第十章 合成構材
10.4 隔間柱與其組合
隔間柱的設計可按照第六、七、八章的全鋼材系統的基準來做設計，亦可依 10.4.1 節到 10.4.3 節的外覆材的基準做設計。隔間柱之腹板可為實心或穿孔型 態，隔間柱末端的接合處需能抵抗柱的軸向旋轉及垂直柱方向的水平位移。
1.全鋼材設計
隔間柱的組合假如使用全鋼材設計，需忽略外覆材對結構的影響，並依第 六、七、八章的設計規定。對於腹板有圓形穿孔的情況，有效面積的計算參照第 4.3.2 節之規定，若腹板穿孔形狀非圓形時，則依據下列所述計算之：
在 Fn應力之下的有效斷面積(Ae)計算，則依第四章之規定，並假設腹板乃由 二未加勁肢材所組成，或考量經由短柱試驗來求得有效斷面積值。
當 Ae乃依照第四章來決定時，則有關穿孔大小、間距及隔間柱深度之限制 則需符合下列之要求：
(1) 腹板穿孔的中心與中心之間距不得小於 610mm。
(2) 腹板穿孔的最大寬度為 0.5 倍的深度 d 或 63.5mm，兩者中取較小之值。
(3) 腹板穿孔的長度不得超過 114mm。
(4) 斷面深度對厚度的比值(d/t)不得小於 20
(5) 柱末端到最近穿孔邊緣的距離不得小於 254mm。
2.外覆材支撐設計
隔間柱組合採用外覆材支撐設計須依據第 10.4.1 節至 10.4.3 節規定計算 之，並遵從下列之規定：
腹板穿孔的有效面積(Ae)之計算，按上述規定決定之。
外覆材須附著於柱的兩側，並聯結至牆的上端及下端的水平構材，以提供 隔間柱在牆面方向上的側向及扭轉支撐。
外覆材須依照表 10.4-1 的規定。另在建造時如果有特別需要，可加裝額外 的支撐。
本節規定之公式的運用，須符合下列限制：
降伏強度 Fy ≤ 345 Mpa 斷面深度 d ≤ 152 mm 斷面厚度 t ≤ 1.91 mm 全長 L ≤ 4.88 mm
隔間柱的間距最小為 305 mm，最大為 610 mm
解說：一受壓構材再相當的側支撐時，即使支撐相對上較柔性，但其本體的承載 能力將大幅提昇乃是眾所皆知的事實，此種情形對於經常使用做於承載牆 豎材(隔間柱)的斷面(較大的 Ix/Iy比值)便是很好的範例。
冷軋型 I、C、Z 或箱型斷面經常用於牆體的支撐材，其腹板方向與牆面方
向相垂直，而牆面板可能以纖維板、石膏板、合成板等為材料，如果牆面 材強度夠時，將可提供支撐材(豎材)側向的支撐能力，因此，選擇良好的 牆面材對於增加結構強度與減少經費上皆有相對的成效。
為了決定牆支撐構材所需的側向支撐條件，Green，Winter 與 Cuykendall [10.12]進行相關的理論研究與實驗，此實驗共包含了 102 個豎材與 24 個 牆面材，規範相關規定則參考了此研究的成果。
在 1970 年，支撐材與鋼板材質的牆面材在康乃爾大學與其他研究機構進 行了結構強度的研究，使用鋼板(片)與牆面材的影響不僅提供支撐材的支 撐作用外，牆整體亦可作為剪力膜版之用。對於 C 型與 Z 型斷面豎材與 外覆材料的支撐強度計算程序，Yu [10.2]的文獻內乃整理了 Simaan [10.13]
及 Simaan 與 Pekoz [10.14]的研究成果。側支撐的剪力剛度與旋轉束制乃 由外覆材所提供，Simaan [10.13]及 Simaan 與 Pekoz [10.14]的研究內容相 當完整，對於豎材僅有一翼版面有支撐，或二翼版面皆有支撐的情況皆有 進行。對於有關具有孔洞之豎材的短柱實驗與其相關理論分析則可參考 Davis 與 Yu [10.15]與文獻 16。
