為推動節能減碳、環境永續發展的國家基本政策與全球高度重視議題，近年來，國家實驗研究院國家地震工程研究中心推動國內新一代鋼筋混凝土材料與結構系統的研發，稱為「台灣新型高強度鋼筋混凝土（New RC）結構系統」，此即結構系統將鋼筋與混凝土強度分別提高至800與100MPa等級，分別約為國內工程界現行常用強度的1.8倍與3.6倍，此可擴大國內鋼筋混凝土營建材料的應用範圍。藉由嚴謹材料規格的制訂、合宜的結構設計與施工研擬，及適當的品質管控與檢驗，以獲得更穩定材料品質，更進而可獲得安全且經濟的結構品質。本計畫之研究內容包括：材料研發、構件行為研究、及結構分析、設計與施工，研發一套高強度鋼筋混凝土結構之分析、設計與實際施工管理的本土化準則，並協助國內產業界，達到應用此高強度鋼筋與混凝土材料於實際建築結構之總體目標。本文也介紹近年來台灣在新型高強度鋼筋混凝土（New RC）結構系統的發展近況。 一、前言傳統鋼筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）造建築，由於成本低、耐久性高、易於維護且符合一般國人居住習慣，為目前台灣應用最普遍的構造用營建材料。但因鋼筋混凝土材料之單位重量較大，位處於地震帶的台灣，建築結構物之地震力效應較為顯著，故依國內現行常用28至42MPa混凝土與420MPa鋼筋強度做為建築結構用材料，在無任何隔震系統的設置下，建築物的樓層數上限約為30層。故一般30層樓以上的超高層建築較少採用RC構造。一般而言，主要構件採用含鋼筋混凝土造，且避免使用輕隔間之實心隔間牆，可獲得較佳的隔音效果，適合居住之住宅建築。對於人口密集之都市化區域，住宅用地缺乏，且價格日益昂貴，因此將都市的住宅建築高層化，可紓解都市新建住宅用地不足的問題，或改善都市老舊且高密度低矮住宅建築之更新問題，且可增加建築周邊之公共空間，提升都市生活品質。 但台灣在過去1980至1990年代期間的快速經濟建設中，許多民生使用的住宅建築，大量採用經濟的鋼筋混凝土材料建造，由於各式建築的需求大，部分建設或營造公司儘管尚未具有充分之耐震營建技術，但因有建造大量傳統鋼筋混凝土建築結構實績，自恃具有成熟鋼筋混凝土造的設計、建造與品管等能力，即從事高耐震需求的高樓建築建設；另外，早期建設之中低樓層建築因結構系統不良、不當的加蓋或結構修改、耐震設計觀念不普遍、或結構耐震細節要求不嚴謹等因素，導致在1999年的921地震事件中，中低樓層或高層鋼筋混凝土造建築受到嚴重的破壞，儘管經耐震設計、考慮耐震細節、與經耐震施工及品管之高層建築，其耐震性能表現均如預期，並未有任何倒塌事件發生，但此地震事件已重創台灣民眾對鋼筋混凝土造建築的結構安全信心。 台灣鋼筋混凝土建築在過去遭受震災破壞的慘痛教訓後，近年來以財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心為首，結合相關研究人員與產業資源，投入大量的人力與資源，進行地震工程的教育、研發、規範標準的制定與推廣，隨著耐震工程教育的日益普及、鋼筋混凝土結構耐震工程技術的精進、新式抗震裝置與技術的成功研發、相關產業界與消費者對建築結構施工品質的重視、與過去耐震設計建築結構經真實地震作用下的良好性能表現，並借鏡日本採用預鑄基層工法與超高強度材料，應用於超高層鋼筋混凝土建築結構的發展經驗，只要經考慮周詳的耐震分析與設計、符合高強度材料特性的設計原理、嚴謹的材料及施工品質管控、與配合先進的抗震技術，超高層鋼筋凝土建築結構亦具有優異的耐震性能，已成功地受日本311的地震試煉。 採用高強度鋼筋混凝土應用於高層建築結構時，預鑄工法為確保結構品質之營建工法之一，並可有效縮短工期。