第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
第一章 緒論
第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
一、研究主題
目前國內的「冷軋型鋼造建築物結構設計規範與解說」乃於民國 89 年度研 擬，於 92 年度完成國內建築技術規則冷軋型鋼構造專章完成審議，並於 93 年公 佈施行，從研擬至今業已經過 12 年了，隨著經濟的發展與科技的進步，適時的 修正規範是必須進行的一項工作，因此本計畫主要目的在於修訂適合現今的冷軋 型鋼造建築物結構設計規範與解說。另外國內「鋼構造建築物鋼結構設計技術規 範」的設計上分為二部份：一為鋼結構容許應力設計法規範及解說；另一為鋼結 構極限設計法規範及解說。89 年度研擬冷軋型鋼造建築物結構設計規範與解說 時，僅呈現極限強度設計法，未能將容許應力法納入考量，因此，本次修正冷軋 型鋼造建築物結構設計規範時，可參造美國美國鋼構造協會 AISC 與美國鋼鐵協 會 AISI 在編修最新規範的作法，將國內冷軋型鋼的鋼造建築物結構設計規範，
除了修正原有極限強度設計法的相關內容外，並加入容許應力法設計法於規範 內。
二、研究緣起
目前國際間發展及從事研究冷軋型鋼的國家為數相當多，如美國、日本、澳 洲、英國、歐洲大陸、加拿大、南非與中國大陸等國家，皆有制訂相關的冷軋型 鋼規範。國內十多年前應用冷軋型鋼於建築物的情況即已相當普遍，冷軋型鋼構 件使用的範圍也相當廣泛，如樓版、帷幕牆之支撐系統、建築物內之輕隔間、工 廠、餐廳、一般住宅(別墅)的構建，尤其 921 地震與 88 風災後，政府為災民規 劃中、長期性的生活長期方案，如興建臨時房屋、簡易教室、永久安置屋等；而 諸如此類的輕鋼構建築，絕大多數係以冷軋型鋼材料組合而成，方便、迅速且質 量輕，地震發生時所造成之加速度比 RC 構造小的多，是較有具有安全感的建築 物。
近年來由於國內缺乏輕型鋼構建築的結構計算技術，國內部分廠商直接與 第一章 緒論
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發展輕型鋼構建築多年的日本建築業合作，但在建材價格上與 know how 的技 術上等因素上，讓輕鋼構建築的成本比傳統鋼筋混凝土建築高出許多，也因此 在市場上的競爭性相對不足；既使冷軋型鋼構造住宅在台灣的建築市場上一直 無法大量的推廣，但考量此類建築物的種種優點，國內仍有不少的業者很努力 在推動輕鋼構住宅，期許政府與一般民眾在注重「環保與安全」的觀念上，能 慢慢的接受冷軋型鋼構造的建築型態。
冷軋型鋼由於質量輕、強度大、加工容易等優點，已成為廣泛使用之工程材 料，目前世界各國皆發展以鋼材為建築物的基本原料，使用具環保且可回收的鋼 材做為建築材料，是台灣在建築發展的一個重要趨勢，因此制定國內本土的冷軋 型鋼構造相關規範乃勢在必行，如此國內製造、設計與營造業者才能有所依循；
也因如此，內政部建築研究所於 89 年度即著手研擬冷軋型鋼構造設計規範與解 說(審議通過後名稱：冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說)，國內建築技術 規則的冷軋型鋼構造專章已於 92 年完成審議，並於 93 年 1 月 16 日公布 7 月 1 日實施。
雖然國內已制訂了「冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說」，但在 89 年度研擬此規範時，乃以美國鋼鐵協會(American Iron and Steel Institute,AISI)所 編訂的 1996 年版「冷軋型鋼構材設計規範 (Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members)」為參考依據，事值今日業已有十多年了，
隨著時代的向前行，相信規範不斷的更新與修正是一項必須進行的一項工作。
本規範的研擬與修正有其需求性與必要性，因此本計畫在推動和規劃上的基 本動機及理由為：
1. 民國 2000 年所編撰的冷軋型鋼構造建築物設計規範與解說，乃依據 1996 年 美國的冷軋型鋼結構構材設計規範，至今已近十二年未能予以修正。
2. 第一版的規範內容僅針對載重及強度係數設計法(LRFD)，未能將容許應力法 (Allowable Stress Design)納入規範，然而近年對於原本欲以載重及強度係數設 計法，取代的容許應力法已轉變為強度概念設計，如此對於規範在整合編撰 上將較過去以往以兩本編列的方式為簡易清晰，所以本次規範修訂也將容許 強度法(Allowable Strength Design)一併考量納入修正。
冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬
