RC牆矩形開口角隅抗裂：短碳纖維複合補強元件有限元素分析

台北市結構技師公會結構論壇刊出沈德厚結構技師之研究，探討建築物鋼筋混凝土（RC）牆矩形開口角隅之抗裂補強方法。外牆與非結構牆常因採光通風開孔，在地震側向力、混凝土收縮或溫差下，直角幾何易引發應力集中並產生45度斜向裂縫。傳統依規範配置斜向剪力鋼筋時，在12至15公分薄牆中常因鋼筋交織過密而引發澆置蜂窩缺陷。研究導入以30%再生短碳纖維與聚丙烯混煉成型之補強元件（StrongEdge™），採多環式圓弧結構設計，建立「應力分散－裂縫阻隔－能量耗散」機制。透過 ANSYS 建立 3000 mm × 3000 mm × 120 mm RC 牆體數值模型分析，單獨配置複合材料元件可使角隅剪應變降至未補強前的25%（降低約75%局部變形量），效果優於單純配置斜向鋼筋；若兩者同時配置，抑低剪應變之效果最為顯著。作者指出該工法不增加排筋密度，可改善施工性，未來將續作實體側推試驗與水平樓板開口研究。

值得帶走的重點

• 外牆矩形開口傳統配置斜向鋼筋易在12至15公分薄牆造成鋼筋過密，引發混凝土卡料與蜂窩缺陷。
• 補強元件採用30%再生短碳纖維與聚丙烯基底混煉，彎曲強度154 MPa，具吸水率0.02%與耐腐蝕特性。
• ANSYS 模擬顯示，窗框角隅剪應變排序為：未補強 > 僅斜向鋼筋 > 僅碳纖複合元件 > 複合元件搭配斜向鋼筋。
• 單獨設置該複合元件可將角隅剪應變降至未補強前的25%，有助於改善應力集中且不佔用主筋排筋空間。