因此，利用高強度鋼筋混凝土結構系統與預鑄技術工法之研發與推廣，可精進鋼筋混凝土構造建築的施工技術與品質，進而提升高附加價值的鋼筋混凝土建築。希望台灣鋼筋混凝土產業能藉由此次新型高強度鋼筋混凝土結構系統之研發，結合產官學研眾人之力，共存共榮，開創另一新的紀元。 二、日本New RC發展經驗現今全球在營建工程技術發展的先進國家中，日本是應用高強度鋼筋混凝土於超高層建築結構最頻繁的國家，也被公認為該技術最蓬勃發展的國家之一。在設計、施工與品質控制技術、及自主品管的務實做法與嚴謹態度，頗受國內工程與產業界認同；然而在行政部門也能勇於任事，主動或被動地制定前瞻性的產業發展大方向，利用公權力、公部門投入經費、結合研究單位的研發能量及企業界的資源，全力推動，才能開花結果，其經驗值得國內相關單位借鏡學習。 日本在1988至1992年期間由建設省推動New RC Project，其材料強度目標詳圖1之New RC區域[1]，將RC之鋼筋與混凝土材料強度，分別提升至降伏強度685MPa（約為目前國內常用鋼筋強度之1.7倍）與抗壓強度60MPa（約為目前國內常用混凝土2倍的強度）。圖1中之New RC-II與New RC-III計畫更將鋼筋與混凝土材料的應用目標強度提升，其強度上限分別訂定在New RC-II計畫的685MPa與120MPa，及在New RC-III的1275MPa與120MPa，目的欲延伸鋼筋混凝土材料在建築結構的應用範圍。圖2與圖3分別顯示，日本從1973年至2007年間RC構造建築之鋼筋與混凝土材料設計強度的演進過程，從1995年神戶地震後開始，RC構造建築之材料使用強度大幅度提高，使用鋼筋中之最大降伏強度從390MPa提升至685MPa，混凝土最大抗壓強度由過去的30MPa增加至150MPa。在採用高強度材料設計之建築物棟數的統計上，截至2007年為止，在日本已有超過500棟以上的超高層建築物使用New RC材料建造（圖4） [2]，更於2009年興建完成一棟建築樓層高度達47層（162m），與一棟59層（203m）之New RC建築（圖5），兩棟鋼筋與混凝土材料強度最高分別採用685MPa與150MPa。由日本發展經驗證實New RC應用於超高層建築之可行性。
然而從日本New RC建築結構的發展經驗也發現，其成功主要可歸因於下列特徵：(1) 日本民間營建企業具有高度的創新企圖心，(2) 日本政府提供正向的發展政策與管理方法，(3) 日本民間營建企業的研發能力強，且與大學等研究單位的合作研究關係密切，(4) 日本材料生產公司具有優異的研發能力。除此之外，在執行面上亦需有充分的理論與試驗研究成果、務實的工程實務、合乎法令的行政程序與嚴謹的審查制度配合，真實的New RC建築結構方能順利誕生。日本在推動高強度鋼筋混凝土建築結構興建的過程中，並非建立一套普遍使用之設計與施工規範，而是建立一套適用於超越一般設計規範規定材料強度上限可使用的設計與施工指針，在符合新材料、新技術、新工法的行政法令下，配合嚴謹的特殊審查機制架構，藉由審查單位提出統一的設計與施工審查要項，營建單位闡述整體建築結構所使用高強度材料的規格與性能、分析與設計的一致性、施工技術與品質管制條件、與新材料、新技術及新工法的性能試驗驗證成果，進行個案審查攻防，獲得審查單位認可後，政府部門始可頒發建築執照。日本在進行高強度鋼筋混凝土（New RC）建築結構特殊審查初期，態度極為謹慎，僅核准一個審查單位，此單位必須對新型高強度鋼筋混凝土結構研究有豐富經驗，使此特殊超越現行鋼筋混凝土設計規範強度之超高強度鋼筋混凝土建築結構，能維持一致的嚴謹審查水準，俟該技術達一定的成熟度，並累積審查經驗，建立完整的審查制度後，再循序漸進地逐步開放審查單位。