第三章 斜拉線替代方案與試驗過程
第二節 方案二：替代垂桿
一 、 替 代 垂 桿 理 論 分 析
替 代 垂 桿 的 概 念 是 為 了 應 付 在 某 些 情 況 下 斜 拉 線 系 統 無 法 順 利 發 揮 水平 抵 抗 力。當 水 平 方向 上 懸 吊 長 度 一 半 以內 的 區 域 受 到 管 線 影 響 時，裝 設 斜 拉線 會 因 為 斜拉 線 角 度 過 大 而 導 致抵 抗 水 平 力 的 能 力 嚴 重 不 足，因 此 利用 一 替 代 垂桿 固 定 於 上 方 結 構 樓板 並 作 為 斜 拉 線 之 終 點 （ 圖 35） 。
圖 35. 天 花 板 受力 變 形 示 意圖（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
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配 合 國 內 施 工 習 性，故 採 用 國 內 較 常 使 用 之 內 裝 工 程 桿 件（ 以 冷 彎 輕 鋼構 件 為 主─CNS 11984 規定規格 ，圖 36）進行桿件設計，也就 是 一 般輕 隔 間 牆 所 使 用的 C 型 槽 鐵 ，俾 便 施 工 單位 採 用 。
圖 36. 各 式 C 型 槽 鐵 尺 寸 規格（ 圖 片 來 源 ： CNS11984）
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本 研 究 採 用 CNS11984 中之 C 型 間 柱 尺 寸 為 WS－ 100，構 件 之 寬 度 與 厚度 分 別 為 100mm 及 0.8mm；座 板 尺 寸為 WR－ 100， 寬 度 與厚 度 則 分別 為 102mm 及 0.8mm。 首先 將 間 柱 與 座板 （ 圖 37） 緊 密 結合 成 一 封閉 斷 面 之 構 件（圖 38，簡 稱 替代 垂 桿 ），再 將 此 替 代 垂 桿 嵌 入 同 樣 規格 WR－ 100 但 厚 度為 1mm 之 座 板 上（ 圖 39）並 以 長 度 37mm 之 火 藥擊 釘 （ 圖 40） 將 座板 與 混 凝 土 固 定 （ 圖 41） 。 替 代 垂 桿 的兩 側 裝設 L 型 角 鐵 用 以 增 加 構件 剛 度，本 研 究 試 驗許 多 目 前 市 面 上 容 易 取 得，常 見 但 不 同 尺 寸之 L 型 角 鐵，最 後 採 用 翼長 65mm，厚 度 2mm 之 L 型 角 鐵 能 有 效 地 提 高替 代 垂 桿 系 統 的 剛 度及 強 度 （ 圖 42） 。 L 型 角 鐵 與 替 代 垂 桿 以 自 攻 螺 絲 鎖 固 而 與 混 凝 土 介 面 則 同 樣 以 火 藥 擊 釘 固 定（ 圖 43） ， 完 成 之替 代 垂 桿 與 固 定 端 接頭 型 式 如圖 44 所 示 。
圖 37. 間 柱 與 座 板 圖 38. 替 代 垂 桿
圖 39. 替 代 垂 桿 與 座 板 圖 40. 火 藥 擊 釘
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圖 41. 火 藥 擊 釘固 定 座 板 與混 凝 土 圖 42. L 型 角 鐵
圖 43. L 型 角 鐵 固 定 方 式 圖 44. 替 代 垂 桿 與 固 定 端 接 頭
（ 圖 片 37 至 圖 片 44 來 源 ： 本 研 究 ）
本 研 究 其 實 在 歷 經 很 多 實 驗 後 才 決 定 目 前 之 固 定 端 接 頭 型 式 （ L 型 角 鋼+座 板 ） ， 其 他 接 合型 式 都 因 剛 度 較 小 而不 適 用 。 表 8 簡 單 說 明 本 研究 所 做 過 的 其 中 幾 種 不 同 型 式 的 接 頭 以 及試 驗 破 壞 情 形 。
表 8. 固定 端 接 頭 型 式 之 試驗（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
1. 擊 釘 片
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2. 座 板
3. L 型 角 鐵
4. 座 板 +細 L 型 角 鐵
三 、 固 定 端 接 頭 剛 度 試 驗
本 研 究 係 以 旋 轉 彈 簧 來 模 擬 固 定 端 接 頭 的 力 學 反 應，因 此 必 須 先 透 過 實驗 求 取 旋 轉 彈 簧 之 剛度。本 研 究 共 規 劃 兩種 接 頭 型 式，型 式 一 為 一 根替 代 垂 桿 +座 板 +兩 片 L 型 角 鐵 （ 圖 45） ， 型式 二 為 兩 根 替代
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垂 桿+座 板 +四片 L 型 角 鐵（圖 4），座板 均 是 用四 顆 火 藥 擊 釘 固 定 在 混 凝 土上 。
圖 45. 固 定 端 接頭 （ 型 式 一）（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 46. 固 定 端 接頭 （ 型 式 二）（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
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表 9. 固定 端 接 頭 之 旋 轉 剛度（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
型 式 一： 型 式 二：
