第六章 鋼骨抗彎梁柱接頭之修復與補強
6.2 梁柱接頭韌性之補強
梁柱接頭韌性之補強工作，因為受到樓板的限制，如果要在梁翼板上方進行 補強並不適合，因此對於補強方面的實驗至目前為止皆是針對梁翼板下方進行補 強工作。梁柱接頭的補強方式，除了可以採用加勁的方式，如於下翼板下方設置 蓋板或托肩之外，亦可以對下翼板進行切削。實驗結果（陳生金 1996）顯示，
對於梁翼板下方進行變斷面切削的梁柱接頭，塑性轉角皆大於 1.5﹪弧度，最大 的可達 7.7﹪弧度，各試體之塑性轉角詳圖 6.14。其中 Spec1~ Spec5 試體是以 0.95Mp 作為切削基準，Spec6 試體是以 0.9My 最為目的區切削基準，Spec7 試體 是以 0.95My 最為目的區切削基準。雖然並非所有的試體之塑性轉角皆可達到 3
﹪弧度，但是可以發現各試體之塑性轉角容量皆有所增加。因此即使只對梁之下 翼板進行切削，亦可以增加梁柱接頭之韌性，提昇構架之消能能力。該實驗結論 另建議，如果只進行下翼板切削時，必須於切削區末端設置加勁板或是側向支 撐，以增加側向扭轉勁度。
七、結論與建議
1.使用具有較佳韌性的鋼材，對於提昇鋼骨建築物之韌性有所助益。因此，在日 本便發展出新型鋼材，其特色在於限定鋼材降伏強度以及極限強度之標準與變 異性，以提供較大的韌性容量及破裂韌度。
2.美國方面對於提昇梁柱接頭韌性方面，主要是藉由加強梁柱接頭或減弱梁柱接 頭梁端的抗彎強度，以使塑性鉸產生在接合處外，避免銲道以及附近的熱影響 區產生破壞。日本方面則是改良施作細節，如改變扇形開孔形狀、尺寸等。
3.新建之鋼骨梁柱接頭可以採用加勁式或減弱式之改良方式。由文中之比較得 知，採用減弱式建造較為經濟。如果設計適當的話，漸變斷面切削、弧形切削、
等斷面平行切削方式之梁柱接頭，皆具有足夠之塑性轉角能力。
4.對於改良式梁柱接頭之設計，臨界斷面強度的選取為設計之關鍵。梁柱接合處 的設計強度應小於梁之塑性彎矩，如此較能確保塑性鉸的形成區域，以達到預 期之行為。關於梁柱接合處極限彎矩範圍應再進行研究。
5.採用切削式梁柱接頭時，梁柱接合處的銲道需加強，使梁柱接頭能有足夠之能 力發展塑性轉角。
6.塑性鉸處的彎矩調整係數（(4.1)式與式(4.14)式中之β）需考慮梁翼板及腹板之 材質變化、鋼材實際材料與標稱值之差異、應變固化之影響以及材料不確定性 之因素，建議針對國內鋼材進行調查研究以建立適當之彎矩調整係數。
7.採用適當的扇形開孔方式，能夠改善扇形開孔附近應力集中現象，但是否足以 避免此處脆性破壞的產生，仍需視梁翼板與梁腹板接合處之材料性質而定。
8.梁柱接頭的修復方面，如果梁、柱皆採用寬翼型鋼梁時，於梁翼板上下方皆設 置托肩或是於梁翼板下方設置托肩之修復方式，可以提昇梁柱接頭之塑性轉角 容量，但大部分的試體之韌性容量並未能達到 3﹪弧度以上。由於國內常見之 梁柱接頭多為 H 型梁接箱型柱之型式，與 FEMA （1997a）所進行的 H 型梁
接 H 型柱之型式不同，建議針對 H 型梁接型柱之梁柱接頭進行關於修復方式 之實驗，以找出較佳之修復方式。
9.對梁之下翼板進行變斷面切削，可以提昇梁柱接頭的塑性轉角容量，因此可以 用於補強梁柱接頭之韌性。另外，關於梁柱接頭韌性補強之研究仍不多，應再 進行相關之研究，針對現存之建築物進行補強，避免在地震來臨時受到嚴重之 侵襲。
八、參考文獻
Bruneau, M., Uang, C.M., and Whittaker, A.(1998), Ductile Design of Steel Structures, McGraw-Hill, New York.
