第一章 緒論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
第四節 研究流程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
力學分析
側向支撐數值分析
防挫屈設計分析
試體設計
數據整理分析
相關規範條文檢討
研究計畫完成 研究計畫開始
國內外相關資料及文獻收集
圖1-3 研究流程圖
（資料來源：本研究整理）
第二章 有限元素數值分析
圖2-2 測試試體上視圖
（資料來源：本研究整理）
材料性質方面，本計畫實驗所使用之結構用鋼材質為A572 Gr.50，由實際 拉力試片試驗所得之應力-應變曲線如圖 2-3 所示。
A572 Gr.50 應力-應變曲線
0 1 2 3 4 5 6
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
應變
應力
2 (tf/cm)
A572 Gr.50
圖2-3 鋼材之應力-應變曲線
鋼梁使用的元素為3 維非線性 2 階殼元素 S8R，分析模型如圖 2-4 所示。
所用網格大小則根據收斂性分析決定，將翼板寬度方向切割成2、4、6 格比較 結果後，發現取4 格便可達所要精度。
加載方式為端點旋轉角控制之同向反覆載重。
θ
θ
圖2-4 有線元素分析模型
進行有限元素分析時，樓版之扭轉勁度kθ之決定，係將混凝土樓板模擬成 抗扭轉彈簧(rotational spring)。因此，將RC樓板取 1 m帶寬進行分析，樓板厚度 為15 cm。
利用結構學勁度之觀念，在其中一端點施加一單位轉角，所需之彎矩即為 扭轉勁度。因為此施加之彎矩，對鋼梁而言，係加載於軸向，即為扭矩。接著，
兩端邊界保守取簡支承，開始進行分析。
圖2-5 為RC樓板之有限元素模型尺寸，以結構學理論分析材料參數，混凝 土抗壓強度 fc’ = 280 kgf/cm2 ，混凝土彈性模數 Ec = 150000 (fc’)0.5 = 250998 kgf/cm2 ，斷面慣性矩Ig = 1/12(100)(153) = 28125 cm4，跨距長L = 350 cm。由結 構學理論，兩端為簡支承且變形對稱的撓曲勁度為2EcIg/L，即為RC樓板模擬 成抗扭轉彈簧之勁度。將數據代入後可得抗扭轉彈簧勁度kθ = 40340
tf-cm/rad/100cm，為每一個nodal bracing之勁度。由於分析模型在鋼梁軸向共設 置23 個單一節點之扭轉支撐，間隔為 50 cm，因此所輸入之扭轉勁度應為kθ/2，
20170 tf-cm。
圖2-5 RC 樓板之有限元素模型尺寸
（資料來源：本研究整理）
第二節 斷面尺寸
所用之斷面尺寸係選自工程上常用之BH 型鋼斷面，梁深度計有 600、700、
800 mm 三種，梁翼寬度計有 300 及 400 mm 兩種，腹板厚度計有 13、16、19 mm 三種，翼板厚度計有25、28、32、36、40 mm 五種，故分析之斷面組合共有 90 種。
因斷面尺寸組合甚多，茲列出標稱尺寸為600×300 及 600×400 兩種為代 表，如表2-1 所示。
表2-1 結構用鋼斷面及相關性質
標稱尺寸 斷面尺寸 Mp (tf-cm) ry (cm) bf / 2tf hw / tw
600×300 600×300×13×25 19329 7.13 6.00 42.31 600×300×13×28 21048 7.27 5.36 41.85 600×300×16×32 24097 7.20 4.69 33.50 600×300×16×36 26303 7.35 4.17 33.00 600×300×19×40 29216 7.29 3.75 27.37 600×400 600×400×13×25 24576 9.91 8.00 42.31
600×400×13×28 26894 10.70 7.14 41.85 600×400×16×32 30731 10.00 6.25 33.50 600×400×16×36 33714 10.16 5.56 33.00 600×400×19×40 37392 10.10 5.00 27.37
*註: Mp計算係使用實際試驗之降伏強度Fy=3.65 tf/cm2
第三節 邊界條件與束制型式
在分析模型中，在鋼梁兩端採用兩片剛性板與鋼梁接合，如圖2-4 所示，
在左端鋼梁斷面中心之邊界條件為ux = uy = uz = θy = θz = 0，右端鋼梁斷面中心 為ux = uy = θy = θz = 0。
束制型式分為兩種，一為上翼板無連續側向支撐及扭轉支撐(NN)、另一為 上翼板有連續側向支撐及扭轉支撐(CC)，分別如圖 2-6 及圖 2-7 所示。另外，
鋼梁之跨距分別為8 m、10 m 及 12 m。
圖2-6 鋼梁束制型式之ㄧ（NN）
圖2-7 鋼梁束制型式之二（CC）
第四節 分析結果
600×300×13×28_NN
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 End Rotation
600×300×13×28_CC
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 End Rotation
強度約為Mp之1.4~1.6 倍。此係因NN型式為純鋼梁，在考慮材料非線
圖2-13 600×300×13×28_NN 之破壞模式
圖2-14 600×300×13×28_CC 之破壞模式
3.4 θp評估公式
為了防止翼板及腹板之局部挫屈過早發生，進而影響分析結果，故翼板與 腹板之寬厚比及深厚比均採用耐震斷面之要求。在耐震斷面下，翼板與腹板之 結實性要求分別如下：
33
y = 0.745 x-0.827
第三章 實驗裝置規劃
