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切削式梁柱接頭之設計步驟

第四章 改良式梁柱接頭之設計

4.2 切削式梁柱接頭之設計步驟

4.2.1 設計梁翼板切削斷面位置

選擇欲採用的切削形式,並根據下列方式之一決定切削斷面及塑性鉸的位 置。塑性鉸的位置主要考量為避開梁柱接頭接合處銲道附近之熱影響區以及扇形 開孔之影響,因此與柱面間需有足夠的長度,以避免造成接合處的破壞。但切削 斷面的位置與柱面間之距離如果過長,將造成切削區之梁翼板切削過多。

(1)漸變斷面切削

[方法一](如圖 4.4,陳生金 1994)

1.切削區起點距柱面距離:10~12cm

2.接續平滑區:目的區起始處設置 5cm、目的區末端處設置 10cm 3.目的區長度:0.5d 或 0.07Lb C

其中d 為梁斷面之深度,Lb C為梁的淨跨度。

[方法二](如圖 4.5,FEMA 1997b)

1.切削區起點距柱面距離:以 0.25d 為上限 b 2.切削區的長度:0.75d ~b d b

3.塑性鉸位置距切削起點距離:以切削區長度的二分之一為上限

(2)等斷面切削(如圖 4.5,FEMA 1997)

1.切削區起點距柱面距離:以 0.25d 為上限 b 2.切削區的長度:0.75d ~b d b

3.塑性鉸位置距切削起點距離:以切削區長度的二分之一為上限

(3)弧形切削

[方法一](如圖 4.6,Enghardt et al.1998)

1.切削區起點距柱面距離:0.5bf~0.75bf 2.切削區長度:0.65d ~0.85b d b

3.塑性鉸的位置距切削起點距離:切削區長度之二分之一 其中bf為梁翼板寬度。

[方法二](如圖 4.5,FEMA 1997b)

1.切削區起點距柱面距離:以 0.25d 為上限 b 2.切削區的長度:0.75d ~b d b

3.塑性鉸位置距切削起點距離:以切削區長度的二分之一為上限

4.2.2 計算切削寬度

切削斷面處的設計強度可以由柱面處的設計強度計算,考慮地震力及垂直載 重作用之下,假設最大切削處形成塑性鉸時,梁柱接合處的彎矩為梁的全斷面塑 性彎矩的α 倍;α 可採用 0.85~1.0(Engelhardt et al.1998、陳生金 1994);如(4.11)

式~(4.13)式。再依(4.14)式或(4.15)式計算梁斷面經切削後所需的塑性模數後,即 可求得切削後的梁翼板之寬度或切削深度,切削後的梁翼板寬度最少需為原寬度 的50﹪以上(Engelhardt et al.1998、Chen et al. 1994)。

( )



其中

4.2.4 計算各臨界斷面處的設計強度

梁柱接頭的設計尚包括梁柱腹板交會區、銲接等部分,因此需決定部份臨界 斷面(如梁柱接頭接合處或柱中央)的剪力或撓曲之設計強度。此部份的計算可 以取臨界斷面與塑性鉸間的自由體進行分析。

根據實驗(Chen et al. 1996)顯示,如果梁柱接頭為漸變斷面切削,柱面處 彎矩折減係數採用 1.0,並以(4.15)式設計切削寬度時,柱面處的最大彎矩可 達標稱值的1.3 倍左右。而 Enghardt et al.(1998)所進行的弧形切削之梁柱接頭 實驗亦顯示,柱面處的最大彎矩亦可達塑性彎矩的1.1 倍。除此之外,樓板效應 亦會增加強度約 20﹪(Chen 1998)。因此在進行臨界斷面的設計時,需取適當 之設計強度進行分析設計。除此之外需加強梁翼板與柱翼板間之銲接強度,以提 供梁端可以充分發揮其韌性。

4.2.5 檢核梁柱腹板交會區剪力強度

同 4.1.5 節所述。

4.2.6 檢核強柱弱梁條件

同 4.1.6 節所述。