Chen, S. J. and Yeh, C.H. (1994), “Enhancement of Ductility of Steel Beam-to-Column Connections for Seismic Resistance,” SSRC, Technical Session, Leigh University, Pennsylvania.
Chen, S.J., Yeh, C.H., and Chu, J. M. (1996), “Ductile Steel Beam-to-Column Connections for Seismic Resistance,” Journal of Structural Engineering, Vol.
122, No. 11, pp.1292-1299.
Chen, S. J. (1998), “Effects of Floor Slabs on the Seismic Behavior of Steel Beam-to-Column Connections with Reduced Beam Section,” 2nd World Conference on Steel Construction, San Sebastian, Spain.
Committee on Steel Building Structures-The Kinki Branch of The Architectural Institute of Japan (1997), Full-Scale Test on Plastic Rotation Capacity of Steel Wide-Flange Beams Connected with Square Tube Steel Columns (in Japanese).
Engelhardt, M.D., Winneberger, T., Zekany, A.J., and Potyraj, T.J. (1996), “The Dogbone Connection: Part II,” Modern Steel Construction, Vol. 36, No.8, pp.
46-55, American Institute of Steel Construction.
Engelhardt, M. and Sabol, T. (1998), “Reinforcing of Steel Moment Connections with Cover Plates：Benefits and Limitations,” Engineering Structures, Vol. 20, Nos 4-6, pp.510-520.
Engelhardt, M.D., Winneberger, T., Zekany, A.J., and Potyraj, T.J. (1998),
“Experimental Investigation of Dogbone Moment Connections,” Engineering Journal, Fourth Quarter, pp.128-139.
FEMA (1995), Interim Guidelines: Evaluation, Repair, Modification, and Design of Welded Steel Moment Frame Structures, Report No. SAC-95-02, Federal Emergency Management Agency, USA.
FEMA (1997a), Connection Test Summaries, Report No. SAC-96-02, Federal Emergency Management Agency, USA.
FEMA (1997b), Interim Guidelines Advisory No.1—Supplement to FEMA-267, Report No.SAC-96-03, Federal Emergency Management Agency, USA.
Iwankiw, N. and Carter C. (1996), “ The Dogbone: A New Idea to Chew On,” Modern Steel Construction, Vol. 36, No.4, pp.18-23, American Institute of Steel
Construction.
Krawinkler, H., Bertero, V.V., and Popov, E.P. (1971), Inelastic Behavior of Steel Beam-to-Column Subassemblages, Report No.UCB/EERC/-71/7, Berkley Earthquake Engineering Research Center, University of California.
Krawinkler, H. (1983), Recommendations for Experimental Studies on the Seismic Behavior of Steel Components and Materials, John A. Blume Earthquake Engineering Center, Report No.61, Department of Civil Engineering, Stanford University.
Krawinkler, H. (1996), “Earthquake Design and Performance of Steel Structures,”
Bulletin of the New Zealand National Society for Earthquake Engineering, Vol.
29, No. 4, pp.229-235.
Nakashima, M., Inoue, K., and Tada, M. (1998), “Classification of Damage to Steel Buildings Observed in the 1995 Hyogoken-Nanbu Earthquake,” Engineering Structures, Vol. 20, Nos 4-6, pp.271-281.
Nakashima, M., Suita, K, Morisako, K., and Maruoka, Y. (1998a),“Tests of Welded
Beam-Column Subassemblies. I：Global Behavior,” Journal of Structural Engineering, Vol. 124, No.11, pp.1236-1244.
Nakashima, M., Suita, K, Morisako, K., and Maruoka, Y. (1998b),“Tests of welded Beam-Column Subassemblies. II：Detailed Behavior,” Journal of Structural Engineering, Vol. 124, No.11, pp.1245-1252.
Nakashima, M.(1999), “Comparisons of steel Damage and Post-Earthquake Research in the US ans Japan” , 鋼結構建築耐震抗彎接合設計技術研討會論文集， pp.77-82。
Nelson, R.F. (1995), “Proprietary Solution,” Modern Steel Construction, Vol. 36, No.1, pp.40-44.
Plumier, A. (1990), “New Idea for Safe Structures in Seismic Zones,” University of Liege, IABSE Symposium, Brussels, Belgium.
Plumier, A., Baus, R., Pepin, R., and Schleivh, J. (1992)., “Antiseismic Steel Structural Work ,” United States Patent, No.5148642.