10.4.1 撓曲強度
對於隔間柱兩翼板皆連結相同材料的外覆材，且忽略外覆材所提供的旋轉束 制時，其標稱撓曲強度為 Mnxo與 Mnyo，其中
對於斷面俱加勁或部份加勁之受壓翼板：
φb = 0.95
對於斷面俱未加勁受壓翼板：
φb = 0.90
對應中性軸的標稱撓曲強度 Mnxo與 Mnyo乃依據第 6.2 節的規定計算，而第 6.2.2 節有關側向挫屈之規定不以予考慮。
解說：本節內所提及的豎材標稱撓曲強度，僅針對於全鋼材設計，對於外覆材所 可能產生力量則以予忽略。
10.4.2 受壓強度
對於隔間柱其兩翼板皆連結有相同材料的外覆材，且忽略外覆材所提供的旋 轉束制時，其標稱受壓強度則依下式計算之：
Pn= AeFn (10.4-1)
φc= 0.85 其中
Ae = Fn應力下的有效斷面積 Fn = 以下三種情況中最低者：
1.為避免柱挫屈在牆平面方向上的兩扣件間發生，Fn必須根據第七章中之規
定計算，且其 KL 值等於兩倍的扣件間的距離做計算。
Qo=參照表 10.4-1
G’來取代，E’及 G’定義如下：
E’= 4EFn(Fy-Fn)/Fy2
(10.4-25)
G’= G/(E’/E) (10.4-26) 外覆材的參數Qo與γ 可由全尺寸試驗求得，其試驗方式與分析則參考相關 文件(見解說)，或按照表 10.4-1 由小型試驗所求得之值。
表 10.4 -1 外覆材的參數
外覆材 Qo
kN
γ 長度/長度 9.5mm 至 15.9mm 的石膏板
木質纖維板
纖維板(普通的或浸注的) 纖維板(重浸注的)
107.0 53.4 32.0 64.1
0.008 0.009 0.007 0.010
表 10.4-1 中的值受下列的限制：
所有的值是針對牆的雙側皆有相同之外覆材質
所有的扣件為 6 號 S-12 型的乾砌牆自攻螺絲配上平頭或喇叭頭。
除了另有註明之外，所有外覆材為 12.7mm 厚。
對於其他型的外覆材，我們可以按照其他已發展的文件資料，及其所描述 的方法做小尺寸的試驗，藉以保守地求取Qo及γ 。
解說：本節之規定乃在防止三種破壞情形的發生，本節第一款的內容乃針對如圖 C-10.4-1 所示的在扣件間的柱挫屈情形。第二款則說明了柱整體挫屈(圖 C-10.4-2) 的臨界應力公式。基本上這些規定取決於外覆材的剪力剛度的大小，在本章內包 含 了 一 些 外 覆 材 的 剪 力 剛 度 值 ， 這 些 值 乃 由 Simaan[10.13] 及 Simaan 與 Pekoz[10.14]利用小尺寸模型實驗得之。
其他材質的外覆材則可依類似的程序而試驗求得。第三款的規定乃是為了確定外 覆材是否有足夠的扭轉能力，而程序計算上，則以極大應力值之下時，最大剪力 應變是否超出外覆材的剪力應變容許值為依據。
在 10.4 節內第一款所提及的豎材(含具孔洞)有效斷面積計算方式，在 Pekoz [10.17]
及 Miller 與 Pekoz [10.18，10.19]所進行的研究中被證實。
圖 C-10.4-1
圖 C-10.4-2
10.4.3 軸向壓力與撓曲強度
所需的軸向壓力與撓曲強度需滿足第八章的交互公式，其相關的定義如下：
Pn = 10.4.2 節規定的標稱軸向壓力
在公式(8.3-1)、(8.3-2)與(8.3-3)內之 Mnx 與 Mny 應以標稱撓曲強度 Mnxo 與 Mnyo替代。