(a)平面圖
E 側 W 側
(b)立面圖 圖3-1 試驗佈置
（資料來源：本研究整理）
第二節 柱與基座設計
如圖3-1 所示，本計畫之樓版構架需鋼柱 4 支，柱之設計包括基座設計、
柱設計、柱與基座連接設計、柱與梁連接設計。因試驗受力狀況不同，柱又分 為箱型柱與H 型柱 2 種。
一、基座設計
為將鋼柱固定於強力地板上需使用支承基座，其細部設計如圖3-2 所示。
圖3-2 柱支承基座細部設計
（資料來源：本研究整理）
本所材料實驗中心強力地板孔距為50cm，為了未來之適用性並配合 200
剪力連接板
剪力連接板
圖3-3 箱型鋼柱細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-4 箱型鋼柱剪力連接板細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-5 箱型鋼柱底部基板細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-6 H 型鋼柱細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-7 H 型鋼柱剪力連接板細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-8 H 型鋼柱底部基板細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-9 柱底鉸支承上部細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-10 柱底鉸支承下部細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-11 H 型鋼上部鉸支承細部設計
（資料來源：本研究整理）
第三節 短梁構架設計
短梁構架除了支撐樓版外，尚有加勁作用，減少實驗中整個構架產生扭轉 或傾斜，包含上下2 支短梁與斜撐系統。
短梁採用RH300×150×6.5×9，長度為 300cm，兩端各以 3 個 ψ22 螺拴與柱 相接合，細部設計如圖3-12 所示。斜撐系統採用鬆緊器(Turnbuckles)與 ψ28 螺 桿，細部設計如圖3-13 所示。短梁構架組裝如圖 3-14 所示。
圖3-12 短梁細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-13 鬆緊器(Turnbuckles)細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-14 短梁構架組裝圖
（資料來源：本研究整理）
第四節 測試梁與樓版設計
圖3-15 測試梁 CC 細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-16 測試梁 CCLB 細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-17 傳統測支撐細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-18 測試梁 CCPS 細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-19 測試梁 EGLS 細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-20 測試梁 NN-1 與 NN-2 細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-21 測試梁之端板細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-22 測試梁端與 H 型鋼柱連接用鉸支承細部設計
（資料來源：本研究整理）
圖3-23 測試梁吊耳、切削區與補強板細部設計
（資料來源：本研究整理）
本實驗之樓版採用15 cm混凝土版，其抗壓強度設計為 280 kgf/cm2。樓版 尺寸為7.9m×4.2m，配筋細部如圖 3-20 與圖 3-21 所示。
圖3-24 RC 樓版配筋細部設計-1
（資料來源：本研究整理）
圖3-25 RC 樓版配筋細部設計-2
（資料來源：本研究整理）
第四章 實驗結果與討論
315.73 30.94
3 35
400.684 397.545 357.714
385.31 37.76
3 42
389.795 360.461 400.684
383.65 37.60
2 49 398.133
370.468 384.30 37.66
總平均 367.25 35.99
第二節 實驗設置
實驗設置如圖4.1 所示，位移計與應變計設置如圖 4.2 所示，L1 與 L2 裝設 於柱上方與梁中心線之位置，為量測梁與樓板於受力方向之位移，D1-D2 設置於柱上方側向與梁中心線之處，為量測柱之側向位移。D3-D6 設置於梁 之上下翼板，為量測梁之旋轉變形，其設置位置L 則因梁之設計不同而有差 異，如表4.3 所示。
圖 4.1 實驗設置
（資料來源：本研究整理）
表 4.3 梁側向位移計裝設位置 L
測試梁 與梁端點距離 L (mm)
BM-CC 1000 BM-CC-LS 1000 BM-CC-EGLS 1100
BM-CC-TS 900 BM-NN-C 2200 BM-NN-U 2200 （資料來源：本研究整理）
圖 4.2 位移計與應變計裝設位置圖
（方向：W 側為 200 萬能試驗機施力側，另一側為 E 側）
（資料來源：本研究整理）
第三節 實驗加載歷時
Number of Cycle
Drift Ratio (%)
8.0%
