文獻回顧

本章主要針對所收集之相關研究文獻資料，藉由早期學者所提供之理論及實 驗成果，探討不常使用橫向及剪力加勁肢材之冷軋鋼梁，受到集中載重及反力時，

可能造成腹板皺曲之現象。

1939 年美國康乃爾大學教授 George Winter 接受美國鋼鐵協會(American Iron and Steel Institute－簡稱 AISI)之委託，從事冷軋鋼構件強度及設計公式的相關研 究，而於1946 年完成第一份冷軋型鋼構件設計規範(Specification for the Design of Light Gage Steel Structural Members)。國內冷軋鋼構材之研究資料尚不齊全，故 國內冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說主要是參考此規範所訂定的。

2.1 國外相關規範

北美洲相關規範(NAS)

北美洲冷軋鋼規範中，目前針對具腹板開孔之冷軋鋼作相關的規範，只侷限 在端點單翼(End One-Flange, EOF)及內部單翼(Interior One-Flange, IOF)兩種載重 型式，對於端點雙翼承受載重(End Two-Flange, ETF)及內部雙翼承受載重(Interior Two-Flange, ITF)目前還沒有相關規範。

對於具腹板開孔之冷軋鋼斷面，北美洲規範有以下幾項規定限制：

(8) 如開孔為圓形孔，開孔直徑不得大於 6 in.(152 mm)且需大於 9/16 in.(14 mm)

2.2 國內外相關文獻回顧

國內外目前對於具腹板開孔之冷軋鋼腹板皺曲強度的研究相當有限，國內外 之相關規範，也甚少將此列入其中，目前只有北美洲規範(NAS)有相關的規範，

但也侷限於內部單翼(Interior One-Flange, IOF)和端點單翼(End One-Flange, EOF) 兩種載重型式。

對於具腹板開孔之冷軋鋼腹板皺曲強度之相關研究，主要研究者有Yu (1973)、Korvink (1995)、Lagan (1994)、LaBoube (1999)、Young (2003-2011)、

Uzzaman (2011)。

重要之文獻回顧如下：

Yu and Davis (1973)針對開孔斷面之冷軋鋼進行研究，斷面採用兩個槽形斷 面組合合成(back-to-back channel)，載重條件為內部單翼(Interior One-Flange, IOF)，

於腹板中心開設圓形孔及方形孔。實驗了20 支試體，並根據實驗結果提出腹板 皺曲強度折減係數。

Sivakumaran and Zielonka (1989)採用具有加勁肢材之槽型斷面(single lipped channel section)，載重條件為內部單翼(Interior One-Flange, IOF)，並於腹板中心 開設圓形孔，實驗了103 支試體，並根據實驗結果腹板皺曲強度折減係數。

Lagan et al. (1994)採用具有加勁肢材之槽形斷面，載重條件為內部單翼 (Interior One-Flange, IOF)和端點單翼(End One-Flange, EOF)，並在支承墊之兩側 腹板開設方形孔。根據實驗結果做出結論，影響具腹板開孔之冷軋鋼皺曲強度之 主要因素為開孔直徑大小(a)與腹板平坦部分長度(h)之比值。

Korvink et al. (1995)以冷軋不鏽鋼為材料，斷面為兩個槽型斷面組合而成，

不鏽鋼分為SUS 304、SUS 430、修正形式 409、3CR12 四種，載重條件為內部 單翼受載(Interior One-Flange, IOF)，共 140 支試體，實驗各種參數對冷軋型不鏽 鋼之腹板皺曲強度的影響。實驗結果指出，腹板高度較小的試體，因在翼板和支 承處破壞，故破壞處在腹板較高處。腹板高度較大的試體，破壞大多為腹板挫曲。

LaBoube et al. (1999)採用具有加勁肢材之槽形斷面(single lipped channel section)，採用內部單翼(Interior One-Flange, IOF)和端點單翼(End One-Flange,

EOF)載重型式，腹板細長比(h/t)範圍為 98 到 224，開孔直徑大小與腹板平坦部

Zhou and Young (2010)以冷軋型不鏽鋼為材料，斷面採用方形中空封閉斷面，

採用端點雙翼(End Two-Flange, ETF) 及內部雙翼(Interior Two-Flange, ITF) 載重 型式。其中載重型式ETF 實驗了 40 組試體，載重型式 ITF 實驗了 45 組試體，

以實驗結果與現行規範進行比較，提出了規範修正之建議。

Zhou and Young (2010)以金屬鋁為材料，斷面採用方形中空封閉斷面，並在 腹板中心開圓形孔，採用end-two-flange (ETF)及 interior-two-flange (ITF)載重型 式，腹板細長比為6.2 到 131.3，開孔直徑大小與腹板平坦部分長度之比值(a/h) 為0、0.2、0.4、0.6、0.8，試體翼板與支承墊間無固定。結果顯示影響具腹板開 孔之皺曲強度的主要原因有二，一為開孔直徑大小與腹板平坦部份長度的比值 (a/h)，二為支承墊寬度與腹板平坦部份長度的比值(N/h)，並根據實驗結果提出腹 板皺曲強度折減係數。

Uzzaman et al. (2011)以冷軋型鋼為材料，斷面採用具有加勁肢材之槽型斷面，

以實驗和有限元素分析的方式進行研究。其中載重型式ITF 實驗了 37 組試體，

當中19 組試體翼板與上下支承墊以自攻螺絲固定，其他 18 組則試體翼板與支承 墊無固定，實驗中a/h 為 0.4。有限元素分析中，分析了 117 組試體，其中 37 組 試體與實驗結果進行比較，其餘80 組試體加入了參數 x/h，x/h 範圍為 0、0.2、

0.4、0.6、0.8。依據實驗結果，提出了具腹板開孔之冷軋鋼在載重條件 ITF 下之 腹板皺曲強度折減係數。

2.3 可靠度分析

利用可靠度分析，可以評估本研究提出之折減係數建議值是否可靠，對於預 測皺曲強度是否可靠。可靠度分析主要是參考NAS 北美冷軋鋼規範解說，可靠 度指數(Reliability index,  )與所設計的安全因素有關，可靠度因數計算公式如

以下所列：

VQ: 載重影響之變異係數(Coefficient of variation of load effect)。

其中，規範NAS Table F1 中腹板皺曲強度統計參數：