此做法之目的在確保新型式之材料與結構系統能在正面與穩定的方向上應用，以確保建築結構的品質與安全。 日本在應用高強度鋼筋混凝土材料於高層建築時，雖然高強度材料僅應用於下部之局部樓層，但適用於現行規範強度規定之結構施工要求與品質管制必須與高強度鋼筋混凝土者相同，為確保結構施工品質的穩定性與時效性，往往要求採用預鑄或半預鑄工法施工，對於各實際結構所使用不同型式的預鑄接合，均須經試驗驗證其性能，並適當地反應於結構分析與設計中，使由不同預鑄施工法所建造之結構接合性能與設計預期一致。另外，高強度鋼筋混凝土材料應用於超高層建築時，通常同時或部份配合應用隔震或制震消能裝置，以降低地震輸入結構之地震力，且使建築物之結構尺寸規模與變形均能控制在可合理接受之範圍內，使建築物的施工品質、結構安全與舒適度得以確保。 由此可了解，採用此高強度材料之鋼筋混凝土構造建築，從材料生產、結構物的製造與品管、結構分析與設計、到隔震或減震裝置的配置，均較普通傳統鋼筋混凝土構造建築者技術門檻較高，品質管控較嚴格、分析計設更為講究、且需要更先進隔減震技術的配合，因此其建造成本相較於普通傳統鋼筋混凝土結構高出許多。文獻[2]中也對高強度鋼筋混凝土、純鋼構（steel）與鋼骨鋼筋混凝土（SRC）造之超高層建築結構進行成本與工期分析比較，圖6(a) 的成本比較結果顯示，採用高強度鋼筋混凝土造之建築成本最低，其次為鋼骨鋼筋混凝土造，最高為純鋼構造，以一棟30層建築物為例，高強度鋼筋混凝土造建築之成本可較鋼骨鋼筋混凝土造建築者節省20% 至30%，較純鋼構建者約節省40至50%；圖6(b) 的工期比較結果顯示，鋼骨鋼筋混凝土造建築之施工工期最長，而高強度鋼筋混凝土造高層建築可利用預鑄積層工法施工，在工期上可與純鋼構造競爭，一般而言，對於高度約低於25層之建築，高強度鋼筋混凝土造建築之工期可較純鋼構造者短，高度高於約高於25層之建築，則高強度鋼筋混凝土造之工期略長，對於50層樓建築而言，其工期約10% 左右。由此比較結果顯示，高強度鋼筋混凝土在高層住宅建築上之應用，就日本的經驗而言，無論在成本或工期均有優勢的競爭力。
三、台灣高強度鋼筋混凝土構造系統之發展3.1 台灣之應用機會台灣地狹人稠，在西部人口密集，發展已高度都市化，建築用地逐漸不足，此都市的發展經驗與日本類似，同時受颱風、地震等天然災害侵襲的危害度也與日本相近，因此在建築結構工程的演進發展上，日本許多技術與經驗值得台灣學習。近年來台灣在各大都市中，屋齡超過三、四十年之低矮樓房比例漸漸增高，此類建築在都市中具有相當比例，並已超過或逐漸達到設計使用年限，因而有其都市更新的壓力，故政府大力鼓勵推動都市更新。在都市更新的契機下，將有大面積建地的產生，因此可以仿效日本的都市空間規劃，採用高層建築以增加大面積綠地公共空間的做法，大幅改善台灣都市中的舊市區景觀、環境與居住品質。另外，台灣都市新建建築用地有限，亦可效法日本經驗，積極發展超高材料強度之New RC建築，朝向超高層發展，質的提升可促進量的減少，故使用高強度RC材料不僅減少材料使用量，並能節省製造材料之能源，進而減少溫室氣體排放，往環境永續的國家發展目標邁進；此亦可精進國內建築的結構材料生產、結構設計與施工製造及品管等技術，同時舒解都市的土地需求，增加建築周邊的綠地空間，有助於提升都市擁擠的生活品質。 