建築鋼筋施工圖繪製缺失及注意事項之探討

□楊秉蒼/正修科技大學 土木與工程資訊系 助理教授

一、前言

        民國88年9月21日當天,整個台灣經歷一場大自然的浩劫,使得台灣本島數以萬計的百姓,因地震造成的身心傷害無法彌補,無數建築因承受不了地震的破壞,一一傾倒毀損;然事後檢討,除歸咎於大自然可敬的力量外,不免令人質疑工程品質真的沒問題嗎?根據統計國內建築結構約80%以上為鋼筋混凝土結構。由於鋼筋混凝土結構係由鋼筋及混凝土兩種材料複合而成,所以建構過程施工品質之控管,決定結構未來的安全及耐久性。就現有的工程技術來看,混凝土品質已能獲得有效的掌控,惟鋼筋工程品質令人憂慮。
        由於國內營建工程多屬分包制度,一旦營建廠取得標案後,多數會依工程屬性,將分項項目逐一發包給下游專業分包商施作;其中,攸關專業之鋼筋施工圖繪製,多交由工程經驗豐富的鋼筋師傅繪製,然現今鋼筋施工圖繪製師傅之學習技能,多由上一代師傅透過口耳相傳的經驗累積而來,殊不知鋼筋施工圖繪製過程,所依賴之鋼筋標準圖,會依建築結構運算軟體差異、結構設計規範引述差異及學術研究之突破,修正相關規定,導致部分鋼筋施工圖產生不完善的繪製結果。
        當然有人會問,監造單位及營建工程師於鋼筋施工圖繪製完成後,沒有審查鋼筋施工圖嗎?當然有。然是否能有效檢核出錯誤之處,這是有問題的?原因在於營建工程師求學過程,多數學者於教授鋼筋混凝土學及工程估價之過程,並沒有教授鋼筋施工圖繪製技術,一旦學生進入職場要於短時間內瞭解鋼筋施工圖繪製技術,這對專業工程人員而言是不容易做到的。為此,本文將進一步探討坊間建築鋼筋施工圖繪製過程經常發生的問題及繪製過程應注意事項,藉以提供建築鋼筋工程施工檢核之參考。

二、鋼筋工程發展及生命週期

(一) 鋼筋工程發展
        鋼筋混凝土(Reinforced Concrete)簡稱RC,係指由混凝土及鋼筋材料所構成之複合材料。就混凝土發展歷史過程來看,其發展最早由1756年由英國人John Smeaton以石灰石及黏土的混合料鍛燒研磨後,使其加水後可以產生強大的膠結性能,故稱此為水硬石灰(Hydraulic Lime)。1824年有水泥之父之稱的英國人Joseph Aspdin嚐試以人工混合石灰與粘土,加以鍛燒製成波特蘭水泥(Portland Cement)。混凝土材料發展雖為時甚久,然直至十九世紀中葉混凝土仍僅應用於抗壓材料,直到1850年法國人Lambot以混凝土製成小舟,在經過多次失敗後,於混凝土內加入鐵絲網,並於1854年巴黎博覽會中展示獲得專利。1890年美國人Ransome在舊金山建造一棟長312呎高度兩層樓鋼筋混凝土建築物,自此美國發展之鋼筋混凝土結構物便發展迅速,直到1903年美國成立聯合委員會,這才使得鋼筋混凝土的設計趨於一統。鋼筋與混凝土兩種性質截然不同的材料之所以能結合成為良好的結構複合材料,主要有下列幾個原因:
        1. 混凝土與鋼筋膠結硬化後,鋼筋能與混凝土結合為一體,如此可防止鋼筋與混凝土產生相對位移。
        2. 鋼筋與混凝土兩種材料之線膨脹係數接近,所以溫度發生變化時,鋼筋與混凝土所產生的變化很小,可忽略不計;同時混凝土為不良導體,可防止鋼筋受到劇烈的變化。
        3. 混凝土包裹鋼筋,可防止鋼筋袘k。
        現今鋼筋混凝土結構之所以受到重用的原因,在於其具有強度高、材料價廉、符合經濟性、造型容易、耐久、耐火及耐震等優點;不過同樣具有部分缺點,例如自重大、品質控制不易、施工程序繁複、修改拆除困難及模版費用大等。至今鋼筋混凝土已成為國內外廣泛被使用的營建材料之一。
(二) 鋼筋工程生命週期
        鋼筋工程之工程生命週期,如圖1所示。由圖示瞭解要完成一項鋼筋工程任務,首先要有工程圖說,其內容包含建築設計圖、結構平面圖、鋼筋配筋圖及鋼筋標準圖四種,如下圖所示。
        
