材料的選取是決定結構桿件承載能力與行為表現的一項基本的重要
考量。在結構設計的基礎資料上，數項重要的材料特性是必須知曉的，
如(1)降伏應力 – yield point or yield strength、(2)抗拉強度 – tensile strength、(3)應力與應變之特性 – stress-strain characteristics、(4)彈性模 數 – modulus of elasticity 、 (5) 展 延 性 - ductility 、 (6) 可 焊 度 – weldability、(7)疲勞應力 – fatigue strength等材料性質。冷型鋼是利用鋼 板或鋼片在室溫下，經滾壓或輾壓而成，而冷型鋼構件所使用之材料，
有一大部份為冷軋鋼板或鋼片(cold-rolled steel sheet and strip)。
2.1.1 鋼材要求
用於設計冷型鋼構件之鋼材，在各國的相關規範內皆有相當的要 求。除了基本的材料性質，如降伏應力與抗拉強度訂有限制外，對於展 延度(ductility)及抗拉強度與降伏應力比(ratio of tensile strength to yield point)亦有相當的要求。展延度的要求乃為了結構安全及冷型考量，鋼材 本身必需具備有足夠的塑性範圍，以免提早破壞。抗拉強度與降伏應力 比的要求，乃可顯示出鋼材本體應變硬化(strain hardening)程度的指標及 材料本身重新分配應力的能力。
在美國的冷型鋼設計手冊(AISI，1996)內，定義冷型鋼材料特性在選 擇上的限制為(1)降伏應力需介於25至80 ksi (172 to 552 MPa)之間﹔(2)抗 拉強度需介於42至100 ksi (290 to 690 MPa)之間﹔(3) 抗拉強度與降伏應力 比不能低於1.13﹔(4)伸長率(elongation)不得小於10 percent。澳洲的冷型 鋼規範內亦定有類似的要求﹕(1) 降伏應力需介於200至550 MPa 之間﹔
(2)抗拉強度需介於300至550 MPa 之間﹔(3) 抗拉強度與降伏應力比不能 低於1.08﹔(4)伸長率不得小於8 percent。當然，在此二種規範內對於應力 超出規定值或伸長率小於規定值的鋼材，在使用上則另以予限制或規範 之。
國 內 的 中 央 標 準 局 目 前 則 訂 有 類 似 之 規 定 ， 其 編 號 – CNS6183,
G3122 標準內亦有對於“一般結構用輕型鋼” (Light Gauge Steels for General Structure)的機械性質做一般的限制，其內容可參考表2.1，但其似 乎對於抗拉強度與降伏應力比並無做任何相關設限。
表 2.1
拉 伸 試 驗
伸 長 率 符 號 抗拉強度
N/mm2
降伏點
N/mm2 厚度 mm 試 片 % 5 以下 5 號 21 以上 SSC 400 400~540 245以上 超過 5 1A 號 17 以上
2.1.2 冷型鋼材料厚度
冷型鋼構件乃由碳鋼或低合金鋼板(carbon or low alloy steel sheet, strip, plate or flat bar)在室溫下經由輾軋或滾壓(cold roll forming, press brake or bending brake operation)製造而成。冷型鋼材與一般熱軋型鋼材的厚度相 比較之下相差甚多，其本體之厚度通常介於 0.378 mm (0.0149 in)至6.35 mm (0.25 in)之間。在澳洲的冷型鋼規範內則指出，針對結構之需求，某 些厚及25 mm的鋼板或鋼棒(steel bar)成功地經過冷型作用而成為結構用型 鋼。在計算斷面的性質與承載能力時，除非有特別的考量，一般則考慮 以材料本體的厚度為基準。對於經由冷型作用而減少厚度的轉角處，亦 使用原本之厚度計算之。另加諸於材料上之被覆(coating)或塗料所增加之 厚度，也不以考量計算。
2.1.3 應力及應變關係
冷軋鋼板或鋼片的應力及應變關係與熱軋鋼頗不相同，除了尖銳降 伏型式(sharp-yielding type)外，平緩降伏型式(gradual-yielding type)的應力 及應變關係(請參考圖2.1)亦常出現於冷型鋼材的特性之中。在分析構件強
度時，除非為局部挫屈(local buckling)或構件挫屈(overall buckling)，一般 皆需使用降伏應力加以分析計算。由於平緩降伏型式的應力與應變曲線 上並無明顯之降伏點(yield point)，這類材料的降伏應力的取得則需採用 offset method 或 strain-under-load method 。 如 圖 2.2(a) 所 示 ， 在 offset method 中，一般在降伏點的抉擇上乃使用0.2 % offset，而虛線的斜率則 與 此 應 力 與 應 變 曲 線 之 初 始 線 段 之 斜 率 相 同 。 另 在 strain-under-load method中(圖2.2(b))，降伏點的決定則是在0.5 % 的固定應變處向上劃垂直 線，此線與應力與應變曲線之交接處即為降伏點。
圖2.1
圖2.2
2.1.4 應用鋼材
應映市場的需求，目前國內之建築業界已開始使用冷型鋼相關構件，
依據「中國國家標準」與「鋼結構設計手冊」之資料，國內建築所使用 之鋼料(不含ASTM與JIS)可大致分為兩類。
1. 熱軋鋼構件:
※CNS 2473 (一般結構用鋼) ※CNS 2947 (銲接結構用鋼)
※CNS 13812 (建築結構用鋼) ※CNS 4269 (耐候性銲接結構用鋼)
※CNS 4622 (熱軋軟鋼板、鋼片及鋼帶) 2. 冷型鋼構件:
※CNS 9704（鋼承板鋼板材質） ※CNS 6183 (一般結構用輕型鋼)
※CNS 1244 (熱浸法鍍鋅鋼片) ※CNS 10804 (著色鍍鋅鋼片)
※CNS 8499 (冷軋不銹鋼片或鋼板) ※CNS 9278 (冷軋碳鋼鋼片及鋼帶)
2.1.5 焊接考量
由於冷型鋼之鋼材厚度較薄，除了在設計上需遵循規範強度要求 外，對於因焊接所造成之材料性質影響，則建議依實驗結果而定之。澳 洲標準組織所定之冷型鋼規範(SAA，1996)亦有相關說明，而因焊接所造 成之影響可考量在構件的強度設計上。同樣地，在英國標準協會(BSI)所 定之規範(BS 5950)內，亦說明當溫度小於攝氏15度下，在受拉力的焊接 接合處有斷裂發生之虞。