本 案 研究 方 法 為：（ 1）相 關 文 獻之 蒐 集 與 分 析；（ 2）柱 試 體 之 撓 曲 行為 實 驗 ； (3) 鋼 板 及混 凝 土 基 本 材 料 實 驗 ； (4) 試 驗 結 果 之 分 析 與 探討 與 (5)撰 寫 報 告 。
1 . 相 關 文 獻 之 蒐 集 與 分 析
蒐 集 並整 理 國 內 外 相 關 文 獻，一 方 面 避免 本 研 究之 內 容 與 現 有 成 果重 複，另 一 方 面 所 收集 之 資 料，可 作 為 規範 檢 討 的 參 考 或 補 充 資料 。
2 . 柱 試 體 之 撓 曲 行 為 實 驗
本 研 究 需 驗 證 降 低 寬 厚 比 與 加 裝 圍 束 繫 桿 對 長 寬 比 限 制 之 影 響，由 於 柱 桿 件受 固 定 軸力 及 變 化 彎 矩 至 破 壞階 段，牽 涉 到 材 料 與 幾何 之 非 線 性 反 應，行 為 非 常 複 雜，因 此 需採 用 結 構 實 驗 探 討 其 結構 行 為。本研 究 將 進行 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼柱 試 體 之 撓 曲 行 為 試 驗，柱 試 體 將同 時 受 到固 定 軸 力 及 反 覆 彎 矩載 重，可 得 到 軸 力 -彎 矩 互 制 之 下， 柱 試 體的 耐 震 能 力 。
3 . 試 驗 結 果 之 分 析 與 探 討
藉 由 試驗 結 果 之 分 析 ， 探 討 斷 面 寬 厚 比 及 圍 束 繫桿 於 高 軸 力 情 形 下 對 CFBC 試 體 耐 震 性 能之 影 響 。
4 . 檢 討 現 行 規 範 無 限 制 C F B C 柱 長 寬 比 之 合 理 性
目 前 國內 現 行 SRC 規 範 尚未 針 對 CFBC 柱 斷 面長 寬 比，做 任 何 限 制，擬 藉 由試 驗 結 果 與討 論，檢 討 現 行 規 範無 限 制 CFBC 柱 長 寬 比(H/B)之 合理 性 。
5 . 撰 寫 報 告
本 研 究包 含 兩 次 報 告 之 撰 寫，第 一 次 為期 中 報 告，目 的 在 說 明 本 案之 執 行 進 度；第 二 次為 期 末 報 告，目 的 在說 明 本 案 之 研 究 成 果 。
第 四 節 研 究 目 的
本 研 究 預 計 針 對 內 灌 混 凝 土 之 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 柱 進 行 研 究 ， 預 期 目標 包 括：（ 一 ）以 柱 撓 曲 韌性 需 求 的 觀 念出 發，並 藉 由 理 論 分 析 及 結構 試 驗 等 方 法，探討 矩 形 CFBC 柱 承 受 高軸 力 下 撓 曲 反 覆 載重 之 行 為；（ 二 ）檢 討 設 計 規範 中， 寬 厚 比 及 長 寬比 限 制，未 考 量 軸 力 比 之 合理 性；（ 三）研 提 矩 形 CFBC 柱 承 受 高 軸力 下 提 升 撓 曲 韌 性 的 設 計 建議 。
第二章 試驗計畫
支 螺 桿施 加 60 噸 預 力 ， 接著 使 用 鋼 板 將 底 板 兩側 角 鋼 與 試 體 間 的縫 隙 塞 滿，再 以 螺 桿 將 試 體 上方 與 200 噸 油 壓 致 動器 連 接 鎖 緊 並 施 加預 力 每 支螺 桿 29 噸 預 力 ； 試驗 時 ， 先 以 上 方 的 600 噸 油 壓致 動 器 施 加 20%與 40%軸 向 強 度 之 固 定 軸 力P， 再 以 水 平 的 200 噸 油壓 致 動 器 施 加 側 向力 進 行 反 覆 載 重 撓 曲 行 為 試 驗 。
第 二 節 試 體 製 作
本 研 究試 體 之 鋼 板 材 料 取 樣， 如 照 片 2.1 至照 片 2.4 所 示 。 本 研 究 各 系 列 試 體 外 觀 情 形 ， 如 照 片 2.5 及 照 片 2.6 所 示 。TR 系 列 之試 體 於 斷 面 長 向 邊 設有 開 槽 孔，並 加 裝 等間 距 螺 桿，螺 桿 材質 為 A490 鋼材 或 同 等 級 鋼 材，螺 桿直 徑 為 22mm、25mm 與 29mm，