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3. 更多的研究引導更安全更正確的設計規定，由於近十年是世界各國在冷軋型 鋼領域上的研究相當的多，同時使用冷軋型鋼為結構主體的輕型鋼構建築已 漸漸成為主要的構造方法，所以導入國外最新的規範以予同步修正本國規 範，實為一與時俱進的作法。
4. 原規範的內容主要針對冷軋型鋼構材的結構設計與要求，然而，輕型鋼構建 築的結構元件不像一般鋼結構為構架結構，實為以牆板為結構體的結構設 計，因此純鋼的設計並不適用於冷軋型鋼建築，因此在規範上的相關章節須 考量構件組合與輕型鋼構建築體的板牆結構。
三、研究背景
針對市場的需求，冷軋型鋼(Cold-Formed Steel)逐漸地出現在鋼結構設計之 中，例如橋樑、樓版、外牆、廠房、屋頂、停機棚與電力輸送塔等(Yu, 2001)。
冷軋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)經由輾軋(cold roll forming, press brake or bending brake operation)製造而 成。而其本身之厚度通常介於 0.0149 in (0.378mm)至 0.25 in (6.35mm)之間。由於 冷軋型鋼之厚度薄，在其重量極輕之下，仍然可提供足夠的承載能力，也因此冷 軋型鋼的發展亦顯的極其重要，遠自西元 1850 年起，美國與英國開始使用冷軋 型鋼構件於房屋建築用途上。
與其他建築材料如木材和混凝土比較之下，冷軋型鋼構材能提供下列之優 點：(1)重量輕；(2)高強度與高勁度；(3)製造便捷與可大量製造；(4)裝設快速與 簡易；(5)方便運輸與處理；(6)施工上不受氣候之影響；(7)可準確地細部規劃與 施工；(8)在惡劣的溫度下不會收縮與潛變；(9)無需假設工程；(10)不易腐壞及防 蟲害；(11)品質劃一；(12)不可燃性。在一般建築中，冷軋型鋼構件可被使用成 為主要與次要建築體之結構。但在高層建築中，主要之結構架構仍以熱軋鋼構件 (hot-rolled structural steel)為主，而冷軋型鋼構件使用之範圍則可大致為樓層版與 屋頂版，牆板、輸送管、帷幕牆之支撐架，和天花板之固定支撐等。
由於環保的考量，木材、砂石等材料的短缺，美國、澳洲與日本等國發展之 標準化的低層冷型鋼建築設計與施工己廣泛地使用在工、商業界及一般住宅上。
以美國為例，在 1992 年推動初期，僅有 500 棟此類建築興建，在 1998 年一年間 第一章 緒論
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已有 12 萬棟住宅使用輕鋼構建築，約佔當年住宅建築的 10%，在 2000 年其輕鋼 構住宅達一年 20 萬戶的規模(約佔當年住宅建築的 20%)。由於加州與佛羅里達 州的氣候則顯得潮濕，而加州則為地震頻繁區域，佛羅里達州則有相當的颶風發 生，也因此，美國使用輕鋼構住宅有相當大的比例集中在加州與佛羅里達州，在 2004 年南佛羅里達州以輕鋼構形式新建的住宅已達 47%。而日本更是在短短的 幾年間，在鋼鐵製造業共同的努力下結盟成立協會(鋼材俱樂部)，不但進行生 產、製造及推廣，同時亦進行研究發展工作，讓所謂的鋼屋(steel house)市場在日 本蓬勃發展，2001 年間日本已有超過 6000 戶的興建，2002 年已有 3 萬戶的規模。
而輕鋼構住宅在澳洲方面，其市場在 2004 年佔有率約為 25%，每年皆有明顯的 成長。
目前國際間發展及從事冷軋型鋼構材結構強度與其應用研究的國家為數相 當多，如美國、日本、澳洲、英國、歐洲大陸、加拿大、南非與中國大陸等國家，
皆有相當完整的冷軋型鋼規範。國內應用冷軋型鋼於建築物的情況也日益普遍，
冷軋型鋼構件使用的範圍愈來愈廣，如樓版、帷幕牆之支撐系統、建築物內之輕 隔間、工廠、餐廳、一般住宅(別墅)的構建，及到處可見之屋頂加蓋及搭建。大 體而言，冷軋型鋼構件應用於建築工程時所具備的優點 (Yu, 2001)﹕(1)對於較輕 的載重及/或較短的跨矩，使用冷軋型鋼構件比熱軋型鋼較為經濟；(2)由於製造 方式的特異性，冷軋型鋼可輕易製作成所需之特殊形狀，並可獲得較佳之強度對 重量比(strength-to-weight ratios)；(3)製造完成之巢狀冷軋型鋼構件在包裝與運送 上，不但節省空間且相當經濟；(4)冷軋型鋼承版或鋼片，除了可提供屋頂、牆 板與樓版建築外，另可安置電器或其他設施之管路與導管；(5)如果與鄰近的支 撐構件有良好的結合，冷軋型鋼承版或鋼片，不僅可承受垂直載重，更可設計為 抵抗橫向力之剪力膈版(shear diaphragm)。
冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬
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