鋼材料具有良好的強度、勁度與延展性特色，故鋼構架為近幾十年 來 最 常 見 之 高 樓 建 築 系 統 。 常 見 的 鋼 骨 耐 震 構 架 有 特 殊 彎 矩 構 架 (Special Moment Frames, SMF) 、 特 殊 同 心 斜 撐 構 架 (Special Concentrically Braced Frames, SCBF) 與偏心斜撐構架 (Eccentrically Braced Frames, EBF) 。最新之 2005 年 AISC 耐震規範 (AISC 2005) 則 加入了挫屈束制斜撐構架(Buckling-Restrained Braced Frames, BRBF) 與 特殊鋼板剪力牆(Special Plate Shear Walls, SPSW) 兩種耐震系統。
同心斜撐構架主要以斜撐構材抵禦地震力，構架側位移將比抗彎構 架系統小，此為其主要優點；並且梁與柱構件的尺寸將可減小，亦有經 濟上的優點。AISC 對同心斜撐構架的分類區分為二種，為特殊同心斜 撐構架 (SCBF) 與普通同心斜撐構架(Ordinary Concentrically Braced Frame, OCBF)。兩者的區別在於特殊同心斜撐構架於抵禦地震力時，期 望能有可觀的非彈性變形能力。因而SCBF 的斜撐構材受壓而挫屈後有 比 OCBF 較少的強度衰減而較好的韌性行為。圖 1.1 所示為一般常見 的同心斜撐構架型式。
美國同心斜撐構架的設計與國內不盡相同，尤其佔多數的為中低層 建築物。美國中低層同心斜撐構架之斜撐構材大多採用較輕型的構件，
如圓型鋼管、矩(方)型鋼管、角鋼或槽型鋼，如圖 1.2 所示。以往斜撐 之試驗亦大多著重於上述輕型構件。AISC 規範亦依據此類之試驗結果 而訂定。1994 年美國加州北嶺地震後發現有同心斜撐之斜撐構材挫屈 與斷裂之破壞現象 (Gan 1997)。1995 年日本神戶地震與更早的 1985 年
墨西哥地震亦皆有同心斜撐構架遭地震破壞的例子(Khatib et al. 1988)。
因而北嶺地震後除了對特殊彎矩構架進行大規模的研究外，同時亦積極 檢討與發展各類耐震構架，對於同心斜撐構架的研究亦積極進行中。
特殊同心斜撐構架依國內建築物耐震設計規範 (2005) 結構系統之 分類為構架系統，此構架系統具承受垂直載重完整之立體構架，並以斜 撐構架抵禦地震力。地震時，當斜撐構架進入非彈性變形或破壞，垂直 載重可由承受垂直載重完整立體構架承擔，以避免構架的倒塌。國內同 心斜撐構架的設計主要為與抗彎矩構架合為一的二元結構系統。二元結 構系統的特性在於以斜撐構架及抗彎矩構架抵禦地震力。抗彎矩構架與 斜撐構架應設計使其能抵禦依相對勁度所分配到的地震力，其中抗彎矩 構架應設計能單獨抵禦25%以上的設計地震力。
結構系統韌性容量R 值將決定設計地震力的大小，韌性容量 R 值 則依據結構系統進入非彈性後消散能量的能力，因此符合韌性設計的特 殊抗彎矩構架(Special Moment-resisting Frame, SMRF) 與特殊同心斜撐 構架R 值各為 4.8 與 3.6，然而二元結構系統的鋼造特殊同心斜撐構架 具抗彎矩構架SMRF 的 R 值則為 4.8。二元同心斜撐構架的設計理念為 當 SCBF 達極限強度時，SMRF 還維持在彈性；亦即當 SCBF 斜撐構 材因挫屈開始失去勁度時，SMRF 還可提供相當程度的勁度，提高二元 系統的消能能力與耐震性能。總言之，在主要側力抵禦系統SCBF 受損 後，SMRF 可提供第二道的防線。
國內目前二元同心斜撐構架斜撐構材的設計則大多為較重型的 H 型鋼、H 型鋼加側板或箱型斷面，如圖 1.3 H 型鋼、H 型鋼加側板與 箱型斜撐構材斷面所示。而此類斜撐斷面之試驗資料則較為少見，且研 究報告顯示，H 型鋼之斜撐構材在細長比超過 80 時挫屈後強度衰減甚
為嚴重(Lee and Bruneau 2005)；因此本研究將針對常用於國內的斜撐構 材與接合進行系統的研究其耐震行為。
Single Diagonal Inverted V- Bracing V- Bracing X- Bracing Two Story X- Bracing
圖1.1 一般常見的同心斜撐構架型式
圖1.2 圓型鋼管、矩(方)型鋼管、角鋼或槽型鋼斜撐構材斷面
H-型鋼
側板
圖1.3 H 型鋼、H 型鋼加側板與箱型斜撐構材斷面