        1. 建築設計圖:主要描述建築空間的配置關係,圖2為一樓建築平面圖例,圖3為建築正立面圖例。
        2. 結構平面圖:主要描述各結構部位之編號,圖4為基礎層結構平面圖例。
        
        3. 鋼筋配筋圖:主要描述結構各部位之配筋狀態,包含鋼筋配置號數、數量及間距,圖5為基礎梁配筋圖例。
        
        4. 鋼筋標準圖:主要說明結構部位需要搭接、伸展及補強時,應設置之位置、鋼筋號數、長度及數量,圖6為連續基礎梁配筋標準圖例。
        一般工程若有工程圖說即可開始施工,惟鋼筋受供給長度之限制,故須考慮搭接的位置及長度,此時為便利施工,則須繪製鋼筋施工圖以利施工,圖7為梁鋼筋施工圖。
        4.主筋側邊標準彎勾保護層厚度8cm。
        5.箍筋左右保護層厚度為6.2cm,上下保護層厚度為4.0cm,柱邊起5cm配置第一根箍筋。
        當施工圖繪製完成後,再依據施工圖標示之代號、編號、項目、形狀、號數、長度、間距及數量等資料,計入鋼筋施工圖料單明細表內,計算各號數鋼筋所需重量,表1為梁鋼筋施工圖料單明細表。
        當所有料單明細表建立完成後,將不同鋼筋號數的鋼筋分開累計,再依鋼筋號數差異進行鋼筋裁切規劃分析,藉以求得最適鋼筋採購策略,表2為最適鋼筋裁切規劃組合資料,若分析結果亂尺鋼筋成本較定尺鋼筋成本低,可將此鋼筋裁切規劃結果列印輸出,交由鋼筋師傅進行鋼筋裁切,圖8為鋼筋堆置區圖例,圖9為鋼筋師傅進行鋼筋裁切圖例。

        鋼筋工程進行過程師傅會依需求長度裁切鋼筋後,再依鋼筋料單形狀內容,將鋼筋彎成施工所需要之形狀,並進行分料綑綁動作,如圖10所示;再以版車或吊卡車裝載鋼筋,經過磅運至工地,並依逐層施工模式,綁紮組立基礎、柱、梁、版、樓梯及牆等部位之鋼筋,圖11為鋼筋搬運及綁紮組立圖例,圖12為基礎、柱、梁、版、牆及樓梯組立完成圖例。


三、鋼筋工程之重要性

        營造業長久以來被視為國家經濟體之火車頭工業。近年來,整體營建市場景氣狀況不佳,多數營造公司經營利潤下滑,部份體制不健全的公司相繼結束營業,幸存的公司,無不透過各種精簡程序,以維持公司的生存。一些動作積極的公司,早將成本的控制轉向工程專案本身,期望藉由工程技術的提昇,降低工程費用的支出,例如透過工法改進降低成本,或大量使用機械化工具降低人力成本等。雖然上述部分方法能有效降低工程成本,然從開發到使用仍會面臨一段陣痛期,故要短期內改善現有狀況,誠屬不易。
        就營建工程而言,一項專案主要由工程材料費及勞力工資費為主,表3為依工、料及機具區分之不同樓層建築費用結構表,由表得到材料費用比例為工資比例約1.1~3.0倍之間。若進一步以工程項目觀視建築費用結構,發現工程類別以裝修(內、外牆)工程費用佔最大宗,如表4所示;不過裝修工程受設計指定影響大,有時同樣的需求品會因廠牌名稱不同,造成過大的價格差異,所以透過裝修工程降低工程費用的策略可行性,有時很難有效掌控。

        以目前國內現有建築及土木工程而言,多數仍以鋼筋混凝土結構為主,表5為依構造別區分之歷年建築物使用執照總樓地版面積;其中,仍以鋼筋混凝土為主要構造,約佔70%~90%之間,截至目前為止,鋼筋混凝土構造仍具高使用率。
        鋼筋混凝土主體結構主要由鋼筋、混凝土及模版三項工程所構成,對於三者間的材料數量交互關係,可參考表6,表7為建築物用途別不同之結構材料使用量。由上述相關資料瞭解鋼筋工程費用約佔主體工程費30~40%左右;另外,鋼筋材料費用又佔鋼筋工程費約70~80%左右,故鋼筋材料成本控制的重要性,不容忽視。目前鋼筋材料較常發生的問題,主要仍以鋼筋材料損耗控制問題為主。

