第四章 結論與建議
照片 2. 9 位於柱試體端部塑鉸區圍束繫桿之設置情
照 片 2.10 本 研 究 所 有 柱 試 體 於 製 作 完 成 後 之 情 形
照 片
2.9 位 於 柱 試 體 端 部 塑 鉸 區 圍 束 繫 桿 之 設 置 情 形 (雙 層 配 置 )
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.10 本 研 究 所 有 柱 試 體 於 製 作 完 成後 之 情 形
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
第三章 實驗結果與討論
近 年 來本 所 針 對 填 充 混 凝 土箱 型 柱 (Concrete-Filled Box Column，
簡 稱 CFBC)做 過 一 系 列 的 研究 ， 發 現 國 內 SRC 構 造 設 計 規 範 中 ， 並 沒 有 對箱 型 柱 的 長 寬 比 (H/B)與 寬 厚 比（ B/th）有 明確 的 限 制，導 致工 程 實 務上 可 能 出 現 不 保 守 的設 計 情 形。故 本 案 為延 續 性 之 研 究，採用 改 變 矩形 箱 型 柱 斷 面 長 寬 比之 使 用 限 制，以 及 設置 圍 束 繫 桿 對 提 升箱 型 柱 耐震 性 能 之 有 效 性 等，透 過 理 論 分 析 及 結 構試 驗 等 方 法，進 行填 充 型 箱型 柱 的 耐 震 性 能 試 驗。 以 利 完 成 相 關 構 造設 計 規 範 ， 對 CFBC 斷 面 長寬 比 於 高 軸 力 條 件 下， 相 關 的 設 計 建 議 。
第 一 節 試 體 材 料 強 度 試 驗
有 關 本研 究 混 凝 土 抗 壓 強 度、圍 束 繫 桿 與 鋼 板 拉力 強 度 之 材 料機 械 性 質測 試 方 法 如 下 ：
1. 混 凝 土 圓 柱 試 體 抗 壓 試 驗
混 凝 土設 計 強 度為 420kgf cm2， 所有 混 凝 土 圓 柱 試 體 抗壓 實 驗 之 試驗 方 式，依 據 CNS1238 混 凝 土 抗壓 強 度 檢驗 方 法，以 300 噸 抗 壓試 驗 機 進 行 測 試 ， 待試 驗 完 成 之 後 ， 將 其試 驗 結 果 列 於 成 果 報 告中 。
2. 圍 束 繫 桿 拉 力 試 驗
試 體 之 圍 束 繫 桿 使 用 不 同 直 徑 之 鋼 材 ， 材 料 試 驗實 測 降 伏 強 度 及 實測 極 限 強 度 紀 錄 將 待試 驗 完 成 之 後 ， 將 其試 驗 結 果 列 於 成 果 報 告中 。
3. 鋼 板 拉 力 試 驗
柱 板 採 用 SN490B 系 列 鋼 板(標 稱 降 伏強 度 3.3tf cm2 )， 配 合 寬 厚 比之 變 化，柱板 厚 度 分為 兩 種，分別 為 1.2 cm 及 1.6 cm，所
有 鋼 板取 樣 後 加 工 製 作 拉 力試 片，依 CNS2112 規 定 進 行 測試，平 均 實 測降 伏 強 度 及 平 均 實 測 極 限 強 度 將 待 試 驗 完成 之 後 ， 將 其 試 驗 結 果列 於 成 果 報 告 中 。
表 3.1 梁 柱 試 體 之 混 凝 土 圓 柱 試 體 抗 壓 強度 試 驗 結 果 列 表 齡 期 最 大 強度 直 徑 破 壞 抗 壓 強度 平 均 抗壓 強 度
天 kgf cm 形 態 kgf/cm2 kgf/cm2
28 47,504 12.0 A 420 420
28 50,580 12.02 B 420 420
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
表 3.2 厚 度 12mm 鋼 板 拉 力 試 驗 表
樣 品 名稱 降 伏 點 抗 拉 強度 降 伏 比 伸 長 率
tf/cm2 tf/cm2 % %
T12-1 3.99 5.51 72 -
T12-2 4.11 5.50 75 -
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
表 3.3 厚 度 16mm 鋼 板 拉 力 試 驗 表
樣 品 名稱 降 伏 點 抗 拉 強度 降 伏 比 伸 長 率
tf/cm2 tf/cm2 % %
T16-1 4.02 5.45 74 -
T16-2 4.38 5.47 74 -
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
表 3.4 繫 桿 拉 力 試 驗 實 測 降 伏 強 度 及 實 測極 限 強 度 列 表
