第四章土木材料 112899
1 第四章 土木材料
40學習重點 (一)土木材料之種類→金屬材料、非金屬材料、複合材料、聚合物材料 (二)鋼筋材料之特性 (三)鋼筋依抗拉強度分為構造級、中級及硬級 (四)鋼筋依其外表形狀分為光面鋼筋及竹節鋼筋 (五)竹節鋼筋標稱尺度 (六)鋼骨構造之優缺點 (七)鋼骨材料規格 (八)鋼結構構材斷面 (九)鋼構造之防蝕方法 (十)鋼骨構件防火處理→防火材料噴著法、成型防火板張贴法、粉刷覆盖法、澆 置覆盖法、隔膜覆盖法、砌疊覆盖法 (十一)水泥之種類→波特蘭水泥、天然水泥、矽灰水泥、高鋁水泥 (十二)骨材之種類 (十三)混凝土之定義、組織 (十四)摻料之種類→輸氣摻料、化學摻料、礦粉摻料及其他掺料 2
2 4-0 學習重點 (一)土木材料之種類→金屬材料、非金屬材料、複合材料、聚合物材料 (二)鋼筋材料之特性 (三)鋼筋依抗拉強度分為構造級、中級及硬級 (四)鋼筋依其外表形狀分為光面鋼筋及竹節鋼筋 (五)竹節鋼筋標稱尺度 (六)鋼骨構造之優缺點 (七)鋼骨材料規格 (八)鋼結構構材斷面 (九)鋼構造之防蝕方法 (十)鋼骨構件防火處理→防火材料噴著法、成型防火板張貼法、粉刷覆蓋法、澆 置覆蓋法、隔膜覆蓋法、砌疊覆蓋法 (十一)水泥之種類→波特蘭水泥、天然水泥、矽灰水泥、高鋁水泥 (十二)骨材之種類 (十三)混凝土之定義、組織 (十四)摻料之種類→輸氣摻料、化學摻料、礦粉摻料及其他摻料
(十五)混凝土之種類 ()依密度→輕質混凝土、常質混凝土、重質混凝土、水密性混凝土 (2)依施工方式→預力混凝土、預鑄混凝土、預壘混凝土、水中混凝土、滾 壓混凝土、特密混凝土、噴凝土、巨積混凝土 (3)依拌合方式→場拌混凝土、預拌混凝土 (4)依強度→普通混凝土、纖維加強混凝土、高分子混凝土、注膠混凝土、 高強度混凝土、高強度混凝土、優生混凝土 (十六)木材之優缺點 (十七)瀝青→天然瀝青、石油瀝青 (十八)瀝青材料在工程上之應用 (十九)地工織物及其在土木工程之應用 (二十)塑膠之優缺點及功用 (二十一)穩定液之成份 (二十二)陶瓷材料之種類 (二十三)紅磚規格、優缺點及工程之應用 (二十四)石材之種類及工程之應用 3 (二十五)材料之採購、試驗、儲存及使用
3 (十五)混凝土之種類 (1)依密度→輕質混凝土、常質混凝土、重質混凝土、水密性混凝土 (2)依施工方式→預力混凝土、預鑄混凝土、預壘混凝土、水中混凝土、滾 壓混凝土、特密混凝土、噴凝土、巨積混凝土 (3)依拌合方式→場拌混凝土、預拌混凝土 (4)依強度→普通混凝土、纖維加強混凝土、高分子混凝土、注膠混凝土、 高強度混凝土、高強度混凝土、優生混凝土 (十六)木材之優缺點 (十七)瀝青→天然瀝青、石油瀝青 (十八)瀝青材料在工程上之應用 (十九)地工織物及其在土木工程之應用 (二十)塑膠之優缺點及功用 (二十一)穩定液之成份 (二十二)陶瓷材料之種類 (二十三)紅磚規格、優缺點及工程之應用 (二十四)石材之種類及工程之應用 (二十五)材料之採購、試驗、儲存及使用
4-1概述 土木工程係由各種建築材料所組成，土木材料(material)包括木材、竹材、鋼筋 鋼骨、鋼腱、鋼絲網、水泥、骨材、瀝青、黏土、石材-等。 若以材質來分，則可分為： (一)金屬材料 (二)非金屬材料 (三)複合材料 土木材料 (四)聚合物材料 金屬 非金屬 鐵 非鐵 聚合物 黏土 [圖4-1-1土木材料分類圖]
4 4-1 概述 土木工程係由各種建築材料所組成，土木材料(material)包括木材、竹材、鋼筋、 鋼骨、鋼腱、鋼絲網、水泥、骨材、瀝青、黏土、石材-等。 若以材質來分，則可分為： (一)金屬材料 (二)非金屬材料 (三)複合材料 (四)聚合物材料 土木材料 金屬 非金屬 鐵 非鐵 聚合物 黏土 [圖4-1-1 土木材料分類圖]
