1.1 研究背景
台灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處，屬地質年輕之島嶼，
地震發生的機率頻繁，因此耐震設計為建築結構中相當重要的ㄧ環。
鋼骨抗彎構架具有高強度與高韌性的特性，目前被視為耐震能力極佳 的結構系統，因此鋼骨抗彎構架經常的使用於建築設計中。
1994 年與 1995 年相繼發生美國北嶺與日本神戶大地震後，許多 鋼骨構造建築發生嚴重損壞，造成嚴重的傷亡，震驚了整個工程界及 學術界，為此相關單位莫不投注大量心力研究破壞原因。研究顯示破 壞的原因為梁柱接頭在梁端、柱翼板、梁柱腹板交會區、銲道及剪力 板等區域因銲接熱影響、銲接瑕疵或幾何不連續等因素造成梁翼板接 柱翼板之銲道撕裂、梁翼板與腹板撕裂以及剪力連接板斷裂等，使得 鋼骨抗彎構架未發揮塑性消能即已發生脆性破壞。由上述研究可知鋼 骨抗彎構架之強度與韌性能否充分發揮，取決於梁柱接頭是否能提供 足夠之強度與韌性，因此發展高韌性與高強度之梁柱接頭以提升鋼骨 抗彎構架之耐震能力為目前之迫切需要。從過去的實驗研究可歸納兩 種方法以改善上述梁柱接頭破壞之原因，第一種方法是減弱式，此方 法是在遠離梁柱交接面之梁桿件上使其斷面積減少，使塑鉸形成於梁 上而遠離梁柱交界面；第二種方法是補強式，此方法是將梁柱交接面 之梁斷面之斷面積增加，提高梁柱交接面彎矩容量，使塑鉸遠離梁柱 交界面。這兩種方式於工程界已被大量使用。但兩種方法各有優缺 點，減弱式接頭其優點為切割工作於工廠完成、施工容易、銲接量較 少、工程費用較低及設計簡單等；缺點為側向扭轉挫屈提早發生、彎
矩強度會稍微折減以及整體結構之勁度會略為降低等。補強式接頭其 優點為整體結構勁度增加且梁柱交接面梁之斷面積增加使得應力分 佈可較為平均，缺點為需於工地作大量之銲接，工地銲接品質參差不 齊且銲接易造成熱影響的問題，另外補強式接頭需在梁柱交接面增加 子構件，而子構件的增加易使柱與梁構件交接處產生應力集中之現 象，相較於減弱式接頭的設計複雜許多，同時工程費用也相對提高。
在工程上常遇到管線配置須通過梁之情形，此時需把管線由梁下 繞過，管線由梁下通過，則必須加裝天花板以遮蔽管線，而使各樓層 之淨高度降低，故現在的建築物會在梁腹板開孔以便管線通過，如此 可增加樓層的使用效率。
對於梁腹板開孔在 AISC 規範裡有詳細規定，開孔的深度不可超 過 0.7 倍的梁深，開孔的形狀在規範裡面並無嚴格的規定，但規範中 將常用的矩形與圓形孔詳細的規定，並且說明圓形開孔優於矩形。當 梁腹板開孔受到彎矩及剪力交互作用時，其強度會比單獨受到彎矩或 剪力作用時還低，因此 AISC 規範另提供了一方程式以及設計彎矩-剪力交互作用圖用以檢核梁腹板開孔彎矩與剪力之設計強度是否安 全，若不符合此方程式之條件表示彎矩及剪力之設計強度不夠需做補 強，目前常用的補強方式有，於開孔區上下方以縱向加勁板於腹板銲 接補強、於開孔區以ㄧ適當的開孔鋼板銲於開孔區腹板上加勁補強以 及於開孔區以直徑稍大於開孔之鋼管銲於開孔區腹板上加勁補強，其 中在開孔區上下方以縱向加勁板於腹板銲接之補強方式最常被使用。
鋼構造建築物鋼結構設計技術規範之鋼結構容許應力設計法以 及極限設計法規範及解說兩者中都有明確的規定韌性抗彎矩構架之 梁柱接頭於塑性區之梁腹板不可隨意開孔，其原因為梁在塑性區斷面
之變化會影響其塑性變形能力，若在適當的設計下斷面變化可提高塑 性變形能力，反之，不當的斷面變化則會嚴重減損梁之塑性變形能 力。因此除非有明確的試驗數據為依據，否則梁斷面形狀在塑性區不 可隨意改變。綜合上述，梁腹板於塑性區開孔是否可以達到消能效果 以及其行為是否良好，值得工程研究人員做進ㄧ步之探討。
1.2 研究目的
本研究之目的為發展實用性與良好韌性之抗彎接頭，而改良抗彎 接頭的方式有兩種，一種是減弱式接頭，另ㄧ種為補強式接頭，因此 本研究採用減弱的方式在塑性區之梁腹板開孔，而以補強的方式在梁 柱交接面以適當的方式給予補強。由於鋼結構容許應力設計法以及極 限設計法規範及解說兩者都有明確規定梁腹板在塑性區不可隨意開 孔，以及梁腹板開孔若受到彎矩-剪力交互作用下強度會再折減，恐 會造成梁之塑性變形能力嚴重折損，因此本研究除了發展優良的抗彎 接頭之外，也針對塑性區之梁腹板開孔行為詳細探討。
1.3 研究方法
本研究參考以往梁腹板開孔之文獻及規範，定出開孔之形狀及大 小，並參考切削式梁柱接頭(FEMA 350, 2000)之設計參數，定出開孔 位置。開孔形狀，大小以及位置決定之後，以適當的補強方式提升梁 腹開孔式接頭梁柱交接處之彎矩容量，再以實尺寸之試體進行梁柱接 頭反覆載重試驗以驗證其耐震行為，期望發展具良好耐震能力之梁柱 接頭。
1.4 論文內容
本研究為探討梁柱接頭區梁腹板開孔之耐震行為及改良方式，其 研究內容如下:
第一章 : 敘述本研究的背景、目的及方法。
第二章 : 文獻回顧，再依材料力學行為及文獻定出開孔形狀、大小、
位置、補強的型式及梁腹板開孔所提供的梁端位移量。
第三章 : 依照開孔形狀、大小、位置及補強型式規劃試體並進行梁
柱接頭實尺寸實驗。
第四章 : 對實驗過程詳加描述並對實驗結果進行討論。
第五章 : 本研究的結論及建議。