計畫內容與目標

第二節 計畫內容與目標

一、本研究計畫之重要性

台灣地區地狹人稠，高層及高密度之集合住宅在近都會地區儼然成為建設居 住住宅之主流，集合住宅不但可減輕土地成本，其安全的管理乃是另一項為民眾 所期望的重要因素。但反觀自 921 集集大地震發生之後，一般民眾對於住宅的選 擇又改向低層數的房屋。不論是往高樓或低層建築方向發展，近年來國內營造業 面對生存環境的改變與轉型，已是不爭之事實。由於勞動人口的減少、工資的高 漲、工地安全與環保的重視、建材防火性的要求、建材輕量化的趨勢與工程品質 的提昇，在在顯示出營建業轉型的需求性。傳統厚重的建材與需要眾多勞力的施 工方式已逐漸式微，取而代之是高品質、輕量化的營建材料，以及短工期與低勞 動量的施工方法。

台灣在輕鋼構建築推展之初期，一般相關業界對於輕鋼構建築大多不予以重 視，印象中認定此類鋼結構僅侷限於小型工廠、倉庫、增建物或假設工程設施等 簡易工程。因此，一般設計人員可能誤用熱軋鋼結構規範。同時，施工人員對冷 軋型鋼相關知識的匱乏，導致業界對冷軋型鋼結構應用於建築上的不確定性。另 外，對於一般使用冷軋型鋼構件的單層或雙層建築物中，常被使用單位申請為臨 時建築或丙種建築，各地建營單位在認定無危害的情形下草率過關；就算建營單 位要求結構計算書，建築師事務所或工程顧問公司也僅能以國外之規範為標準提 出審核。但在現今國內冷軋型鋼相關規範逐步建立的情形下，已有業者使用以冷 軋型鋼構造為主的建築物出現。雖然目前已有不少營造業者嘗試推動以冷軋型構 造為主的低層住宅，但皆因沒有相關的設計資料與數據來支撐這類建築的結構計 算基礎，因此常以申請建照較為簡單的農舍為興建的對象，圖 1 則為建築實例。

另外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發展 輕型鋼構建築多年的日本建築業合作，圖 2 則為此類建築的工程實例，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」

第一章 緒論

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的觀念上，能慢慢的接受冷軋型鋼構造的建築型態。圖 3 為 88 風災後，由政府 與民間共同的力量，在南部所興建的輕型鋼構住宅(永久安置屋)。

圖 1.1 輕鋼構建築(農舍) 圖 1.2 輕鋼構建築(一般住宅)

圖 1.3 輕鋼構建築(永久安置屋)

目前國內的「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範」一直持續的進行修正與調 整，相信同樣為鋼結構領域的「冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說」，亦 應隨著時代的腳步而有所編修，如此才能與實務界接軌。

二、研究內容與目的

早在 1946 年美國業已了解冷軋型鋼的重要性與廣泛性，並制定了第一本設 計標準，經過多年的研究與改進，在美國鋼鐵協會的主導下，目前的“冷軋型鋼 構 件 設 計 規 範 -Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members”(AISI, 2007)涵蓋的範圍相當的廣泛。同樣身處地震頻繁的日本亦早有 冷型鋼設計相關規範-Recommendations for the Design and Fabrication of Light Weight steel structures (AIJ, 1985)。其他國家如澳洲、加拿大、芬蘭、法國、德國、

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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印度、中國大陸、南非、瑞典、英國、蘇俄、奧地利、紐西蘭等國目前皆有對於 冷軋型鋼設計之相關規範與標準。在目前國內使用冷軋型鋼構件建築日漸普遍的 情況下，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」，修訂 國內的冷軋型鋼構造設計規範是一項持續的工作，也是本研究的主要目的。

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。

第一章 緒論

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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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第二章 計畫進行方式與步驟