於 試 體高 度 的 中 間 段 兩 根 螺桿 上 黏 貼 應 變 計，當箱 型 柱 試 體 承 受 軸壓 力 作 用時 ， 可 量 測 螺 桿 所 提供 鋼 板 圍 束 的 力 量 ，以 利 理 論 分 析 計 算 。
第 三 節 試 驗 裝 置 及 加 載 程 序
梁 柱 試 體 量 測 儀 器 配 置 如 圖 2.12 所 示 ， 共 安 排 三 個 角 度 計 及 六 個 位 移計，其 中 一 個 角 度 計置 於 試 體 上 方 垂 直 致動 器 底 座 處 以 量 測試 體 上 端之 角 度，一 個 角 度 計置 於 致 動 器 上 面 以 量測 致 動 器 之 角 度，最 後 一 個角 度 計 置 於 鉸 接 頭 上；水 平 位 移 計 置 於 上橫 隔 板 高 程 處（ 致動 器 之 高程 ）及 鋼 梁 上 翼 板 處，如 此 可 以 量 得 柱 試體 之 變 形 曲 線，另外 並 架設 4 支 垂 直 位移 計 ， 以量 測 軸 向 變 形 並 可 換算 不 同 高 程 之 轉 角 ， 且 確 保 不 會 變 形 過 大 造 成 危 險 。 使 用 之 反 覆 載 重 位 移 歷 時 係 採 用 AISC2010 之 規 範 所 建 議 之 位 移 歷 時 ， 致 動 器 所 提 供 之 側 向 位 移 由 層 間 位 移 角 乘 以 試 體 鋼 梁 上 緣 至 致 動 器 中 心 線 之 高 度 求 得 ， 如 圖 2.13 所 示 。
表 2.1 實 驗試 體 規 劃
圖 2.1 CFBC 試 體 斷 面 幾 何 示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 繪 製 ）
圖 2.2 試 體 組 合 採 用 全 滲 透 銲 銲 接 細 部 示意 圖
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 繪 製 ）
圖 2.4 F32R2.0YP20 試 體 之 詳 細 尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 2.6 F28R1.5YP40 試 體 之 詳 細 尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 2.8 T40R1.5YP40H 試 體 之 詳 細 尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 2.10 T40R1.5YP40L 試 體 之 詳 細 尺 寸
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
圖 2.11 本 研 究 試 體 及 試 驗 裝 置 示 意 圖
（ 資 料 來 源 ： [11]）
圖 2.12 量 測 儀 器 配 置 示 意圖
照 片 2.1 試 體 鋼 板 採 用 SN490B 材 料
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.2 同 一 試 體 採 用 同 一 片 鋼 板
照 片 2.3 箱 型 鋼 柱 之 銲 接 組 合
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.4 試 體 銲 道 進 行 超 音 波 檢 驗
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.5 試 體 銲 接 完 成 後 之 側 面 照 片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.6 試 體 銲 接 完 成 後 之 底 部 照 片