42鋼筋 混凝土之最大缺點為抗拉及抗彎強度甚小，約為抗壓強度之1/I0，為改善此缺點 可於混凝土中加入鋼筋(reinforced steel),利用鋼筋抗拉力之優勢以抵抗拉力 及彎矩，故鋼筋成為鋼筋混凝土中之主要抗拉及抗彎材料。 鋼筋既然為抗拉及抗彎材料，則應具有下列之性能： (一)降伏(yield stress)高 (二)延展性(ductility)佳 (三)鋼筋與混凝土握裹力(bond strength)強 鋼筋依抗拉強度可分為： (一)構造级(structural grade) (二)中级(intermediate grade) (三)硬級(hard grade)
5 4-2 鋼筋 混凝土之最大缺點為抗拉及抗彎強度甚小，約為抗壓強度之1/10，為改善此缺點 可於混凝土中加入鋼筋(reinforced steel)，利用鋼筋抗拉力之優勢以抵抗拉力 及彎矩，故鋼筋成為鋼筋混凝土中之主要抗拉及抗彎材料。 鋼筋既然為抗拉及抗彎材料，則應具有下列之性能： (一)降伏點(yield stress)高 (二)延展性(ductility)佳 (三)鋼筋與混凝土握裹力(bond strength)強 鋼筋依抗拉強度可分為： (一)構造級(structural grade) (二)中級(intermediate grade) (三)硬級(hard grade)
鋼筋依其外表形状可分為： (一)光面鋼筋 (二)竹節鋼筋 [圖4-2-1光面鋼筋] [圖4-2-2方形鋼筋] 6 圖4-2-3扭轉鋼筋
6 鋼筋依其外表形狀可分為： (一)光面鋼筋 (二)竹節鋼筋 [圖4-2-1 光面鋼筋] [圖4-2-2 方形鋼筋] [圖4-2-3 扭轉鋼筋]
表4-2-2竹節鋼筋標稱尺度(CNS560.A2006) 竹節 單位 標稱 標稱 標稱 節之尺度 鋼筋 質量 直徑 剖面 周長 節距平均 節之高度(a) 稱號 (W) 積(S) 間隙竟度(b)最大值(mm) (d) L) 值P) (kg/m) (mm) (cm2) (cm) (最大值) 最小值 最大值 (mm) (mm) D10 0.56 9.53 0.7133 3 6.7 0.4 3.7 D13 0.994 12.7 1.267 4 8.9 0.5 5 D16 1.56 15.9 1.986 5 11.1 0.7 6.2 最 D19 2.25 19.1 2.865 6 13.3 7.5 值 D22 3.04 22.2 3.871 15.6 1.1 8.7 D25 3.98 25.4 5.067 8 17.8 1.3 10 D29 5.08 28.7 6.469 9 20.1 1.4 11.3 D32 6.39 32.2 8.143 10.1 22.6 1.6 12.6 D36 7.9 35.8 10.07 11.3 25.1 1.8 14.1 D39 9.57 39.4 12.19 12.4 27.6 2 15.5 D43 11.4 43 14.52 13.5 30.1 2.1 16.9 D50 15.5 50.2 19.79 15.8 35.1 2.5 19.7 D57 20.2 57.3 25.79 18 40.1 2.9 22.5 子
7 D57 20.2 57.3 25.79 18 40.1 2.9 22.5 D50 15.5 50.2 19.79 15.8 35.1 2.5 19.7 D43 11.4 43 14.52 13.5 30.1 2.1 16.9 D39 9.57 39.4 12.19 12.4 27.6 2 15.5 D36 7.9 35.8 10.07 11.3 25.1 1.8 14.1 D32 6.39 32.2 8.143 10.1 22.6 1.6 12.6 D29 5.08 28.7 6.469 9 20.1 1.4 11.3 D25 