結構行為(詳細內容可參考拙著「建築結構系統」一書)

無梁版定義

  • 一般構架(frame)的梁(girder)係屬單向(one way)應力傳遞系統,若設置雙向的梁(即格子梁,grid beam)就可發揮雙向(two way)應力傳遞的效果。

若更進一步設置成密密麻麻的格子梁,就是所謂的板(plate)。

  • 承受外力後除了會造成板的降伏線外(yield line),在板四周會產生很大的邊緣應力(boundary stress),這個邊緣應力是要靠板四周的梁來承受。

如板四周無設置梁,就是所謂的無梁版。

  • 台灣無梁版構造大約在20年前(或更早)才開始用在地下室結構。主要是有一派結構專家認為,地下室四周有RC牆(或連續壁),可以吃掉大部分的地震力(耐震規範規定地下室的地震力比地面層少很多),又為了要減少地下室高度,因此就被建商開始採用迄今。
  • 無梁板構造不是沒有梁,其梁的行為(抵抗地震力及發揮韌性)是隱身在板之中。

無梁版優點

無梁板系統係由平板直接把荷重穿至柱上,因平板和柱之間無梁,故以此種方式建造可獲得:

  • 較大的樓層高度
  • 管道的配置順暢
  • 施工期的縮短

無梁版缺點

  • 無梁板系統主要的缺點是無梁做為連繫,故在柱支撐處會產生過大剪力,而使板造成貫穿的情況,因此應在柱與板之間加置剪力接頭(shear connector)或柱帽(柱冠)來防止這種現象,所加之柱帽其角度應控制在45度以內。
  • 無梁版不能承受太大的垂直荷重,而且其耐震性也差,故通常無梁版都會與耐震壁或者是加做核心方式合用,或是在柱與柱之間加入箍筋補強以增加其韌性,提高耐震性。
  • 無梁板只能承受垂直載重,無法承受地震力,其韌性比較差,地震力必須靠板四周的樑柱或剪力牆來承受,地震帶國家通常較不適用。
  • 由於無梁板常被樓梯、車道、管道間貫穿,這些破口必須加以補強解決。
  • 無梁板跟柱交接處的邊緣剪力很大,其剪應力又呈45度分佈,因此在柱邊一定要設置厚度比較大的柱帽抵抗此(貫穿)剪力。
  • 一般而言,其跨度之通常値在5m至8m之間,板厚至少應有15公分以上,而且其興建高度也不應太大。
無梁板種類
無梁板種類

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