第四節 實驗結果
-229.2 -171.9 -114.6 -57.3 0 57.3 114.6 171.9 229.2
Displacement (mm) - LVDT
Force (tf)
圖4.4 梁 BM-CC 遲滯迴圈
（資料來源：本研究整理）
-200
-229.2 -171.9 -114.6 -57.3 0 57.3 114.6 171.9 229.2
Displacement (mm) - LVDT
Force (tf)
-229.2 -171.9 -114.6 -57.3 0 57.3 114.6 171.9 229.2
Displacement (mm) -LVDT
Force (tf)
圖4.6 梁 BM-EGLS 遲滯迴圈
（資料來源：本研究整理）
-200
-229.2 -171.9 -114.6 -57.3 0 57.3 114.6 171.9 229.2
Displacement (mm) - LVDT
Force (tf)
-229.2 -171.9 -114.6 -57.3 0 57.3 114.6 171.9 229.2
Displacement (mm) - LVDT
Force (tf)
圖4.8 梁 BM-NNC 遲滯迴圈
（資料來源：本研究整理）
-200
-229.2 -171.9 -114.6 -57.3 0 57.3 114.6 171.9 229.2 Displacement (mm) -LVDT
Force (tf)
Lateral Drift ratio (%)
Normalized Moment (M/Mp)
1st cycle 2nd cycle
圖4.10 梁 BM-CC 之包絡線圖
（資料來源：本研究整理）
-2
Lateral Drift ratio (%)
Normalized Moment (M/Mp)
1st cycle 2nc cycle
圖4.11 梁 BM-CC-LS 之包絡線圖
Lateral Drift ratio (%)
Normalized Moment (M/Mp)
1st cycle 2nd cycle
圖4.12 梁 BM-CC-EGLS 之包絡線圖
（資料來源：本研究整理）
-2
Lateral Drift ratio (%)
Normalized Moment (M/Mp)
1st cycle 2nd cycle
圖4.13 梁 BM-CCTS 之包絡線圖
圖 4-14 梁BM-CC-LS 局部挫屈
（資料來源：本研究整理）
圖 4-15 梁BM-CC-LS 側向扭轉挫屈
（資料來源：本研究整理）
圖 4-16 梁BM-CC-LS 下翼板與端板間銲道破裂
（資料來源：本研究整理）
二、梁BM-CC
試體BM-CC 初始降伏線於層間變位角達 0.75 %時，出現於梁下翼板，3 % 時E 側梁腹板於距端點 20-40cm，下翼板切削段上面 10-25cm 處發生局部挫屈，
且有側向扭轉挫屈發生，至7%試體已嚴重扭曲，如圖 4-17。
樓板於層間變位角達1.5 %時樓板與梁於端板處分離，2 %時與梁端分離長 度約40cm，4 %時已達約 70cm 且端點已嚴重開裂，如圖 4-18 所示。
實驗第33 圈層間變位角達 6 %時，兩端梁下翼板破裂，如圖 4-19，至第 34 圈時梁裂縫向內延伸至約2/3 下翼板寬度但尚未完全斷裂，力量下降至 85 %以 下，實驗停止。
圖 4-17 梁BM-CC 側向扭轉挫屈
（資料來源：本研究整理）
圖 4-18 梁BM-CC 端點混凝土開裂
（資料來源：本研究整理）
圖 4-19 梁BM-CC 下翼板破裂
（資料來源：本研究整理）
三、梁BM-EG-LS
試體BM-EG-LS 初始降伏線於層間變位角達 0.75 %時，出現於梁下翼板，3
%時 E 側梁腹板於距端點 25-50cm，E 側下翼板切削段上面 10-25cm 處發生局部 挫屈，至4 %梁下翼板發生側向扭轉挫屈，如圖 4-20，至 5 % W 側上翼板發生 局部挫屈。
樓板於層間變位角達1.5 %時樓板與梁於端板處分離，2 %時與梁端分離長 度約70cm，至 5 %時有斜裂縫，6 %裂縫擴大，如圖 4-21。
實驗第33 圈層間變位角達 6 %時，E 側梁下翼板於 55cm 斷裂且向上延伸至 腹板25cm 處，如圖，力量下降至 85 %以下，實驗停止。
圖 4-20 梁BM-EGLS 側向扭轉挫屈
（資料來源：本研究整理）
圖 4-21 梁BM-EGLS 樓板開裂
（資料來源：本研究整理）
圖 4-22 梁BM-EGLS 端點混凝土開裂
（資料來源：本研究整理）
圖 4-23 梁BM-EGLS 下翼板開裂且向上延伸至腹板
（資料來源：本研究整理）
四、梁BM-CC-TS
試體BM-CC-TS 初始降伏線於層間變位角達 0.75 %時，出現於梁下翼板，4
%時 E 側梁腹板於距端點 25-35cm，E 側下翼板切削段上面 15-25cm 處發生局部 挫屈，如圖4-24 所示，至 4 %梁下翼板發生側向扭轉挫屈，至 5 %兩側下翼板皆 發生扭轉挫屈。
樓板於層間變位角達1.5 %時樓板與梁於端板處分離，2 %時與梁端分離長 度約70cm。
實驗第31 圈層間變位角達 5 %時，E 側梁端板螺栓斷裂，力量下降至 85 % 以下，實驗停止。
圖 4-24 梁BM-CC-TS 腹板局部挫屈
（資料來源：本研究整理）
圖 4-25 梁BM-CC-TS 側向扭轉挫屈
（資料來源：本研究整理）
第五章 結論與建議
第二節 建議事項 中長期之建議
主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：相關學術團體
1. 本研究案相關之決定性參數多，建議後續宜以有限元素模擬，以進行
1. 本研究案相關之決定性參數多，建議後續宜以有限元素模擬，以進行