Uang, C.M., Bondad, D.M., and Lee, C.-H. (1998), “Cyclic Performance of Haunch Repaired Steel Moment Connections: Experimental Testing and Analytical Modeling,” Engineering Structures, Vol. 20, Nos 4-6, pp.552-561.
Whittaker, A. and Gilanii, A. (1995), “Testing of Full-Scale Steel Beam-to-Column Assemblies,” SAC, Phase I Report, SAC Joint Venture, Sacramento, California.
鋼構造建築物鋼結構設計技術規則(一)鋼結構容許應力設計法規範及解說，內政 部營建署(1998a)。
鋼構造建築物鋼結構設計技術規則(二)鋼結構極限設計法規範及解說，內政部營 建署(1998b)。
陳生金(1994)， “鋼骨建築物耐震韌性增強方法研究(二)”，國家科學委員會研究 報告，NSC84-2621-P-011-007B。
陳生金，陳舜田，葉禎輝，周作隆 (1996)， “強烈地震下鋼骨樑柱接頭之破壞
及高韌性接頭之開發”，結構工程第十一卷第四期，pp.19-37。
陳生金 (1996)， “鋼骨建築物耐震韌性增強方法研究(三)”，國家科學委員會研 究報告，NSC85-2211-E-011-017。
陳生金 （1999）， “切削式高韌性梁柱接頭設計例”，鋼結構建築耐震抗彎接合 設計技術研討會論文集，pp.245-254。
蔡克銓，陳嘉有 (1995)， “韌性鋼骨構架梁柱接頭行為研究” ，國立台灣大學地 震工程研究中心，研究報告84-04 號。
蔡克銓，陳威志，林克強（1999）， “梁翼切削與弱梁柱交會區共存型抗彎接頭 之 韌 性 行 為” ，鋼 結 構 建 築 耐 震 抗 彎 接 合 設 計 技 術 研 討 會 論 文 集， pp.301-319。。
葉超雄，洪思閩，鄧崇任 (1998)， “建築物耐震設計手冊之編訂(一)”，內政部 建築研究所專題計劃研究成果報告。
表 3.1 蓋板式梁柱接頭實驗結果 （Engelhard and Sabol 1998）
梁翼板強度 梁腹板強度 式體編號 梁斷面尺寸 FY
(Mpa) FY
(Mpa) FY
(Mpa) FY
(Mpa)
柱斷面尺寸
上端蓋板尺寸 (厚×寬×長)
(mm)
下端蓋板尺寸 (厚×寬×長)
(mm)
腹板接
合方式 焊接材料 塑性轉角
θP( ﹪) 破壞模式 AISC-3A W36×150 294 425 320 435 W14×455 19×300×430* 19×355×405 栓接 E70T-4 1.5 上翼板與蓋板槽焊脆性破壞 AISC-3B W36×150 294 425 320 435 W14×455 19×300×430* 19×355×405 栓接 E70T-4 2.5
AISC-5A W36×150 318 460 375 494 W14×426 25×300×610* 25×300×585* 栓接 E70TG-K2# 2.5
下翼板於蓋板端部撕裂之後因 局部挫屈強度逐漸衰減 AISC-5B W36×150 370 492 380 520 W14×426 25×300×610* 25×300×585* 栓接 E70TG-K2# 0.5 梁之下翼板於接合處脆性破壞
且柱翼板亦有裂縫 AISC-7A W36×150 318 460 375 494 W14×426 19×300×430* 19×355×405 栓接 E70T-7 3.5
AISC-7B W36×150 318 460 375 494 W14×426 19×300×430* 19×355×405 栓接 E70T-7 5.0 AISC-8A W36×150 311 444 343 465 W14×426 19×300×430* 19×355×405 栓接 E70T-7 3.5 AISC-8B W36×150 311 444 343 465 W14×426 19×300×430* 19×355×405 栓接 E70T-7 3.5
因局部挫屈導致強度逐漸衰減 梁之下翼板與蓋板間之填角焊 逐漸破壞
SAC-4 W36×150 292 421 329 437 W14×257 25×300×405* 25×355×405 栓接 E70T-8 3.7 與 AISC-7A 相同外，還有梁柱交 會區的剪力降伏