旋 轉 剛度 ： 103779 kgf-cm/rad 旋 轉 剛度 ： 150746 kgf-cm/rad
註 ： 橫軸 單 位 rad， 縱 軸 單位 kgf-cm
表 9 為 兩 種 不 同 接 頭 型 式 之 試 驗 結 果，接 頭 型 式 一 所 呈 現 之 旋 轉 剛 度為 103779 kgf-cm/rad，保 守 取 100000 kgf-cm/rad，接 頭 型 式 二 之 旋 轉 剛度 為 150746 kgf-cm/rad， 保 守取 150000 kgf-cm/rad。
四 、 替 代 垂 桿 之 電 腦 模 型 分 析
為 了 證 明 旋 轉 彈 簧 能 夠 模 擬 固 定 端 接 頭 的 行 為，在 SAP2000 中 依 據 實 驗試 體 的 斷 面 及 受 力 高 度（ 18.8cm）建 立 替代 垂 桿 並 於 支 承 端 分 別 指定 100000 及 150000 kgf-cm/rad 的 旋 轉 彈 簧。 給 予 系統 90kgf 之 水 平 作用 力 後 比 較 電 腦 模 型及 實 驗 的 水 平 位 移 量。
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圖 47. 45°斜 拉 線 系 統（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 48. 替 代 垂 桿系 統（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
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表 11. 45°斜 拉 線 系 統 與 替代 垂 桿 系 統 比 較（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
1. 45°斜 拉 線 系 統 ： 水 平 位 移 2.63cm， 水 平 剛 度 34.2 kgf/cm
2. 替 代 垂 桿 系 統 ： 水 平 位 移 2.32cm， 水 平 剛 度 38.8 kgf/cm
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50~60cm 60~70cm 70~80cm 80~90cm 90~100cm
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圖 49. 替 代 垂 桿系 統 施 作 位置 示 意 圖（ 圖 片 來 源 ： 本 研 究 ）
舉 例 來 說 ， 假 定 有 一 明 架 式 天 花 板 的 懸 吊 高 度 為 77cm， 根 據 表 12 屬 於 天 花 板 高 度 70~80cm 的 範 圍。因 此 宜 在 距 離 中 央 壓 力 桿 30cm 處 ， 裝設 長 度 為 40cm 之 替 代 垂 桿， 替 代 垂 桿 與上 方 樓 板 之 固 定 方 法 採 用 型 式 二 的 接 頭 型 式 ， 替 代 垂 桿 下 方 再 以 斜 拉 線 連 結 天 花 板 骨 架 。 如 此 之工 法 ， 便 可 以 本 研 究所 建 議 的 替 代 垂 桿 系統 ， 取 代 原 有 45°斜 拉 線 系統 。
五 、 小 結
由 於 替 代 垂 桿 安 裝 的 位 置 在 水 平 向 天 上 花 板 懸 吊 高 度 一 半 以 內 的 範 圍， 因 此 對 於 天 花 板 懸吊 高 度 在 50cm 以 內 的 情 況而 言 僅 有 不 到 25cm 的 空 間 可 以 安 裝 ， 而 替 代 垂 桿 含 兩 側 L 型 角 鐵 後 本 身 構 件 便 有 22cm 的 寬 度 ， 加 上 中 央 壓 力 桿 其 實 也 具 有 一 定 寬 度 ， 因 此 對 於 懸 吊 高 度 50cm 以 內的 天 花 板 ，替 代 垂 桿 之 安 裝 空 間受 到 很 大 的 限 制 ， 故 本 研 究 對 於 替 代 垂 桿 的 使 用 情 形 ， 天 花 板 的 懸 吊 高 度 最 少 要 為 50cm 以 上 （表 12） 。
至 於 懸 吊 高 度 大 於 100cm 的 情 形，因 為 固 定 端 接 頭 所 影 響 的 水 平 變 形 與 替代 垂 桿 之 長 度 有 密 切關 係 （
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12K
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1： 替 代 垂 桿之 長 度 ），因 此 當 替代 垂 桿 長度 過 長 時，會 導 致 水平 位 移 量 過 大。儘 管 使 用 本 研 究 中 旋 轉 剛 度 較 大 的 接 頭 型 式 ， 當 天 花 板 懸 吊 高 度 超 過48
100cm 時 ， 替 代 垂 桿 系 統 的 水 平 變 形 量 也 已 經 超 過 45°斜 拉 線 系 統 的 水 平 變形 量，代表 替 代 垂 桿系 統 所 提 供 的 水 平 剛度 已 經 小 於 需 求 剛 度 。 因 此 本 研 究 建 議 採 用 替 代 垂 桿 系 統 的 使 用 對 象 應 為 懸 吊 高 度 50~100cm 之 天 花 板 。 當 天 花 板 懸 吊 高 度 超 過 100cm 時 便 必 須 利 用 其 他 的 替代 方 案 （ P61 建 議 一） ， 藉 以 提 供 更 好 的水 平 剛 度 。
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