第二章 鋼結構輕質混凝土建築之建造成本分析
第三節 建築物之基本資料及分析結果
一、虛擬之 7 樓鋼結構建築物 1. 建築物之基本資料
(1) 結構系統：虛擬 7 樓鋼結構建築物之平面如圖 2-1 所示，兩方向各有三 跨，每跨為 6 公尺，為正方形之鋼骨韌性立體剛構架系統，鋼柱採用 TFC(Tube-filled C0ncrete)柱，鋼樑均採用寬翼樑(H-beam)。本大樓無地 下室，一樓底部均假設為固定端(Fixed Ends)；大樓三面為混凝土外牆，
一面為帷幕牆。每層樓高 3 公尺。
(2) 結構尺寸：參考圖 2-1，柱為 70 公分之 TFC 正方形柱，厚度為 0.4 公分
；樑採用 W12×22 鋼樑；R.C.外牆厚度為 15 公分；混凝土樓版厚度為 12 公分。
(3) 材料強度：鋼骨採用 A50 Steel，混凝土強度為 210 kg/cm2。
(4) 材料性質：Es=2.04×106kg/cm2；常重混凝土之單位重量為 2.3 ton/m3，輕 質混凝土之單位重量為 1.8 ton/m3。
(5) 樓版載重：樓版之活載重頂樓採用 250 kg/m2，其他樓層為 300kg/m2。 靜載重方面常重混凝土結構頂樓為 410 kg/m2，其他樓層為 370kg/m2； 輕質混凝土結構頂樓為 350 kg/m2，其他樓層為 310kg/m2。
2. 結構分析結果
(1) 分析模式：分析模式之平面如圖 2-2 所示，立體如圖 2-3 所示。
(2) 自然週期：常重 1.37 秒；輕質 1.22 秒。
(3) 輕質混凝土鋼骨結構與常重混凝土鋼骨結構之內力比：
本研究以相同之鋼骨結構系統與斷面去承受常重混凝土及輕質混 凝土之垂直載重及地震力，然後以內力比當成需要之斷面比，以此方式 進行經濟效益評估。
虛擬 7 樓各樑之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全棟 之平均值來顯示其代表之內力比，如表 2-1 所示。此表顯示輕質混凝土 鋼骨結構樑斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構樑斷面之內力小，輕質/
常重之比值各樓層幾乎全部相同，都為 0.89，全棟之平均值亦為 0.89
，根據本研究之研究方法，在類似本研究虛擬 7 樓結構系統之鋼骨結構 建築物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構樑之斷面可約節省 11%。
虛擬 7 樓各柱之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全棟 之平均質值來顯示其代表之內力比，如表 2-2 所示。此表顯示輕質混凝 土鋼骨結構柱斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構柱斷面之內力小，輕質 比常重之比值各樓層相差不大，分布在 0.87 與 0.91 之間，且大都在 0.89
附近，全棟之平均值為 0.89，根據本研究之研究方法，在類似本研究虛 擬 7 樓結構系統之鋼骨結構建築物，使用輕質骨材混凝土時，鋼骨結構 柱之斷面約可節省 11%。
二、虛擬之 20 樓鋼結構建築物 1. 建築物之基本資料
(1) 結構系統：虛擬 20 樓鋼結構建築物之平面如圖 2-4 所示，兩方向各有五 跨，每跨為 10 公尺，為正方形之鋼骨韌性立體剛構架系統，鋼柱採用 TFC(Tube-filled Concrete)柱，鋼樑均採用寬翼樑(H-beam)。本大樓無地 下室，一樓底部均假設為固定端(Fixed Ends)；大樓三面為混凝土外牆，
一面為帷幕牆。每層樓高 3 公尺。
(2) 結構尺寸：
17F~RF：柱－130 公分之 TFC 柱，t=0.6 公分；樑－W21×55 鋼樑 12F~16F：柱－130 公分之 TFC 柱，t=1.1 公分；樑－W21×55 鋼樑 7F~11F：柱－130 公分之 TFC 柱，t=1.8 公分；樑－W21×55 鋼樑 2F~6F：柱－130 公分之 TFC 柱，t=2.5 公分；樑－W21×55 鋼樑 R.C.外牆厚度為 15 公分；混凝土樓版厚度為 12 公分。
(3) 材料強度：鋼骨採用 A50 Steel，混凝土強度為 210 kg/cm2。
(4) 材料性質：Es=2.04×106kg/cm2；常重混凝土之單位重量為 2.3 ton/m3， 輕質混凝土之單位重量為 1.8 ton/m3。
(5) 樓版載重：樓版之活載重頂樓採用 250 kg/m2，其他樓層為 300kg/m2。 靜載重方面常重混凝土結構頂樓)為 410 kg/m2，其他樓層為 370kg/m2； 輕質混凝土結構頂樓為 350 kg/m2，其他樓層為 310kg/m2。