NSF-5 W36×150 296 417 310 415 W14×426 12×300×355* 12×380×355 焊接 E70T-8 3.3 與 AISC-7A 相同
NSF-6 W30×148 321 445 334 450 W14×257 16×266×355* 16×300×355 栓接 E70T-8 3.8 梁翼板與蓋板間之填角焊逐漸 破壞，梁柱交會區塑性變形 NSF-7 W36×150 340 456 360 467 W14×455 12×300×355* 12×380×355 栓接 E70T-8 3.8 與 AISC-7A 相同
59
表 3.2 弧形切削梁柱接頭實驗試體詳細資料表（Engelhardt et al. 1996）
試體編號 梁構件 柱構件 翼板銲道 腹板接合方式 切削型式 塑性轉角(%) 破壞模式
DB1 W36X160 Lb = 134”
DB2 W36X160 Lb = 134”
DB3 W36X160 Lb = 134”
DB4 W36X160 Lb = 134”
DB5 W36X160 Lb = 134”
表 3.3 漸變斷面切削梁柱接頭實驗試體詳細資料表（Chen et al. 1996）
試體編號 梁構件 柱構件 翼板銲道 腹板接合方式 切削型式 塑性轉角(%) 破壞模式
YC1 H600x300x12x20 A36
表 3.4 漸變斷面切削梁柱接頭實驗試體詳細資料（Iwankiw and Carter 1996）
表 5.1 寬翼梁接箱型柱之梁柱抗彎接頭塑性轉角容量之實驗資料(Committee on Steel Building Structures-The Kinki Branch of The Architectural Institute of Japan 1997)
No. 試體編號 焊接 方式
梁斷面尺寸 及鋼材
柱斷面尺寸 及鋼材
扇形開 孔方式
板厚差 (mm)
實驗單位 試驗溫度 (℃)
荷重 方式
累積塑性 轉角倍率
破壞 模式 1 SE5Z3F-Kb1 廠焊 H500×200×10×16 □350×350×12 傳統型 3 神戶大學 17 擬靜態 42 A 2 SE5Z6F-Kb1 " (SS400) (BCR295) 傳統型 6 " 10 " 48 A 3 SE5Z3F-Kb2 " " " 傳統型 3 " 6 " 38 A 4 SE5Z6F-Kb2 " " " 傳統型 6 " 10 " 31 A 5 SE5A3F-Kb1 " " " 改良式 A 型 3 " 9 " 60 E 6 SE5A6F-Kb1 " " " 改良式 A 型 6 " 12 " 58 E 7 SE5A3F-Kb2 " " " 改良式 A 型 3 " 9 " 64 B 8 SE5A3F-Kb3 " " " 改良式 A 型 3 " 12 " 58 E 9 SE5A3-Kb4 " " " 改良式 A 型 3 " 14 " 49 B 10 SE5A6F-Kb2 " " " 改良式 A 型 6 " 8 " 58 E 11 SE5A6F-Kb3 " " " 改良式 A 型 6 " 7 " 59 E 12 SE5B3F-Kb1 " " " 改良式 B 型 3 " 10 " 60 E 13 SE5B6F-Kb1 " " " 改良式 B 型 6 " 12 " 59 E 14 SE5B3F-Kb2 " " " 改良式 B 型 3 " 8 " 47 B 15 SE5B6F-Kb2 " " " 改良式 B 型 6 " 9 " 50 B 16 SE5Z3-Ch1 " " " 傳統型 3 千葉大學 -23 " 21 A 17 SE5Z6-Ch1 " " " 傳統型 6 " -23 " 21 B 18 SE5Z3-Ch1 " " " 傳統型 3 " -23 " 61 A 19 SE5Z6-Ch1 " " " 傳統型 6 " -23 " 46 A 20 SE5Z3-Ch1 " " " 改良式 A 型 3 " -23 " 75 E 21 SE5Z6-Ch1 " " " 改良式 A 型 6 " -23 " 21 A 22 SE5Z3-Ch1 " " " 改良式 A 型 3 " -23 " 96 E 23 SE5Z6-Ch1 " " " 改良式 A 型 6 " -23 " 70 E
63
No. 試體編號 焊接 方式
梁斷面尺寸 及鋼材
柱斷面尺寸 及鋼材
扇形開 孔方式
板厚差 (mm)
實驗單位 試驗溫度 (℃)
荷重 方式
累積塑性 轉角倍率