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.7 柱 試 體 於 逆 打 混 凝 土 時 之 灌 漿 孔
照 片 2.7 柱 試 體 於 逆 打 混 凝 土 時 之 灌 漿 孔
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.8 自 柱 試 體 內 部 黏 貼 於 圍 束 繫 桿 表面 應 變 計 之 訊 號 線
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.9 位 於 柱 試 體 端 部 塑 鉸 區 圍 束 繫 桿 之 設 置 情 形 (雙 層 配 置 )
照 片 2.10 本 研 究 所 有 柱 試 體 於 製 作 完 成 後 之 情 形
照 片
2.9 位 於 柱 試 體 端 部 塑 鉸 區 圍 束 繫 桿 之 設 置 情 形 (雙 層 配 置 )
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
照 片 2.10 本 研 究 所 有 柱 試 體 於 製 作 完 成後 之 情 形
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
第三章 實驗結果與討論
近 年 來本 所 針 對 填 充 混 凝 土箱 型 柱 (Concrete-Filled Box Column，
簡 稱 CFBC)做 過 一 系 列 的 研究 ， 發 現 國 內 SRC 構 造 設 計 規 範 中 ， 並 沒 有 對箱 型 柱 的 長 寬 比 (H/B)與 寬 厚 比（ B/th）有 明確 的 限 制，導 致工 程 實 務上 可 能 出 現 不 保 守 的設 計 情 形。故 本 案 為延 續 性 之 研 究，採用 改 變 矩形 箱 型 柱 斷 面 長 寬 比之 使 用 限 制，以 及 設置 圍 束 繫 桿 對 提 升箱 型 柱 耐震 性 能 之 有 效 性 等，透 過 理 論 分 析 及 結 構試 驗 等 方 法，進 行填 充 型 箱型 柱 的 耐 震 性 能 試 驗。 以 利 完 成 相 關 構 造設 計 規 範 ， 對 CFBC 斷 面 長寬 比 於 高 軸 力 條 件 下， 相 關 的 設 計 建 議 。
第 一 節 試 體 材 料 強 度 試 驗
有 關 本研 究 混 凝 土 抗 壓 強 度、圍 束 繫 桿 與 鋼 板 拉力 強 度 之 材 料機 械 性 質測 試 方 法 如 下 ：
1. 混 凝 土 圓 柱 試 體 抗 壓 試 驗
混 凝 土設 計 強 度為 420kgf cm2， 所有 混 凝 土 圓 柱 試 體 抗壓 實 驗 之 試驗 方 式，依 據 CNS1238 混 凝 土 抗壓 強 度 檢驗 方 法，以 300 噸 抗 壓試 驗 機 進 行 測 試 ， 待試 驗 完 成 之 後 ， 將 其試 驗 結 果 列 於 成 果 報 告中 。
2. 圍 束 繫 桿 拉 力 試 驗
試 體 之 圍 束 繫 桿 使 用 不 同 直 徑 之 鋼 材 ， 材 料 試 驗實 測 降 伏 強 度 及 實測 極 限 強 度 紀 錄 將 待試 驗 完 成 之 後 ， 將 其試 驗 結 果 列 於 成 果 報 告中 。
3. 鋼 板 拉 力 試 驗
柱 板 採 用 SN490B 系 列 鋼 板(標 稱 降 伏強 度 3.3tf cm2 )， 配 合 寬 厚 比之 變 化，柱板 厚 度 分為 兩 種，分別 為 1.2 cm 及 1.6 cm，所
有 鋼 板取 樣 後 加 工 製 作 拉 力試 片，依 CNS2112 規 定 進 行 測試，平 均 實 測降 伏 強 度 及 平 均 實 測 極 限 強 度 將 待 試 驗 完成 之 後 ， 將 其 試 驗 結 果列 於 成 果 報 告 中 。