2. 結構分析結果
(1) 分析模式：分析模式之平面如圖 2-5 所示，立體如圖 2-6 所示。
(2) 自然週期：常重 4.33 秒；輕質 3.90 秒。
(3) 輕質混凝土鋼骨結構與常重混凝土鋼骨結構之內力比：
本研究以相同之鋼骨結構系統與斷面去承受常重混凝土及輕質混 凝土之垂直載重及地震力，然後以內力比當成需要之斷面比，以此方式 進行經濟效益評估。
虛擬 20 樓各樑之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全 棟之平均值來顯示其代表之內力比，如表 2-3 所示。此表顯示輕質混凝 土鋼骨結構樑斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構樑斷面之內力小，各樓 層輕質/常重之比值非常接近，分布在 0.86 與 0.92 之間，全棟之平均 值為 0.877，根據本研究之研究方法，在類似本研究虛擬 20 樓結構系統 之鋼骨結構建築物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構樑之斷面可節省 12.3%。
虛擬 20 樓各柱之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全 棟之平均質值來顯示其代表之內力比，如表 2-4 所示。此表顯示輕質混 凝土鋼骨結構柱斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構柱斷面之內力小，輕 質/常重之比值各樓層相差不大，分布在 0.63 與 1.0 之間，全棟之平均 值為 0.815 據本研究之研究方法，在類似本研究虛擬 20 樓結構系統之 鋼骨結構建築物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構柱之斷面可節省 18%
。
三、虛擬之 60 樓鋼結構建築物 1. 建築物之基本資料
(1) 結構系統：虛擬 60 樓鋼結構建築物之平面如圖 2-7 所示，兩方向各有 五跨，每跨為 10 公尺，為正方形之鋼骨韌性立體剛構架系統，鋼柱 採用 TFC(Tube-filled C0ncrete)柱，鋼樑均採用寬翼樑(H-beam)。本大 樓無地下室，一樓底部均假設為固定端(Fixed Ends)；大樓三面為混凝 土外牆，一面為帷幕牆。每層樓高 3 公尺。
(2) 結構尺寸：
57F~RF：柱－170 公分之 TFC 柱，t=0.6 公分；樑－W24×84 鋼樑 52F~56F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=1.2 公分；樑－W24×84 鋼樑 47F~51F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=1.8 公分；樑－W24×84 鋼樑。
42F~46F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=2.4 公分；樑－W24×94 鋼樑。
37F~41F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=3.0 公分；樑－W24×94 鋼樑。
32F~36F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=4.0 公分；樑－W24×103 鋼樑。
27F~31F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=4.4 公分；樑－W24×103 鋼樑。
22F~26F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=5.1 公分；樑－W24×103 鋼樑。
17F~21F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=5.8 公分；樑－W24×103 鋼樑。
12F~16F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=6.8 公分；樑－W24×84 鋼樑。
7F~11F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=7.8 公分；樑－W24×94 鋼樑。
2F~6F：柱－170 公分之 TFC 柱，t=9.0 公分；樑－W24×84 鋼樑。
R.C.外牆厚度為 15 公分；混凝土樓版厚度為 12 公分。
(3) 材料強度：鋼骨採用 A50 Steel，混凝土強度為 210 kg/cm2。