3.2 台灣之發展演進過程台灣學術單位過去即對高強度鋼筋混凝土材料與構件進行研究，但鋼筋材料的生產是屬於高資本的工業化生產，高強度鋼筋的生產除了有高度技術門檻外，尚有賴於鋼筋製造廠商的研發意願與訂單需求的商業利益考量，過去台灣鋼筋製造廠商在商業利益的主要考量下，量產鋼筋的強度最高等級僅達SD490鋼筋，因此過去學術研究單位在進行高強度鋼筋混凝土結構之研究工作時，大多著重於高強度混凝土材的研發，與探討提高混凝土材料的強度對鋼筋混凝結構構件力學性能之影響。就充分利用鋼筋混凝土材的力學特性而言，應用於建築結構之鋼筋與混凝土材料之強度比有一定之比例，約介於6至12之間，因此當混凝土材料強度提升時，鋼筋強度也應適當增加，以發揮高強度鋼筋混凝土結構之應用效益。過去台灣在此方面的研究，受限於強度高於SD490鋼筋的取得，以致於研究侷限於混凝土強度提升的局部研究，而無法考慮到鋼筋強度同時提高的整體性研發。 近年來，台灣在高強度鋼筋混凝土結構系統的研究領域上，主要有三個單位進行整體性的介紹、探討、研發與推廣等工作，包括：
其中三個單位主要研究的著重項目與歷年完成之研究成果分述如下：
四、 國震中心推動之「台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統」計畫4.1 計畫目標「台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發」計畫之總目標，是利用材料與結構技術研發成果，研擬一套超高強度鋼筋混凝土結構之分析、設計與實際施工管理的本土化準則，並協助國內工程界，實際應用超高強度鋼筋混凝土材料應用於興建建築結構上，並推動台灣第一棟New RC建築的建造為主要目標。本計畫著重在鋼筋與混凝土材料因強度提升後，對鋼筋混凝土造建築結構影響的技術研究，混凝土強度從現行常用之28至64 MPa間，提高至70至100 MPa，鋼筋降伏強度由現行常用的420 MPa或490 MPa，提升至685 MPa（主筋）與785 MPa（箍筋），如圖7所示。本計畫不以修改現行結構混凝土設計規範為目標，而是以現行規範為基礎，研擬適用於New RC建築之設計、施工與品管指針，依據營建署「建築新技術新工法新設備及新材料認可申請要點」，作為New RC建築的建造法令基礎。本研究所規劃之New RC結構系統有以下特點： (1) SD685鋼筋因強度太高，其含碳當量高不利銲接製作，故建議採用螺紋節鋼筋，以利鋼筋以螺紋牙套筒灌注砂漿續接， (2) 此高強度鋼筋不建議採用標準彎鉤錨定，建議使用灌漿式機械錨定裝置作為端部錨定， (3) 為使New RC結構之施工品質獲得確保，建議上部結構採用預鑄工法施作。 4.2 研發團隊國震中心為有效率地執行「台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發」計畫，組成一包括產業界、社團組織、學術界定與研究單位之「台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發」研究團隊，並命名為Taiwan New RC Group，如圖8所示，從技術層面分別針對材料技術、材料規格制與推廣、結構構件力學行為的試驗研究與模擬驗證、與整體結構非線性動力分析與設計之本土化技術等進行研發。特別在產業界與國內東和鋼鐵與日本東京鐵鋼（TTK）株式會社之鋼筋生產廠商合作，以取得試驗所需之高強度SD685，SD785鋼筋材料，也希望國內鋼筋製造廠商能有能力量產SD685，SD785鋼筋。同時為確保台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統之施工品質，因此將主要施工法設定採用預鑄工法施工，故在產業界之合作對象方面，也獲得國內最具規模之預鑄構件製造廠，包括潤弘精密工程公司與亞利預鑄公司的同意，投入研發的行列，致力於高強度混凝土的製作品質控制，與研發穩定且耐震性能良好的預鑄接合型式與工法。此為實踐興建台灣新型高強度鋼筋混凝土建築結構的重要一環。