一、研究採用之方法

在分析結構物強度時，影響結構安全的因素甚多，較主要者為材料強度及載 重預估，而容許應力設計法(Allowable Stress Design - ASD)常以折減材料強度或 放大載重作為設計之安全係數，對結構安全的掌握或許並不是最佳的方法，但往 往是工程師普遍使用的設計法。近年來設計方法逐漸傾向採取以可靠度分析為基 礎之極限設計法(一般稱為 Limit State Design or Load Resistant Factor Design)，此 法以機率模式，將材料強度之變異性與載重之變異性當做決定強度折減係數與載 重係數的依據，使結構物整體的安全性，較能達致一致之水準。目前國內之「鋼 構造建築物鋼結構設計技術規範」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，將容許應力法與極限強度法在構 材的設計計算上，朝向整合一致化的方式呈現，因此，本次修正冷軋型鋼造建築 物結構設計規範時，將容許應力法直接納入於規範內，如此較能符合業界與時代 所需。

規範在研擬之初乃以美國的冷軋型鋼構材設計規範 (Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members)為參考藍本，本次修正亦考慮以 最新的北美設計規範(North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members)為依據，如此較能與先前的國內規範版本接軌並呈現其 連慣性。另外考量國內有部分業者在輕型鋼構建築上，引用日本之技術與施工方 法，因此當初在設計規範擬訂時，將”日本薄板輕量型鋼構造設計準則”納入規範 並置入附錄三內，本次修正亦會參考最新的日本設計準則，修正規範的內容以符 合市場的需求。

由於先前在研擬冷軋型鋼造建築物結構設計規範與解說時，乃參考美國鋼鐵 協會 AISI 所制訂的冷軋型鋼構材設計規範，現今該規範在這十年進行大幅度的 第二章 計畫進行方式與步驟

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修正外，亦已整合加拿大與墨西哥兩國的規範，成為「北美冷軋型鋼構材設計規 範」。由於相當的的學者專家在這些年，在冷軋型鋼相關領域的鑽研，因此在比 較新舊規範的差異性時，發現有相當比例的修正，如在有效斷面的肢材計算上，

進行了大幅度的改變，如構件設計計算上，考慮扭曲挫屈(distorsional buckling) 對於撓曲構材與受壓構材的影響，如在樓板、屋頂或牆面等鋼隔板構造的強度計 算上，將強度折減因子與安全因子做了全面的修正；另外，也將這些年在學界研 究的成果，如利用直接強度法設計冷軋型鋼構材(Design of Cold-Formed Steel Structural Members Using Direct Strength Method)置於附錄內，以提供設計者在計 算構材強度時的另一種選擇。

為確保施工之品質與建築使用之安全，本計畫除了針對構材設計做相關規定 之研究探討外，冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說的修正版本，亦考慮參 考國內「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範」之編排方式，對於製造、安裝與品 管之類似章節亦需加以調整修正。而本計畫的具體實施，可依下列三個階段進行：

1.相關資料之收集、整理

(1)美國與澳洲冷軋型鋼構材設計規範之相關參考資料。

(2)國內、外冷軋型鋼相關研究之文獻資料與技術報告。

(3)國內鋼構造建築物鋼結構設計與施工相關規範。

(4)網路相關研究資源。

2.資料歸納、整理與問題探討

(1)探討澳洲冷軋型鋼構材設計規範參考美國規範之依據方法。

(2)界定國內冷軋型鋼規範與美國冷軋型鋼構件規範之差異性。

(3)研究國內冷軋型鋼規範與國內熱軋型鋼設計規範之互通性。

(4)針對所擬規範草案，請業界專家學者座談，提出修訂意見，俾使規範 符合業界之需求。

3.修正冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說。

二、研究採用方法之原因

本研究主要目標在修正冷軋型鋼造建築物結構設計規範與解說，由於在 89 年度研擬之初乃以美國鋼鐵協會(American Iron and Steel Institute, AISI) 1996 的 Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members 為版本，並參 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說修正研擬