鋼結構在綠建築發展趨勢中之綜合評價

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(1)壹、緒論 1.1 研究背景第二次世界大戰結束後，除局部區域性之衝突外，人類一直處於和平之狀態中，配合科技之進步及經濟之高度成長造成社會經濟架構之變化，人們生活水準也隨著提高，造成物質需求量之增加。為達到此目的，自然資源之大量開發與應用對環境產生相當大的衝擊。而在資源之開發與應用過程中，不但自然資源之消耗及自然界外貌產生破壞外，更因應用過程中自然資源之化學變化對地球之原貌產生溫室效應及臭氧層破壞等現象。為考慮地球永續之發展，1970 年代因能源危機及環境問題之浮現，開始由聯合國於 1972 年之人類環境生活中提出永續發展之觀念。然而在過去二十年間，由於開發中國家之急直追，邁向己開發國家之行列，全面致力於產業經濟之發展，臭氧層破裂及溫室效應之全球性環境問題已直接威脅未來人類之生存。在過去 1972 至 1996 這段期間，國際性組織開始進行有關環境保護之研究，包括聯合國於 1983 年成立之世界環境與發展委員會，並於 1987 年出版「我們的共同未來」，倡導「永續發展」之觀念，使它成為國際性環境組織處理地球環境問題時最重要之基本觀念及最高之指導原則。隨之，聯合國世界環境發展委員會於 1992 年 6 月於巴西里約召開地球高峰會議，最後與會代表簽署包括「里約宣言」、「廿一世紀議程」、「森林原則宣言」、「氣候變化綱要合約」及「生物多樣化合約」等五項重要文件作為未來全球各國努力之目標及依循。而在國際會議發展過程中，與建築相關之重要國際組織從 1990 聯合國環境規劃署於日本大阪成立國際環境技術中心，並於 1996 成立總部設置於加拿大之國際綠建築聯盟，推動包括建築物節約能源設計、廢棄物之減低及再生建材之使用、建築物與環境共生之概念，及設置綠建築評估架構委員會，分別針對能源環境衝擊及室內環境進行評估與驗證。其中與環保相關較大之溫室效應問題，更於 1994 年正式成為國際法，抑制.

(2) 已開發國際家對有害氣體之排放量，在西元 2000 年之前需回歸至 1990 年水準，以避免造成全球氣候之變化。綜觀國內，由於社會經濟急速發展，人口大量向都市集中造成都市建築趨向高密度發展，在其發展過程中，常因建築產業之發展使地球生態環境受到嚴重衝擊。身為亞太經合會之會員國，根據 1996 年於菲律賓召開之永續發展部長會議所作承諾，推動第二屆聯合國人類居所議程之決議。在未來為減低在發展過程中對環境之衝擊，建築產業需負起一部份之責任與迴響，在建築與環境共生共榮之原則下減低生產過程中對環境生態之污染與能源資源之消耗，推動永續發展綠建築之構想，進行建築與都市相關之各種規劃之設計開發及營建，以避免在建築生產過程中造成資源浪費及環境衝擊之負面影響。為配合內政部建築研究所提出綠建築與居住環境科技中程研究計劃中「87 年度建築節能污染防制科技及建築節能科技」[1]，針對國內建築產業之構造方式進行分析評估，據此以改變產業構造方式，減低建築產業對環境之衝擊，達到「綠建築」之目標。. 1.2 研究範疇綠建築之定義係依據綠色永續發展之內涵及建築功能之需求，設計並建造在其生命週期中以最低污染、耗能及排放溫室氣體等環境負荷及高耐久性、高資源回收等最有效資源利用，同時提供安全、健康及舒適等建築功能之需求，以達到人類、建築及環境共生共榮永續發展之建築物。有鑑於此，綠建築在生產、規劃、設計、施工，使用管理及拆除之生命週期中對建築物之污染及環境之衝擊，建築物之節約能源、建築物之資源利用及建築物室內控制均有密切關係 [1]。其中與建築結構構造相關之內容及要項在生產過程中包括建材 CO2 之排放量，建材運輸之耗能量，及生產時可能產生之廢料，而在施工階段則包括空氣、水及土壤之污染、振動.