樣 品 名 稱 降 伏 點 抗 拉 強 度 降 伏 比 伸 長 率 (%) 斷 面 縮 率 ksi N/mm2 tf/cm2 ksi N/mm2 tf/cm2 % G.L.=8in % A49-16-1 151 1044 10.64 158 1088 11.09 96 15 57.0 A49-16-2 162 1117 11.39 170 1171 11.93 95 14 59.0
要 求 值 (A490) 92~ 120~ 14~ 35~
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
第 二 節 試 驗 結 果 與 觀 察
惟 因 試體 採 購 作 業 之 延 誤，致 本 年 度 無 法 完 成 原規 劃 之 試 驗，相 關 試 體擬 納 於 後 續 實 驗 研 究辦 理 。
第 三 節 填 充 型 箱 型 柱 耐 震 性 能 討 論
總 結 現階 段 針 對 CFBC 之 研究 成 果，當 軸 力 比 小於 0.2 時，CFBC 方 柱 斷 面 上 是 用 國 內 相 關 規 範 規 定 ； 當 軸 力 比 大 於 0.2 時 ， 規 範 對 CFBC 柱 斷 面 寬 厚 比 之 設 計 規 定 ， 將 無 法 滿 足 柱 於 塑 鉸 區 之 耐 震 韌 性 需 求。本 案 試 體 設 計 理 念，為 利 結 合 過 去 研 究 成果 進 行 比 較，驗 證高 軸 力 下長 寬 比 與 寬 厚 比 的 設計 極 限 。
F24R2.0YP20 試 體 與 F32R2.0YP20 試 體
在 103 年 黃 國 倫 與 陶 其 駿「 矩 形 填 充混 凝 土 箱 型鋼 柱 耐 震 能 力 提 升 研 究」的 研究 成 果 中，基 於 箱 型柱 鋼 板 之 標 稱降 伏 強 度 3.3 tf cm2、 420 kgf cm2標稱 抗 壓 強 度 混 凝 土、寬厚 比 為 40 及 箱 型柱 以 全 滲 透 銲 接 製 作之 條 件 ， 進 行 低 軸 力作 用 (承 受軸 力 約 為軸 向 強 度 20%)下之 側 向 撓 曲反 覆 載 重 試 驗 ， 其 中長 寬 比 為 2.0 的 FR2.0Y 試 體， 實 驗 結 果 得 知 塑性 轉 角 容 量 為 2.57% rad。
基 於 先前 的 研 究 成 果 ， 如 下 圖 3.1 所示 ， 在相 同 條 件 下 ， 減 少 寬 厚比 將 能 提 升 塑 性 轉 角容 量 (虛 線範 圍 為 可能 之 塑 性 轉 角 容 量 )。
本 案 將探 討 此 兩 座 試 體 維 持 低 軸 力 作 用 (承 受 軸力 約 為 軸 向 強 度 20%) 下，長 寬比 固 定 為 2.0 時，實 驗推 估 滿 足 規 範 要求 的 寬 厚 比 設 計 上 限。
圖 3.1 F24R2.0YP20 與 F32R2.0YP20 試 體 塑 性 轉 角 容 量 推 估
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
F24R1.5YP40 試 體 與 F28R1.5YP40 試 體
在 101 年 的 研 究 成 果 中 ， 基 於 箱 型 柱 鋼 板 之 標 稱 降 伏 強 度 3.3 cm2
tf 、420 kgf cm2標 稱抗 壓 強 度 混 凝 土箱 型 方 柱 以 全 滲 透 銲接 製 作 之 條 件， 進 行 高 軸 力 作 用 (承 受 軸 力 約為 軸 向 強度 40%)下 之 側 向 撓曲 反 覆 載重 試 驗，其 中 寬 厚 比為 40 的 R40-40 試 體，實 驗 結果 得 知 塑 性 轉 角 容量 為 1.31% rad。
基 於 先前 的 研 究 成 果，如 下 圖 3.2 所示，雖 然 長寬 比 更 變至 1.5，
但 減 少寬 厚 比 以 提 升 塑 性 轉角 容 量 。 探 討 此 兩 座試 體 在 高 軸 力 作 用 (承 受 軸 力 約 為 軸 向 強 度 40%)下 ， 實 驗 推 估 滿 足 規 範 要 求 的 寬 厚 比 設 計 上 限。
圖 3.2 F24R1.5YP40 與 F28R1.5YP40 試 體 塑 性 轉 角 容 量 推 估
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
T40R1.5XP40H 試 體 與 T40R1.5YP40H 試 體
