新開發韌性梁柱接頭之介紹

鋼骨結構一向被認為具有良好的耐震韌性，因此廣為使用於世界 各地之建築結構上，尤其高層建築更是大量採用鋼骨結構。但自美國 北嶺地震首次曝露韌性抗彎構架梁柱接頭大量破壞之現象，引起各界 震驚，甚至造成社會恐慌。過去鋼梁腹板以螺栓鎖定，翼板則以工地 全滲透銲接，被視為最佳的耐震系統，但現被證實其梁端之塑性轉角 無法達到結構耐震的需求。目前美、日等國都在積極地進行各項的實 驗與分析，希望能儘速尋求替代性的韌性梁柱接頭，此項工作刻正持 續進行中，現在尚未得到具體的結論。目前建議的接頭設計著重於補 強式接頭與減弱式接頭，而由於補強式之接頭施工甚為困難，且補強 後的實驗結果並不穩定。故本節只介紹兩種最近開發的減弱式韌性梁 柱接頭提供讀者參考。

8.3.1 鋼梁翼板切削式梁柱接頭

國立臺灣科技大學教授陳生金利用加大梁柱接頭的降伏區域，可 以大幅提昇韌性消能能力的構想，將鋼梁翼板斷面依極限強度的需 求，變更鋼梁翼寬，使構件在變斷面之區域可同時達到降伏狀態，並 以全面吸收能量之方式提高構架的耐震能力(參見圖 8.1)。

依據陳教授所進行之實驗與數值分析成果顯示，該接頭確實具有 極佳的之可靠消能能力。而由於此接頭之基本原理在於預先選定強制 梁的降伏區域，並依據需求彎矩切削翼板。在考量垂直載重與側向載 重之組合載重時，其彎矩梯度為二次變化，但因切削之目標區為梁深

之半左右，故可將其視為直線段以簡化切割之計算與施工；且鋼梁翼 板之切削可於鋼構廠加工，此類加工無需電銲，品質穩定，變異小，

比一般補強式接頭具有較佳的施工性。

8.3.2 鋼梁腹板開槽式梁柱接頭

美國 SSDA 工程顧問公司(Seismic Structural Design Associates, Inc.)在現代鋼結構雜誌於 1997 年 3 月提出鋼梁腹板開槽式梁柱接頭 (參見圖 8.2)的觀念，該接頭是在美國傳統翼板全滲透銲腹板栓接或 銲接接頭附近區域內，以及上下翼板與剪力板之間的鋼梁腹板上，開 兩道平行翼板的槽其長度約一英呎，如此的作法可以使得梁柱接頭在 反復的側向載重作用下，開槽區域上下鋼梁翼板同時達到降伏的狀 態，產生消能的功效，目前在美國已有數棟建築物實績。

依據該公司的實驗成果與有限元素分析結果顯示，此種鋼梁腹板 開槽式梁柱接頭在極大的地震力作用下，有以下的優點：

(1) 梁柱交界處的鋼梁達到其塑性彎矩。

(2) 使鋼梁塑性鉸遠離梁柱交界處。

(3) 在梁柱交界處至開槽端部區域內，鋼梁翼板的拉與壓應力與應變 幾乎成均勻分布。

(4) 排除無開槽鋼梁可能產生的側向扭轉挫屈模式。

(5) 大量降低鋼梁翼板之銲接垂直剪力。

(6) 減少接頭的銲接殘留應力。

雖然鋼梁腹板處開槽，使得梁翼板能均勻承受由於彎矩所造成的 拉、壓力作用，而改善翼板撓曲應力集中的情況。但構件的單元其局

部挫屈之寬厚比規定，就 H 型斷面而言，其受壓肢材之寬度為腹板 支持邊至翼板自由邊之距離，即翼板標稱全寬度之一半。但若鋼梁翼 板與腹板切開，將使翼板無適當的支持，而成為純粹的鋼板受壓，如 此規範中之寬厚比限制已不復適用，需以彈性力學理論進一步探討翼 板之挫曲行為，故此類梁柱接頭其適用性尚待更多的實驗與研究加以 驗證。