(3) 與噪音及營建廢棄物等之環境衝擊，及在節約能源方面營建運輸及施工機具之耗能量。而在使用過程中，在資源之有效利用上，則必需考慮建築物之耐久性。最後當結構進行拆除時，則包括在拆除過程中，產生之空氣及土壤之污染，噪音與眾不同振動及拆除作業所產生之廢棄物等環境污染問題，及拆除作業所耗費之能源及拆除廢棄物之再利用等資源利用之問題。國內由於科技之進步與國際交流之頻率日增，在經濟之發展上國民之收入雖目前僅為開發中之國家，但擠身已開發國家之行列己指日可待。然而環顧周遭之環境，空氣、水及土壤等污染問題，能源與資源使用之不當及其他由廢氣所造成之溫室效應等均未被重視。為提高生活水準同時盡人類對大自然生態永續發展之權利與義務，綠建築為未來努力之目標，從環境之觀點，在設計規劃時應考慮與環境間之親和性以達到永續發展之目標。從人類之觀點，綠建築應考慮到安全、健康及舒適性；而從建築之考量則必需達到環境污染，及能源浪費之防止及資源之有效應用等目標。其中與建築結構關係較為密切者包括材料之選擇，考量材料生產過程所需之能量及其對自然界之衝擊，及由於耗能過程中所排放之氣體對自然界環境造成不利之影響。建築設計千變萬化，影響綠建築之因素相當複雜，為考量建築對自然永續發展擔負之任務，以生命週期評估(LCA)方法評估建築物之環境負荷已使用多年，評估作業中依建築設計所選用材料之生產過程，施工作業，使用管理及拆除解體等階段所消耗之能量及其所排放之溫室氣體作定量分析，最後將建築生命週期之環境負荷作評估。其中對建築結構體之生命週期評估，在評估過程中，由於建築結構體所使用材料種類及用量之多寡，因此在評估時均以相關產品單位生產量對環境所造成之負荷量為基準再進行評量。另外，並針對施工作業中運輸及施工機具使用之能源消耗量進行評量。最後依拆除時所採用之方法及設備評估能源消耗量及廢棄物之回收率並對資源之利用.

(4) 作評估。在建築構造之評估作業中，除可量化之數據外，其他無法量化，但對環境造成水及空氣等污染及噪音及振動等之衝擊因素亦應列入評估作業之考量。 1.3 研究目標一般而言，建築產業在規劃、設計、施工過程中，構造方式、材料選用及施工作業等對環境生態均造成不同之影響與衝擊，而決定之因素相當廣泛，其中最主要之考量因素則注重於其技術面及經濟面，針對國內之建築產業而言，依使用之材料區分，以鋼筋混凝土構造、鋼骨構造及鋼筋混凝土與鋼骨組合之鋼骨鋼筋混凝土構造為主。根據內政部營建署公佈，過去十年其分佈之狀況如表(1.1)(1.2)(1.3)所示。早期在經濟起飛之前，由於鋼料資源之缺乏，一切全賴進口，而在外匯之限制下，營建材料之生產製造及選用均以國產原材為主，儘量減少使用進口材料。在此原則下，由於木材及石材之缺乏，只能以磚及由河中之砂石及由山上之石灰石所製造之水泥拌製成之混凝土為主。磚由於生產之原材取得方便，且生產設備規模不大，出產較為容易，普遍應用於營建工程中，但由於其強度之限制，僅應用於較小之建築物或作非結構性之填充材料。混凝土由於硬化後其壓力強度相當高，並可依模板之組立而灌注成任何形式，雖然其拉力強度僅為其壓力強度之 1/10，但與少量之高拉力強度之鋼筋組合，即可發揮其壓力強度滿足結構所需，此種鋼筋與混凝土組合而成之鋼筋混凝土構造成為一般普遍使用之結構構造模式。在經濟成長前之 20 年間，建築產業在決定構造之方式及材料之選用時考量因素均以經濟為主題。在避免使用高價位電梯之經濟考量下建築物之高度均以五層樓為上限，在此高度下，在鋼筋混凝土結構之應用上並未帶來太多技術層面上之問題，而環境生態之衝擊與負荷則未被重視。經濟成長後，由於人口向都市集中，造成都市建築趨向高密度發展，建築物之高.

(5) 度增大，加上台灣位於地震帶及鋼筋混凝土結構由於混凝土重量大而韌性低之材性，造成在耐震設計上之疑慮。從多次之地震經驗中得知，若欲提昇結構之耐震性必需提昇結構之韌性。對鋼筋混凝土結構而言，若欲達到提昇韌性之目的，必需對混凝土作充分之圍束，而充分之圍束對鋼筋混凝土結構而言，不但增加鋼筋之用量，同時常因鋼筋之密度太高而造成施工上之問題，而在建築機能上，高樓建築之柱由於累積載重之增大，尺寸隨之增大而造成空間之浪費。另外，台灣地區河川狹短，砂石之資源相當有限，在大量使用混凝土當營建材料之情況下，造成河川資源之過度開採，過量開採砂石之結果，嚴重破壞環生態及水土保持。近年來，更有使用海砂替代河砂之情形發生，造成鋼筋腐蝕、混凝土破裂等海砂屋事件，直接影響結構之安全。雖然如此，但在過去十二年，如表(1 )及圖(1.1)所示，每年鋼筋混凝土構造所佔之樓地板面積之百分比有略為上昇之趨勢。.