表 3.1 梁 柱 試 體 之 混 凝 土 圓 柱 試 體 抗 壓 強度 試 驗 結 果 列 表 齡 期 最 大 強度 直 徑 破 壞 抗 壓 強度 平 均 抗壓 強 度
天 kgf cm 形 態 kgf/cm2 kgf/cm2
28 47,504 12.0 A 420 420
28 50,580 12.02 B 420 420
（ 資 料來 源 ： 本 研 究 ）
表 3.2 厚 度 12mm 鋼 板 拉 力 試 驗 表
樣 品 名稱 降 伏 點 抗 拉 強度 降 伏 比 伸 長 率
tf/cm2 tf/cm2 % %
T12-1 3.99 5.51 72 -
T12-2 4.11 5.50 75 -
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
表 3.3 厚 度 16mm 鋼 板 拉 力 試 驗 表
樣 品 名稱 降 伏 點 抗 拉 強度 降 伏 比 伸 長 率
tf/cm2 tf/cm2 % %
T16-1 4.02 5.45 74 -
T16-2 4.38 5.47 74 -
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
表 3.4 繫 桿 拉 力 試 驗 實 測 降 伏 強 度 及 實 測極 限 強 度 列 表
樣 品 名 稱 降 伏 點 抗 拉 強 度 降 伏 比 伸 長 率 (%) 斷 面 縮 率 ksi N/mm2 tf/cm2 ksi N/mm2 tf/cm2 % G.L.=8in % A49-16-1 151 1044 10.64 158 1088 11.09 96 15 57.0 A49-16-2 162 1117 11.39 170 1171 11.93 95 14 59.0
要 求 值 (A490) 92~ 120~ 14~ 35~
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
第 二 節 試 驗 結 果 與 觀 察
惟 因 試體 採 購 作 業 之 延 誤，致 本 年 度 無 法 完 成 原規 劃 之 試 驗，相 關 試 體擬 納 於 後 續 實 驗 研 究辦 理 。
第 三 節 填 充 型 箱 型 柱 耐 震 性 能 討 論
總 結 現階 段 針 對 CFBC 之 研究 成 果，當 軸 力 比 小於 0.2 時，CFBC 方 柱 斷 面 上 是 用 國 內 相 關 規 範 規 定 ； 當 軸 力 比 大 於 0.2 時 ， 規 範 對 CFBC 柱 斷 面 寬 厚 比 之 設 計 規 定 ， 將 無 法 滿 足 柱 於 塑 鉸 區 之 耐 震 韌 性 需 求。本 案 試 體 設 計 理 念，為 利 結 合 過 去 研 究 成果 進 行 比 較，驗 證高 軸 力 下長 寬 比 與 寬 厚 比 的 設計 極 限 。
F24R2.0YP20 試 體 與 F32R2.0YP20 試 體
在 103 年 黃 國 倫 與 陶 其 駿「 矩 形 填 充混 凝 土 箱 型鋼 柱 耐 震 能 力 提 升 研 究」的 研究 成 果 中，基 於 箱 型柱 鋼 板 之 標 稱降 伏 強 度 3.3 tf cm2、 420 kgf cm2標稱 抗 壓 強 度 混 凝 土、寬厚 比 為 40 及 箱 型柱 以 全 滲 透 銲 接 製 作之 條 件 ， 進 行 低 軸 力作 用 (承 受軸 力 約 為軸 向 強 度 20%)下之 側 向 撓 曲反 覆 載 重 試 驗 ， 其 中長 寬 比 為 2.0 的 FR2.0Y 試 體， 實 驗 結 果 得 知 塑性 轉 角 容 量 為 2.57% rad。
基 於 先前 的 研 究 成 果 ， 如 下 圖 3.1 所示 ， 在相 同 條 件 下 ， 減 少 寬 厚比 將 能 提 升 塑 性 轉 角容 量 (虛 線範 圍 為 可能 之 塑 性 轉 角 容 量 )。