四、鋼筋施工圖之重要性

(一) 鋼筋施工圖的定義
        依行政院公共工程委員會之公共工程製圖手冊之規定,所謂施工圖:『係為永久性工作項目施工用之圖樣。承包商為配合施工需要,根據設計圖說(包括構想圖、設計圖及施工規範等)製作完成之圖樣,檢討及解決設計圖說不夠明確之詳細尺寸、斷面及接頭等細節及施工問題,以提高施工時之便利性及精準度,使施工結果能達成設計目標』。
        由上述說明可以瞭解施工圖的繪製,主要為工程實際施工過程,為使施工者於施工過程有所依循而繪製之圖樣,以避免有設計圖而無法順利施工之窘境。由此瞭解構造物要能順利完成,鋼筋施工圖繪製之重要性,功不可沒。
(二) 鋼筋施工圖的重要性
        根據內政部營建署統計資料顯示,國內建築結構型態約有80~90%以上屬於鋼筋混凝土結構,此結構工程主要由混凝土、模版及鋼筋工程所構成,一般混凝土施工過程係屬於澆置活動,所以施工過程僅須擬定施工計畫即可施工,並無混凝土施工圖之需求。至於模版應用之目的,在於塑造建築物形狀所需之假設工程,由於建築設計圖設計過程,對模版工程施工所需之材料規格無明確之規定,在確保能支承混凝土、鋼筋重量及安全性考量前提下,模版工程必須針對可能受載的重量,設計模版厚度、支撐間距及相關配件之材質及尺寸,藉以增加未來鋼筋及混凝土施工過程的安全性;因此,模版工程雖然是假設工程,但還是需要繪製模版施工圖。
        鋼筋工程為鋼筋混凝土結構中,兩項重要材料之一,其功能在承擔鋼筋混凝土之拉應力及部分壓應力。由於建築設計圖僅對各結構部位所需之鋼筋號數、根數及間距作描述,並沒有將施工過程所需之資訊描述於建築設計圖內,導致施工過程會遇到需求長度大於鋼筋供給長度現象,例如建築高度為36m高,試想您看過36m長的柱鋼筋嗎?(應該沒有),若連續梁跨總長度為50m,試想您看過50m長的梁鋼筋嗎?(應該沒有),為何沒有那麼長的供給鋼筋呢?原因不在於鋼筋生產工廠,因為工廠只要生產線容量夠大,要生產幾公尺的鋼筋並不是大問題,主要問題在於鋼筋生產後,有那麼長的車輛運送嗎?道路有那麼寬嗎?工廠到工地運送過程道路沒有轉彎嗎?工地可以容納那麼長的鋼筋嗎?那麼長的鋼筋方便搬運嗎?由上述說明可以瞭解為何鋼筋供給長度會受到限制。
        為使鋼筋工程施工能確實完成,須以預先設定好的鋼筋供給長度,配合建築設計圖及鋼筋標準圖,使其能繪製出符合相關工程規範規定之鋼筋施工圖。由此不難理解一項鋼筋工程推動過程,若無適當之鋼筋施工圖的配合,將使鋼筋工程施作顯得窒礙難行,鋼筋施工圖的重要性,由此可見。
        雖然坊間鋼筋工程施工前,多由現場工程師或有經驗之鋼筋師傅繪製鋼筋施工圖,惟多年參與鋼筋工程的經驗,發現坊間鋼筋師傅繪製的鋼筋施工圖,大多以經驗的傳承為主學習技藝,然在無系統化的教育環境下,鋼筋師傅繪製之鋼筋施工圖內容,較為凌亂,且交代不清楚,師傅對施工圖之內容呈現不盡相同。圖13~15為現階段坊間鋼筋施工圖繪製之樣本圖;其中,圖13為柱鋼筋施工圖,圖14為梁鋼筋施工圖,圖15為鋼筋版施工圖,圖16為鋼筋需求尺寸整理後之料單資料。