4.3 研究項目「台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發」計畫之研究內容可歸類三個主要項目，包括：(1)材料基本性質研究、(2)構件行為研究、及(3)結構分析、設計與施工，詳圖9所示。其中，材料與基本性質研究包括，高強度螺紋鋼筋與高強度混凝土材料之基本性能、鋼筋續接與端部錨定配件，高強度纖維混凝土之應用，高強度螺紋鋼筋與高強度混凝土之握裹行為等；在構件行為研究方面，目前著重在柱、梁、剪力牆、剪力連接梁等構件，受純撓曲、剪力與軸力或組合應力之力學行為、梁柱接頭力學行為研究、及結構構件裂縫開裂特性等研究，如圖10所示；在結構分析、設計與施工方面，著重於結構非線性動力分析，結構性能設計，並研擬結構分析基準、結構設計與施工指針。唯有三方面均獲得可信且成熟研發成果後，再配合構件設計及施工技術，此系統才可推廣應用於實際工程中。現階段國內東和鋼鐵已完成材料高強度SD 685與SD 785鋼筋的研發，但進行量產仍有困難，為使後續構件試驗研究之材料來源充分無虞，期盼國內東和鋼鐵能努力克服困難，真正達到可全面量產高強度螺紋鋼筋之商業模式。現階段日本TTK公司已陸續捐贈研究所需之高強度鋼筋材料，方可使研究工作得以順利進行。關於結構構件也正展開各種受力之強度、變形與耐震性能研究，部分也已獲得初步之研究成果。由於本研究研發之鋼筋與混凝土材料強度較現行規範規定者大幅提高，因此過去傳統鋼筋混凝土學中構件的分析與設計公式、結構系統的設計邏輯、分析方法與流程、及施工的方法與管理已無法完全涵蓋，均應重新審視其適用性，並研發創新且適當的設計與施工細節，建立高品質、安全且經濟的新節能減碳建築結構系統。 4.3 現階段研究成果4.3.1 材料基本性質研究高強度混凝土 高強度螺紋節鋼筋
螺紋節鋼筋與高強度混凝土之握裹行為研究
鋼筋續接器性能研究
鋼筋端部錨定性能研究 4.3.2 結構構件行為在結構構件行為之研究中，探討主題涵蓋高層鋼筋混凝土結構各主要構件，包括柱構件行為、梁構件行為、梁柱接頭行為、剪力牆構件行為、及構件裂縫發展與控制，主要研究成果概述如下。 梁構件撓曲與剪力行為研究
柱構件圍層束作用之研究 柱構件剪力強度力學行為研究 梁柱接頭耐震性能研究
高強度鋼筋混凝土梁之裂縫發展與控制
五、預期成果與效益此台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統（Taiwan New RC Project/Group）完成，預期可獲得以下之綜合效益：
六、結語「台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發」計畫在各界的熱情與努力參與下，已獲得初步的研究成果，國震中心也預計於2015年底出版高強度鋼筋混凝土結構構件設計指針，並研擬施工指針。此對於已著手進行台灣New RC建築設計之團隊應有一定的幫助，此也往推動興建台灣第一棟New RC建築物之目標邁進一步。這也應感謝研究團隊的全力以赴，國家實驗研究院的經費支持，與國內各界提供正面意見與協助，同時，也特別感謝日本TTK株式會社捐贈穩定高品質之鋼筋提供試驗研究之用。然至目前為止唯一遺憾的是，國內鋼筋廠尚無法量產SD 685與SD 785鋼筋。 參考文獻
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