本 案 將探 討 此 兩 座 試 體 維 持 低 軸 力 作 用 (承 受 軸力 約 為 軸 向 強 度 20%) 下，長 寬比 固 定 為 2.0 時，實 驗推 估 滿 足 規 範 要求 的 寬 厚 比 設 計 上 限。
圖 3.1 F24R2.0YP20 與 F32R2.0YP20 試 體 塑 性 轉 角 容 量 推 估
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
F24R1.5YP40 試 體 與 F28R1.5YP40 試 體
在 101 年 的 研 究 成 果 中 ， 基 於 箱 型 柱 鋼 板 之 標 稱 降 伏 強 度 3.3 cm2
tf 、420 kgf cm2標 稱抗 壓 強 度 混 凝 土箱 型 方 柱 以 全 滲 透 銲接 製 作 之 條 件， 進 行 高 軸 力 作 用 (承 受 軸 力 約為 軸 向 強度 40%)下 之 側 向 撓曲 反 覆 載重 試 驗，其 中 寬 厚 比為 40 的 R40-40 試 體，實 驗 結果 得 知 塑 性 轉 角 容量 為 1.31% rad。
基 於 先前 的 研 究 成 果，如 下 圖 3.2 所示，雖 然 長寬 比 更 變至 1.5，
但 減 少寬 厚 比 以 提 升 塑 性 轉角 容 量 。 探 討 此 兩 座試 體 在 高 軸 力 作 用 (承 受 軸 力 約 為 軸 向 強 度 40%)下 ， 實 驗 推 估 滿 足 規 範 要 求 的 寬 厚 比 設 計 上 限。
圖 3.2 F24R1.5YP40 與 F28R1.5YP40 試 體 塑 性 轉 角 容 量 推 估
（ 資 料 來 源 ： 本 研 究 ）
T40R1.5XP40H 試 體 與 T40R1.5YP40H 試 體
本 案 將 探 討 此 兩 座 試 體 在 高 軸 力 作 用 ( 承 受 軸 力 約 為 軸 向 強 度 40%)下，進 行 側 向 撓 曲 反 覆 載 重 試 驗，與 T40R1.5YP40H 試 體 相 比 ， 比 較 箱 型 柱 長 寬 比 、 寬 厚 比 及 圍 束 繫 桿 設 置 對 繞 強 軸 梁 柱 試 體 的 影 響 。
T40R1.5YP40H 試 體 與 T40R1.5YP40M 試 體 與 T40R1.5YP40L 試 體 此 系 列試 體 在 梁 柱 接 頭 上 方至 少 一 倍 柱 寬 範 圍 內，使 用 了 圍 束繫 桿，以 探 討 在 長 寬比 為 1.5 時，圍 束 繫桿 的 尺 寸對 提 升 矩 形 斷 面 CFBC 撓 曲 強度 及 撓 曲 延 展 性 的 效果 。
θp(% rad)
B/th
101年，R40-40試體
F24R1.5YP40試體 F28R1.5YP40試體
第四章 結論與建議
第 一 節 結 論
填 充 型箱 型 柱 （ Concrete-Filled Box Column， 簡 稱 CFBC） 在 內 政 部 訂頒「 鋼 構 造 建 築 物 鋼結 構 設 計 技 術 規 範 」係 定 義 為 鋼 管 與 結構 混 凝 土共 同 作 用 之 合 成 柱 ，即 所謂 之「 合 成 構 材 」；在「 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構造 設 計 規 範 」係 歸 類為 填 充 型 之「 鋼 管 混凝 土 柱 」。但 是，無
填 充 型箱 型 柱 （ Concrete-Filled Box Column， 簡 稱 CFBC） 在 內 政 部 訂頒「 鋼 構 造 建 築 物 鋼結 構 設 計 技 術 規 範 」係 定 義 為 鋼 管 與 結構 混 凝 土共 同 作 用 之 合 成 柱 ，即 所謂 之「 合 成 構 材 」；在「 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構造 設 計 規 範 」係 歸 類為 填 充 型 之「 鋼 管 混凝 土 柱 」。但 是，無