        現階段坊間鋼筋師傅繪製之鋼筋施工圖,較常出現之繪製觀念問題點,內容說明如下:
        1. 鋼筋受拉搭接長度與伸展長度是否一樣?兩者間差異為何?
        2. 鋼筋搭接長度有分為甲級及乙級搭接,如何區分?
        3. 鋼筋搭接長度及受拉伸展長度之頂層鋼筋及一般鋼筋,如何區分?
        4. 柱筋為何要採二層一搭接,其搭接位置是否正確?
        5. 柱筋採續接,其續接錯開距離為何?
        6. 梁筋上、下層搭接位置正確嗎?基礎梁與一般樓層梁搭接位置是否一樣?
        7. 邊梁主筋標準彎勾之保護層厚度為何?
        8. 梁箍筋須為閉合型(□型)還是開放型(U型),原因為何?
        9. 版筋可以搭接在梁上嗎?需要搭接嗎?還是設標準彎勾?
        10. 樓梯需要補強嗎?補強的位置及數量為何?
        11. 牆是否要繪製施工圖?是否要錯開搭接?水平鋼筋端部錨定是直線還是標準彎勾?
        12. 鋼筋末端是否需要設置180°彎勾?
        13. 標準彎勾長度如何計算,其彎折長度標示之起算點為何?
        14. 箍筋長度計算包含哪些部位?
        上述問題為現階段坊間鋼筋師傅繪製鋼筋施工圖過程經常出現的問題,所以建立適當有效的鋼筋施工圖繪製程序有其必要性。

五、鋼筋施工圖繪製之注意事項

        下列依序說明鋼筋施工圖繪製基本技能、鋼筋施工圖構件元素及鋼筋施工圖繪製原則。
(一) 鋼筋施工圖繪製基本技能
        繪製鋼筋施工圖前,必須確認是否有能力繪製鋼筋施工圖,其技能包含:
        1. 確認是否懂建築設計圖。
        2. 確認是否懂鋼筋配筋圖之相關符號規定。
        3. 確認是否懂鋼筋標準圖鋼筋搭接及握持之相關規定。
        4. 確認是否瞭解各部位鋼筋施工圖繪製程序。
        倘若繪製者對上述程序之相關要求事項均能完全瞭解,便可進行鋼筋施工圖繪製。
(二) 鋼筋施工圖構件元素
        建築工程各結構部位之鋼筋構件施工圖構成元素,說明如下:
        1. 基礎:依型態可分為獨立、聯合、連續、筏式基腳,鋼筋主要由平面基礎版之主副筋所構成。
        2. 柱:依型態可分為方型、矩型、圓形及多邊型柱,鋼筋主要由主筋、箍筋、繫筋所構成。
        3. 梁:依型態可分為矩型及I型梁,鋼筋主要由主筋、補強筋、腰筋及箍筋所構成。
        4. 版:依型態可分為雙層雙向及柱列帶版,鋼筋主要由平面版之主副筋、角隅補強及其他補強筋所構成。
        5. 樓梯:依型態可分為折版式及懸臂式,鋼筋主要由主副筋、牆及版補強筋所構成。
        6. 牆:依型態可分為單層及雙層筋牆,鋼筋主要由立面之縱橫向主副筋、補強筋及固定筋所構成。
(三) 鋼筋施工圖繪製原則
        下列依序說明鋼筋施工圖繪製過程,應注意的基本程序原則:
        1. 由於建築工程主要採逐層施工(順打工法),所以鋼筋施工圖繪製應配合施工程序,由下往上逐層繪製施工圖(樓層分界線以各樓層中央為分界面繪製施工圖)。
        2. 鋼筋施工圖繪製主要在求鋼筋施工過程,結構各部位所需之鋼筋長度、數量、搭接或錨定握持的位置。
        3. 雖然鋼筋工程估價單位,以重量為基準,惟施工圖繪製過程係以長度計算各部位所須之鋼筋長度(長度單位以公分(cm)為主)。若有重量之需求時,將鋼筋所需之總長度乘以各號數單位重,以求得標稱單位重狀態下之鋼筋總重量。由於不同廠牌鋼筋單位重略有差異,所以營造廠商與鋼筋分包商之計價基準,多以鋼筋過磅重量為計價基準。
        4. 各結構部位鋼筋施工圖繪製之順序,依序為基礎、柱、梁、版(含樓梯)及牆。■

參考文獻

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