(4) 材料性質：Es=2.04×106kg/cm2；常重混凝土之單位重量為 2.3 ton/m3
，輕質混凝土之單位重量為 1.8 ton/m3。
(5) 樓版載重：樓版之活載重頂樓採用 250 kg/m2，其他樓層為 300kg/m2
。靜載重方面常重混凝土結構頂樓)為 410 kg/m2，其他樓層為 370kg/m2
；輕質混凝土結構頂樓為 350 kg/m2，其他樓層為 310kg/m2。 2. 結構分析結果
(1) 分析模式：分析模式之平面如圖 2-8 所示，立體如圖 2-9 所示。
(2) 自然週期：常重 11.02 秒；輕質 10.15 秒。
(3) 輕質混凝土鋼骨結構與常重混凝土鋼骨結構之內力比：
本研究以相同之鋼骨結構系統與斷面去承受常重混凝土及輕質混 凝土之垂直載重及地震力，然後以內力比當成需要之斷面比，以此方式 進行經濟效益評估。
虛擬 60 樓各樑之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全 棟之平均值來顯示其代表之內力比，如表 2-5 所示。此表顯示輕質混凝 土鋼骨結構樑斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構樑斷面之內力小，各樓 層輕質/常重之比值基本上都小於 1，絕大多數分布在 0.85 與 0.88 之間
，全棟之平均值為 0.869，根據本研究之研究方法，在類似本研究虛擬 60 樓結構系統之鋼骨結構建築物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構樑之 斷面可節省 13%。
虛擬 60 樓各柱之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全 棟之平均質值來顯示其代表之內力比，如表 2-6 所示。此表顯示輕質混 凝土鋼骨結構柱斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構柱斷面之內力小，輕 質/常重之比值都比 1 小，絕大多數分布在 0.82 與 0.87 之間，全棟之 平均值為 0.837，根據本研究之研究方法，在類似本研究虛擬 60 樓結構 系統之鋼骨結構建築物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構柱之斷面可節 省 16%。
三、實際之 26 樓鋼結構建築物 1. 建築物之基本資料
(1) 用途：地上 26 層、地下 5 層之辦公及集合住宅大樓。
(2) 結構系統：鋼骨鋼筋混凝土韌性立體剛構架系統，地下室外牆為 55 及 45 公分之 R.C.牆，基礎為筏式基礎。外牆為 R.C.牆。主要結構平面如 圖 2-10 及 2-11 所示。建築物之立面如圖 2-12 圖 2-14 所示。樓高為 3 公尺。
(3) 材料強度：鋼骨採用 A50 Steel，混凝土強度為 420(柱內灌漿)、280(2FL
以下)、210(其他)kg/cm2。
(4) 材料性質：Es=2.04×106kg/cm2；常重混凝土之單位重量為 2.3 ton/m3， 輕質混凝土之單位重量為 1.8 ton/m3。
(5) 樓版載重：樓版之活載重及靜載重均根據規範規定及該大樓原設計用 途核實計算。
2. 結構分析結果
(1) 自然週期：輕質 3.08 秒。
(2) 輕質混凝土鋼骨結構與常重混凝土鋼骨結構之內力比：
本研究以相同之鋼骨結構系統與斷面去承受常重混凝土及輕質混 凝土之垂直載重及地震力，然後以內力比當成需要之斷面比，以此方式 進行經濟效益評估。
實際 26 樓各樑之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全 棟之平均值來顯示其代表之內力比，如表 2-7 所示。此表顯示輕質混凝 土鋼骨結構樑斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構樑斷面之內力小，各樓 層輕質/常重之比值都小於 1，分布在 0.85 與 0.98 之間，全棟之平均值 為 0.87，根據本研究之研究方法，實際 26 樓結構系統之鋼骨結構建築 物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構樑之斷面可節省 13%。
實際 26 樓各柱之內力比皆不相同，本研究以各樓層之平均值、全 棟之平均質值來顯示其代表之內力比，如表 2-8 所示。此表顯示輕質混 凝土鋼骨結構柱斷面之內力較常重混凝土鋼骨結構柱斷面之內力小，輕 質/常重之比值都比 1 小，分布在 0.80 與 0.92 之間，全棟之平均值為 0.87，根據本研究之研究方法，在類似實際 26 樓結構系統之鋼骨結構 建築物，使用輕質骨材混凝土，鋼骨結構柱之斷面可節省 13%。