SRC「特殊同心斜撐構架系統」

5.2.1 動機與目的

斜撐構架系統為廣泛使用的結構系統之一，一般可分為同心斜撐構架與偏心 斜撐構架。2005 年 AISC 耐震設計規定(Seismic Provisions)[5]中又將同心斜撐構架 系統分為「普通同心斜撐構架(OCBF)」與「特殊同心斜撐構架(SCBF)」兩種。根 據國內外學者之實驗研究發現，耐震結構系統若單獨使用 OCBF 時，以目前的設 計要求，在非彈性階段容易產生軟弱層(Soft Story)現象。當斜撐構材受到過大的軸 向壓力而產生整體挫屈(Global Buckling)或局部挫屈 (Local Buckling)時，甚至可能 因過度之挫屈變形，導致斜撐構材在未發揮消能容量之前即提早失敗，進而影響 整體構架之耐震性能。

特殊同心斜撐構架(SCBF)的出現改善了上述 OCBF 之缺點，AISC Seismic Provisions[5]係利用斜撐構材長細比及斷面寬厚比等限制，來避免 SCBF 之斜撐構 材發生非預期的挫屈變形，進一步提升其韌性及增加在非彈性階段之變形能力。

SCBF 在系統配置與接合細部要求上較 OCBF 嚴格，當受到較大的反復側向水平力 作用時，相對於OCBF 可承受較大之非彈性變形，使整體構架耐震性能提升。

檢視目前國內外鋼結構設計規範，在2005 年新版的 AISC Seismic Provisions 與2007 年內政部訂定之「鋼結構極限設計法規範及解說」中皆包含有關「特殊同 心斜撐構架」設計要求之章節。然而，目前我國SRC 規範中，斜撐構架之規定僅 包含同心斜撐構架(CBF)與偏心斜撐構架(EBF)，對於特殊同心斜撐構架(SCBF)並 沒有提出相關章節加以說明。因此，本研究小組建議於我國SRC 規範第九章，將 原第9.9 節「同心斜撐構架」修訂為「特殊同心斜撐構架」。

5.2.2 建議修訂之規範條文與解說

由於2005 年新版的 AISC Seismic Provisions 與 2007 年內政部訂定之「鋼結構 極限設計法規範及解說」皆包含有關「特殊同心斜撐構架」設計要求之章節，因 此本研究建議在我國 SRC 構造設計規範的第九章「耐震設計」篇中，修訂第 9.9 節為「特殊同心斜撐構架」。(以下建議新增之內容，以「細明體」之字型表示)

9.9 特殊同心斜撐構架

1. 採用特殊同心斜撐構架之鋼骨鋼筋混凝土構造，其斜撐應採用鋼骨構材 或內部填充混凝土之鋼管所組成。

2. 斜撐構材採用鋼骨構材設計時，應符合內政部所定之「鋼結構極限設計 法規範及解說」中之特殊同心斜撐構架相關規定；採用內部填充混凝土 之鋼管斜撐構材，其設計應符合本規範第六章之相關規定。

3. 斜撐構材與構架之接合應符合「鋼結構極限設計法規範及解說」中之特 殊同心斜撐構架相關規定。

第五章 其它建議新增或修訂之條文與解說

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解說：根據2005 年新版 AISC Seismic Provisions[5]中將同心斜撐構架系統分為 普通同心斜撐構架(Ordinary Concentrically Braced Frame，OCBF)與特殊同 心斜撐構架(Special Concentrically Braced Frame，SCBF)，其中 OCBF 在 彈性階段具有相當高的勁度與強度，是抵抗中、小型地震之良好系統。然 而，就抵抗強烈地震而言，受到較大的反復側向水平力作用時，斜撐構材 受到過大的軸向壓力而產生整體挫屈與局部挫屈，甚至可能因過度之挫屈 變形，導致材料在未發揮消能容量之前即提早斷裂，使得遲滯迴圈呈現強 度衰減與束縮現象，嚴重影響結構系統之韌性。

特殊同心斜撐構架(SCBF)的出現改善 OCBF 之缺點，AISC Seismic Provisions[5]係 利 用 斜 撐 構 材 長 細 比 (Slenderness Ratio)及 斷 面 寬 厚 比 (Width-Thickness Ratio)等限制，來避免 SCBF 之斜撐構材發生非預期的挫 屈變形，進一步提升其韌性及增加在非彈性階段之變形能力。SCBF 在系 統配置與接合細部要求上較 OCBF 嚴格，當受到較大的反復側向水平力 作用時可承受較大之非彈性變形，使整體構架耐震性能提升。

由於SCBF 須藉由斜撐構材之塑性變形來消散地震能量，換言之，應避免 在斜撐構材未發揮其塑性變形能力前，發生接合處破壞之情形。因此，接 合板之設計是否適當將會影響整體構架之耐震行為。接合板之設計隨斜撐 構材之挫屈型式有所不同，其斜撐挫屈型式可分為構架平面內挫屈 (In-Plane Buckling)及構架平面外挫屈(Out-of-Plane Buckling)。若斜撐產生 平面外挫屈，則接合板必須設計成可自由彎曲之型式，容許接合板在斜撐 構材末端2 倍接合板厚度範圍處產生塑性變形，如圖 C9.10.1 所示。此外，

在梁及柱與接合板之交接處，應於適當之位置設置加勁板。

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Optional Stiffener

圖 C9.10.1 斜撐構材面外挫曲時接合板之設計 (資料來源：參考書目 54)