3.98 25.4 5.067 8 17.8 1.3 10 D22 3.04 22.2 3.871 7 15.6 1.1 8.7 D19 2.25 19.1 2.865 6 13.3 1 7.5 D16 1.56 15.9 1.986 5 11.1 0.7 6.2 D13 0.994 12.7 1.267 4 8.9 0.5 5 3.7 最 小 值 之 二 倍 D10 0.56 9.53 0.7133 3 6.7 0.4 最 大值 (mm) 最 小值 (mm) 節 距平 均 節之高度(a) 間隙寬度(b)最大值(mm) 值(P) (最 大值) 標 稱 節之尺度 周 長 (L) (cm) 標 稱 剖 面 積(S) (cm2 ) 標 稱 直 徑 (d) (mm) 單 位 質 量 (W) (kg/m) 竹節 鋼筋 稱號 表4-2-2 竹節鋼筋標 稱尺 度(CNS560.A2006)
竹節鋼筋各項尺度之概算法如下：(#14及#18鋼筋除外) )斷面積(cm)片 號数 8 aa2.542 二)單位重(kgm-斷面積×100x0.00784 三)周長(cm片 號数 Q口92.54=號數 [圖4-2-4竹節鋼筋] b 8 [圖4-2-5竹節鋼筋規格]
8 [圖4-2-4 竹節鋼筋] 竹節鋼筋各項尺度之概算法如下：(#14及#18鋼筋除外) (一)斷面積(cm2 )= 號數 8 2 4 (2.54) 2 (二)單位重(kg/m)=斷面積× 100× 0.00784 (三)周 長(cm)= =號 數 號數 8 2.54 P P b a [圖4-2-5 竹節鋼筋規格]
【例题4-2-1】 試以概算法計算#8竹節鋼筋之断面積、單位重量與周長。 )断面積A=Y=880=5.083c㎡ 二)值径D=√$=√/题=2544cm
9 試 以概算法計算#8竹節鋼筋之 斷面積、單位重量與周長。 【例題4-2-1】 (一)斷面積 - (查表為5.067cm2 = ) 8 8 2 4 (2.54) 2 = 5.067cm2 (二)單位重=5.067cm2× 100cm× 0.00785kg/cm3=3.978kg-(查表為3.98kg) (三)周 長= cm-(查表為8cm) 8 8 2.54 = 7.98 竹節鋼筋為凹凸規則斷面，斷面尺寸無法直接量測，而須以重量法計算。計算方法為切一段長為L之鋼筋，秤 其重 量為W，若已知鋼筋比重為ρ ，則鋼筋斷面積 A = 。 W ❑L 有一支鋼筋長為100cm，秤其重量為3.99kg，試求此鋼 筋之 斷面積及直 徑。已知鋼筋比重為7.85g/cm3。 【例題4-2-2】 (一)斷面積 A = W ❑L = 3.99103 7.85100 = 5.083cm2 (二)直 徑D = 4A = 45.083 = 2.544cm
4-3鋼骨 鋼骨構造之優點： (一)強度較RC大，塑性應變大，韌性強，安全性高。 (二)結構由構件組立而成，造型自由，空間不受限制。 (三)工廠生產，材質均勻，品質控制良好。 (四)構件在工廠製造，不受天候影響，大量生產，减少人力，縮短工期。 (五)自重輕，增加梁跨度，適合高層建築。 鋼骨構造之缺點： (一)加工時容易產生殘留應力。 (二)耐触性低，須作表面處理。 (三)溫度變化易影響強度。 (四)因構件長細比大，易挫屈變形及振動
10 4-3 鋼骨 鋼骨構造之優點： (一)強度較RC大，塑性應變大，韌性強，安全性高。 (二)結構由構件組立而成，造型自由，空間不受限制。 (三)工廠生產，材質均勻，品質控制良好。 (四)構件在工廠製造，不受天候影響，大量生產，減少人力，縮短工期。 (五)自重輕，增加梁跨度，適合高層建築。 鋼骨構造之缺點： (一)加工時容易產生殘留應力。 (二)耐蝕性低，須作表面處理。 (三)溫度變化易影響強度。 (四)因構件長細比大，易挫屈變形及振動