本 案 將 探 討 此 兩 座 試 體 在 高 軸 力 作 用 ( 承 受 軸 力 約 為 軸 向 強 度 40%)下，進 行 側 向 撓 曲 反 覆 載 重 試 驗，與 T40R1.5YP40H 試 體 相 比 ， 比 較 箱 型 柱 長 寬 比 、 寬 厚 比 及 圍 束 繫 桿 設 置 對 繞 強 軸 梁 柱 試 體 的 影 響 。
T40R1.5YP40H 試 體 與 T40R1.5YP40M 試 體 與 T40R1.5YP40L 試 體 此 系 列試 體 在 梁 柱 接 頭 上 方至 少 一 倍 柱 寬 範 圍 內，使 用 了 圍 束繫 桿，以 探 討 在 長 寬比 為 1.5 時，圍 束 繫桿 的 尺 寸對 提 升 矩 形 斷 面 CFBC 撓 曲 強度 及 撓 曲 延 展 性 的 效果 。
θp(% rad)
B/th
101年，R40-40試體
F24R1.5YP40試體 F28R1.5YP40試體
第四章 結論與建議
第 一 節 結 論
填 充 型箱 型 柱 （ Concrete-Filled Box Column， 簡 稱 CFBC） 在 內 政 部 訂頒「 鋼 構 造 建 築 物 鋼結 構 設 計 技 術 規 範 」係 定 義 為 鋼 管 與 結構 混 凝 土共 同 作 用 之 合 成 柱 ，即 所謂 之「 合 成 構 材 」；在「 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構造 設 計 規 範 」係 歸 類為 填 充 型 之「 鋼 管 混凝 土 柱 」。但 是，無 論 是 合成 柱 或 是 鋼 管 混 凝 土 柱，對 於 柱 塑 性 鉸 耐震 性 能 之 確 保，目前 除 了 對 柱 耐 震 設 計 於 鋼 骨 斷 面 肢 材 寬 厚 比 (b/t)訂 有 限 制 規 定 外 ， 對 於 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 斷 面 之 長 寬 比 (H/B)， 以 及 柱 斷 面 承 受 之 軸 力 比 (Pexp/Pno)卻 仍沒 有 任 何 的 設 計 限 制。由內 政 部 建 築 研 究所 針 對「 填 充 混 凝 土箱 型 鋼 柱 」所 進 行 的實 驗 研 究 結 果 顯 示，很 遺 憾 的 我 們 透 過實 驗 發 現 ， 在 低 軸 力 比 的 實 驗 加 載 條 件 下 ， 採 用 一 般 強 度 混 凝 土 及 SN490B(或 A572 Gr.50)鋼 板 之 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱，當 其 斷 面 長 寬 比 大 於 1.4 時 ， 位 於 柱 兩 端 塑鉸 區 之 耐 震 韌 性 ， 將不 符 合 規 範 規 定 之耐 震 需 求，然 而 在 實 際 工 程 實務 上，發 生 填 充 混 凝土 箱 型 鋼 柱 斷 面 長寬 比 大於 1.4 之 建 築 設 計，卻 比比 皆 是，這 個 議 題 的確 是 亟 需 被 重 視 的，
亦 必 須於 柱 塑 鉸 區 採 取 韌 性（ 耐 震 性 能 ） 的 強 化措 施 。
另 外，由 既 有鋼 筋 混 凝 土（ RC）柱的 文 獻 顯 見，柱 斷 面「 軸 力 比 」 是 影 響 柱 兩 端 塑 鉸 區 之 耐 震 韌 性 發 揮 的 重 要 參 數 ， 「 軸 力 比 」 愈 大 ， 柱 兩 端塑 鉸 區 之 耐 震 韌 性 愈差，同 樣 的 在 內 政 部建 築 研 究 所 對「 填充 混 凝 土箱 型 鋼 柱 」的 實 驗 結果，亦 顯 示 當 柱 軸 力比 大 於 20%之 時，柱 塑 鉸 區採 取 韌 性（ 耐 震 性 能）的 強化 措 施，亦 是 必 要 的，這 亦 是 我 們 以 往 所不 清 楚 的 。
表 4.1 填 充 型 鋼 管 混 凝 土 柱 之 鋼 骨 斷 面 肢 材 寬 厚 比 限 制
(資 料 來 源 ： 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 )
本 研 究原 預 計 透 過 完 成 R 與 F 等 2 個 系 列，合 計 8 組 大 尺 寸填 充 混 凝 土矩 形 箱 型 柱 試 體 於 高軸 力 實 驗 加 載 條 件 下之 撓 曲 試 驗，其 斷面 鋼 板 材質 為 SN490B（ 標 稱強 度 3.3tf/cm2） ， 混凝 土 標 稱 抗 壓 強 度 為 420 kgf/cm2（ 6,000 psi） ，箱 型 鋼 柱 斷 面 長 寬 比 (H/B)為 1.5 與 2.0 等 2 種，填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 鋼 骨 斷 面 肢 材 寬 厚 比 為 24、28、32 與 40，