破壞 模式 24 SE5Z3-Ch1 廠焊 H500×200×10×16 □350×350×12 改良式 B 型 3 千葉大學 -23 擬靜態 14 F 25 SE5Z6-Ch1 " (SS400) (BCR295) 改良式 B 型 6 " -23 " 68 A 26 SE5Z3-Ch1 " " " 改良式 B 型 3 " -23 " 77 E 27 SE5Z6-Ch1 " " " 改良式 B 型 6 " -23 " 66 E 28 SB6Z3-Kn1 廠焊 H600×250×12×25 □450×450×19 傳統型 3 近畿大學 常溫 擬靜態 21 B 29 SB6Z3-Kn2 " (SN490B) (BCR295) 傳統型 3 " 28 " 14 B 30 SB6Z7-Kn1 " " " 傳統型 7 " 常溫 " 45 B 31 SB6Z7-Kn2 " " " 傳統型 7 " 常溫 " 11 B 32 SB6Z3-Kn3 " " " 傳統型 3 " 16 " 43 B 33 SB6Z3-Kn4 " " " 傳統型 3 " 20 " 43 B 34 SB6Z7-Kn3 " " " 傳統型 7 " 常溫 " 60 B 35 SB6Z7-Kn4 " " " 傳統型 7 " 19 " 36 B 36 SB6Z3F-Kn5 " " " 傳統型 3 " 11 " 61 B 37 SB6Z7F-Kn5 " " " 傳統型 7 " 8 " 61 B 38 SB6A3-Kn1 " " " 改良式 A 型 3 " 29 " 22 B 39 SB6A7-Kn1 " " " 改良式 A 型 7 " 29 " 31 B 40 SB6A3-Kn2 " " " 改良式 A 型 3 " 18 " 45 B 41 SB6A7-Kn2 " " " 改良式 A 型 7 " 20 " 63 C 42 SB6A3F-Kn3 " " " 改良式 A 型 3 " 15 " 33 C 43 SB6A3F-Kn4 " " " 改良式 A 型 3 " 8 " 78 B 44 SB6A7F-Kn3 " " " 改良式 A 型 7 " 13 " 57 B 45 SB6A7F-Kn4 " " " 改良式 A 型 7 " 11 " 86 E
64
No. 試體編號 焊接 方式
梁斷面尺寸 及鋼材
柱斷面尺寸 及鋼材
扇形開 孔方式
板厚差 (mm)
實驗單位 試驗 溫度
荷重 方式
累積塑性 轉角倍率
破壞 模式 46 SB6B3-Kn1 廠焊 H600×250×12×25 □450×450×19 改良式 B 型 3 近畿大學 常溫 擬靜態 16 B 47 SB6B7-Kn1 " (SN490B) (BCR295) 改良式 B 型 7 " 常溫 " 15 C 48 SB6B3-Kn2 " " " 改良式 B 型 3 " 19 " 49 B 49 SB6B7-Kn2 " " " 改良式 B 型 7 " 20 " 43 B 50 SB6B3FKn3 " " " 改良式 B 型 3 " 15 " 41 C 51 SB6B7FKn3 " " " 改良式 B 型 7 " 10 " 68 B 52 SB6B3FKn4 " " " 改良式 B 型 3 " 15 " 49 B 53 SB6B7FKn5 " " " 改良式 B 型 7 " 11 " 64 B 54 SB6Z3-Ky1 廠焊 H600×250×12×25 □450×450×19 傳統型 3 京都大學 17 擬靜態 39 B 55 SB6Z7-Ky1 " (SN490B) (BCR295) 傳統型 7 " 14 擬靜態 43 B 56 SB6Z3-Ky2D " " " 傳統型 3 " 13 動態 40 B 57 SB6Z7-Ky2D " " " 傳統型 7 " 18 動態 37 B 58 SB6Z3-Ky3D " " " 傳統型 3 " 12 動態 69 B 59 SB6Z7-Ky3D " " " 傳統型 7 " 12 動態 64 B 60 SB6A3F-Ky1 " " " 改良式 A 型 3 " 10 擬靜態 71 B 61 SB6A7F-Ky1 " " " 改良式 A 型 7 " 9 擬靜態 49 B 62 SB6A3F-Ky2D " " " 改良式 A 型 3 " 13 動態 43 B 63 SB6A7F-Ky2D " " " 改良式 A 型 7 " 15 動態 72 B 64 SB6B3F-Ky1 " " " 改良式 B 型 3 " 13 擬靜態 60 B 65 SB6B7F-Ky1 " " " 改良式 B 型 7 " 12 擬靜態 79 E 66 SB6B3F-Ky2D " " " 改良式 B 型 3 " 12 動態 93 B 67 SB6B7F-Ky2D " " " 改良式 B 型 7 " 12 動態 102 B
65
No. 試體編號 焊接 方式
梁斷面尺寸
梁斷面尺寸