建築物常見之結構問題與補強探討

 

一、概述：

台灣位於環太平洋地震板塊，且為典型的海島型氣候地區，所以我們常常可看見剛蓋好的結構體因發生裂縫、沉陷及海砂等因素造成鋼筋銹蝕或建物下陷等狀況。通常會發生這些問題，不外乎天然或人為因素所造成，而結構物的安全與否，因關係到吾人的生命與財產，故對於其發生原因與如何對策補強，實為工程界之一大課題。下面讓我們對這些問題來做較為深入點的探討：

　

二、常見之結構問題：

1.發生原因：

a.由於設計不當:

因結構設計不當造成建築物之損壞。

　

b.由於建築施工不良：

現場施工錯誤會造成相當嚴重損害如：(1)灌注混凝土時加水會造成強度不足致大量乾縮及潛變。(2)梁、柱、版的鋼筋排列方式及位置錯誤，可能會使保護層厚度不足或鋼筋無法發揮強度。(3)管線配置若有不當，或穿梁致截斷鋼筋以及混凝土抗壓面積不足等，都會使結構失去原有的設計強度。(4)拆模時機不當，或提早支承載重皆會造成龜裂現象。

　

c.使用需求改變：

當一棟建築物被設計成辦公大樓或住宅使用時，它所使用震力係數將較小。若因某種原因而改變使用目的時，則可能造成因與原設計不符致使結構體承載力不足。此時若不將結構體加以補強，則整棟大樓會因承載力不足而無法使用或造成危險，致影嚮生命及財產安全。

　

d.火災後影嚮：

結構體因火害而使混凝土脆化爆裂及鋼筋受高溫而延展或碳化，造成結構之破壞，此時若不加以補強修復則將無法再繼續使用。

 

e.建物老化：

隨著歲月的增加，建築物也會老化，尤其台灣屬海島型氣候，受酸雨與鹽害更是嚴重，故一棟RC構造物正常使用年限大約為50年，若無經整修，將無法使其處於最佳化的狀況下使用，甚至造成危險。

　

f.地震力破壞：

台灣位處環太平洋地震帶，板塊活動頻繁，故建築物終年承受有感與無感地震上萬次，於日積月累下終將加速結構體損壞。若建築物在建造初期無防震設計，則我們只能以加強韌性構件來補強結構體了。

綜合以上的各種狀況，歐美各先進國家皆訂有容許最大裂縫值，(如下表)於此提供做為參考：

　

國 名

提案者

容許最大裂縫(mm)

美 國

ACI建築規準

屋內構材 0.38

屋外構材 0.38

日 本

運輸省

日本工業規格

港灣構造物

離心力鋼筋混凝土管設計荷重時 0.25

設計彎矩作用時 0.05

歐 洲

歐洲混凝土委員

受有相當侵蝕作用的構造之構材 0.1

無防護措施的普通構造之構材 0.2

有防護措施的普通構造之構材 0.3

蘇 聯

鋼筋混凝土規準

0.2

　

另在ACI委員會依耐久性之需，其所允許的最大裂縫寬度如下表，於此一併提供參考：

　

條 件

容許最大裂縫寬度(mm)

乾燥空氣中或有保護層的場合

濕空氣中、土中

與凍結防止劑接觸之場合

反覆承受海水、潮風造成的乾濕影響場合

水密性構造之構材

0.40

0.30
0.175
0.15
0.10

　

三、修補與加強方式：

a.由於設計不當所產生的損害時，我們可以利用基礎改良或對於梁、柱結構強度來加以補強。

　

b.由建築施工不良所產生的損害：(1)使用材料不當，例如：使用了海砂造成鋼筋銹蝕、混凝土剝離，我們可使用脫氯還鹼方式及利用鋼筋防銹劑配合補強灰泥來修復。(2)施工不良所造成的結構損害我們可利用鋼鈑補強方式加強其梁、柱的支承力，或利用強化纖維來貼覆補強。

　

c.當使用需求改變則可利用增加梁、柱斷面或增加型鋼或鋼鈑貼覆及強化纖維來增加柱、梁及樓板的抵抗能力。

　

d.火害後建物的修復及補強應視建物受損的輕重程度，若損害程度嚴重則拆除重建為唯一的方法。若受損輕微未傷及梁柱主筋，則先將剝離之混凝土清除，再利用補強灰泥修復，若梁柱主筋受損則在清除外表後，應先以補強灰泥修復再利用鋼鈑或強化纖維補強。

　

e.建物老化及受地震力侵襲：現存老舊建物很多，但要如何使建物增加使用年限及增強抗震力，今因科技進步使得高科技建築材料的應用愈進步，在航太科技材料廣泛被應用的碳素纖維，不管在修補老舊建物方面及預防地震侵襲方面均有相當優越的表現，且因其重量奇輕故不會多增加建築物本身的負擔。

　

四、結論：

上述修復方式皆是為了恢復原有建物之強度，而補強則是為了增加其使用度，以期能在既安全又經濟雙重的考量下，增加使用的功能及延長結構體的使用壽命，故其具有一貫性的專業領域。近年來欣見國內各學術單位及顧問機構極力做此方面之研究，使吾等能在民生的住與行方面以"安全"為出發點在"技術"與"經濟"雙重的考量下，都能達到"住無虞，行無慮"的基本保障。