柱 斷 面軸 力 比 為 40%，藉 由 理論 分 析 及 實 驗 驗 證，並 結 合 內 政 部 建 築 研 究 所在「 填 充 混 凝 土 箱 型鋼 柱 」既 有 的 實 驗 結果，探 討 降 低 柱 斷面 長 寬 比 、 限 制 鋼 柱 鋼 骨 斷 面 肢 材 寬 厚 比 ， 以 及 設 置 「 耐 震 圍 束 繫 桿 」 等 之 柱塑 鉸 區 韌 性 強 化 措 施，以 驗 證 於 高 軸 力 下對 提 升 填 充 混 凝 土箱 型 鋼 柱耐 震 性 能 之 有 效 性，確 保 填 充 混 凝 土 箱 型鋼 柱 的 基 本 耐 震 性 能，
保 障 居住 建 築 物 的 結 構 安 全。在 此 併 同 先 前 研 究試 體 之 實 驗 結 果，歸 納 相 關提 升 填 充 箱 型 鋼 柱 耐震 性 能 策 略 之 實 驗 結論 ， 如 下 所 示 ： 一 、 設置 「 耐 震 圍 束 繫 桿 」：
B
第 二 節 建 議
協 辦 機關 ： 各 國 立 大 學 營 建工 程 或 土 木 研 究 所
在 承 受較 大 軸 力 (接 近 地 面樓 層 )的 填充 型 箱 型鋼 柱，其 塑 性 鉸 區 耐 震 韌 性 的 發 揮 ， 往 往 並 不 如 預 期 有 效 ， 除 了 本 章 結 論 所 提 降 低 柱 斷 面 長 寬 比 、 限 制 鋼 柱 鋼 骨 斷 面 肢 材 寬 厚 比 ， 以 及 設 置 「 耐 震 圍 束 繫 桿 」 等 之 柱 塑 鉸 區 之 韌 性 強 化 措 施 ， 若 鋼 柱 內 部 改 填充 高 強 度 之 混 凝 土，是 否 能 於 填 充 型 箱 型柱 的塑鉸區 柱，
發 展 出 有 效 的 耐 震 韌 性 ， 建 議 未 來 可 再 進 一 步 透 過 實 驗 驗 證 ， 以 確 保 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱的 基 本 耐 震 性 能 。
附錄一 SRC 設計技術規範規定
計
Pns (6.4-2)
(6.4-7) 其 中 ： ϕe ＝ 0.8， 配 置 橫箍 筋 時
ϕe ＝ 0.85， 配 置螺 箍 筋 時
fc'＝ 混 凝 土 之 規 定 抗 壓 強 度 ， kgf/cm2 Ac ＝ 混 凝 土 部 分之 斷 面 積 ， cm2 Fyr ＝ 鋼筋 之 規 定降 伏 應 力 ， kgf/cm2 Ar ＝ 鋼 筋 之 斷 面積 ， cm2
KL ＝ 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 材 之 有 效 長 度 ， cm (EI)rc＝ 鋼 筋 混 凝土 部 分 之 撓 曲 剛 度 ，
(EI)rc＝ EcIg /5， Ec為 混 凝土 彈 性 模 數 ， Ig 為全 斷 面 對 形心 軸 之 慣 性矩
附錄二 105 年度第 1 次研究業務協調會議紀錄 內政部建築研究所 105 年度第 1 次研究業務協調會議 紀錄
一、時間：105 年 2 月 15 日(星期一 )下午 2 時整 二、地點：本所簡報室
三、主席：何所長明錦 四、出席人員：詳簽到簿
五、記錄：陳柏端、雷明遠、林霧霆、陶其駿、李台光 六、主席致詞：（略）
七、研究案主持人簡報：（略）
八、發言要點：
（ 一 ）「 行 動 弱 勢 者 照 護 機 構 防 火 避 難 安 全 改 善 之 調 查 研究」案：
1. 本 案 研 究 對 象 機 構 宜 請 參 考 國 內 有 關 法 規 予 以調整，如修正為長期照顧服務法之長照服務 機構。
2. 本案進行防火避難性能評估時應審慎，所採用 方法、工具及分析判斷時亦須有其可靠度 。 3. 日後研究成果如對於 104 年度協辦案研究成果
「 老 人 福 利 機 構 及 護 理 之 家 防 火 安 全 設 計 參 考手冊(草案)」之推廣應用有益者，可酌情適 時提出增修建議。
4. 建 議 有 關 長 照 服 務 機 構 面 臨 之 住 民 避 難 行 動 能 力不 足、 硬體設 施、 區劃 防火性 能等 問題 ，
可結合防火避難性能評估一併探討。
（二）「高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究」 案：
1. 本研究依照 CNS 12514-1 規定製作試體並進行 測試，請注意試體規劃及製作時程，以利實驗 能順利進行。
2. 有關實驗研究之內容，應與本所相關委辦研究 整合，釐清相互間之關係，以避免資源重複浪
2. 有關實驗研究之內容，應與本所相關委辦研究 整合，釐清相互間之關係，以避免資源重複浪