(6) 表(1.1 )國內 RC 構造基本資料年別. RC. RC 面積２. RC 造價. RC 面積. RC 造價. RC 面積. 件數. (m ). (千元). 總地板面積. RC 面積. RC 件數. 74. 31057. 21484982. 71019197. 76.42. 3.306. 692. 75. 31659. 20066346. 66257247. 77.25. 3.302. 634. 76. 35425. 19489694. 62859608. 77.42. 3.225. 550. 77. 39247. 22687478. 69995475. 76.63. 3.085. 578. 78. 39030. 25306381. 83294220. 81.02. 3.291. 648. 79. 36187. 25665109. 94462808. 82.07. 3,681. 709. 80. 35866. 26535576. 109151536. 82.94. 4.113. 740. 81. 49698. 31495718. 141229078. 85.30. 4.484. 634. 82. 61119. 41529236. 204595599. 87.35. 4.927. 679. 83. 57807. 51579595. 289392324. 88.69. 5.611. 892. 84. 49929. 50030043. 291020185. 90.53. 5.817. 1002. 85. 38655. 40260988. 237939676. 88.08. 5.910. 1042. 鋼構造價. 鋼構面積. 鋼構造價. 鋼構面積. 資料來源：台灣營建研究院〝營建物價〞. 表(1.2 )國內 RC 構造基本資料年別. 鋼構. 鋼構面積２. 件數. (m ). (千元). 總地板面積. 鋼構面積. 鋼構件數. 74. 2215. 956734. 2123397. 3.40. 2.219. 432. 75. 2140. 887584. 1844225. 3.42. 2.078. 415. 76. 2615. 946045. 1973994. 3.76. 2.087. 362. 77. 2658. 1371203. 3167024. 4.63. 2.310. 516. 78. 2818. 1482601. 3158160. 4.75. 2.130. 526. 79. 3586. 2210130. 6934813. 7.07. 3,138. 616. 80. 3742. 2054796. 6232136. 6.42. 3.033. 549. 81. 3873. 1944958. 6375113. 5.27. 3.278. 502. 82. 4461. 2772850. 9490258. 5.83. 3.423. 622. 83. 3910. 2229874. 8214286. 3.83. 3.684. 570. 84. 2899. 1158733. 4912699. 2.10. 4.240. 400. 85. 2795. 1160441. 4449269. 2.54. 3.834. 415. 資料來源：台灣營建研究院〝營建物價〞.

(7) 表(1.3 )國內 RC 構造基本資料年別. SRC. SRC 面積２. SRC 造價. SRC 面積. SRC 造價. SRC 面積. 件數. (m ). (千元). 總地板面積. SRC 面積. SRC 件數. 74. 573. 585934. 2820411. 2.08. 4.783. 1023. 75. 213. 205180. 1588720. 0.79. 7.743. 963. 76. 433. 217411. 899693. 0,86. 4.138. 502. 77. 669. 646436. 2605894. 2.18. 4.031. 966. 78. 192. 428039. 2620732. 1.37. 6.123. 2229. 79. 187. 383877. 1571172. 1.23. 4.093. 2053. 80. 687. 1256978. 6839980. 3.93. 5.442. 1830. 81. 353. 1725851. 8216355. 4.67. 4.761. 4889. 82. 668. 1298835. 6985409. 2.73. 5.378. 1944. 83. 1039. 2589313. 13569362. 4.45. 5.241. 2492. 84. 2256. 2852887. 18545372. 5.16. 6.501. 1265. 85. 1854. 3006338. 19070586. 6.58. 6.343. 1622. 資料來源：台灣營建研究院〝營建物價〞. 回顧鋼構造建築產業在國內之發展，由於混凝土工程所產生之問題及鋼結構在地震過程所佔之優勢，配合經濟發展及外匯經費充足等主客觀條件，國內鋼骨結構鋼骨之需求量由民國 68 年之 10 萬噸增加成長至民國 84 年之 132 萬噸，在十六年內成長約 13 倍，統計近五年之中鋼板供應量，國內型鋼產量及國外型鋼進口量均大幅穩定成長。但從整體營建工程而言，目前國內建築產業使用鋼結構含鋼架構造及鋼骨鋼筋混凝土所佔之樓地板面積如圖(1.1)所示最高達 10%，與日本之 70% 比尚有相當大之推廣空間。然而由於國內鋼結構所完成之鋼結構中，可看出在單元製造及施工作業過程中產生很多的問題，甚至因而造成嚴重人命損失等安全的問題，使建築師在設計專業中對鋼構造之選用裹足不前，採取保守之態度，沿襲舊法，採用鋼筋混凝土構造，避免造成不必之麻煩。而從經濟考量上，由於鋼之煉製過程於國內進行，雖然可減低鋼之單價並得以和其他營建材料相較衡，但除對生態環境的造成之負荷外，技術性人力及設備性之經濟面考量，是在國內營建工程環境下.

(8) 推動鋼構造產業在技術層面及經濟層面所面對必需克服之問題。本研究將針對鋼結構生產過程對環境所造成之負荷及鋼構造建築產業在技術面及經濟面所面臨之問題進行分析，最後將分析所得之結果與目前鋼筋混凝土構造建築產業作比較，並依其對環境負荷之差異、技術性之克服及經濟性之回饋所得之結果，針對鋼結構在綠建築發展趨勢作綜合性評估並研判推動鋼構造必需進行之工作。.

(9) 第二章鋼構造生產過程之環境評估鋼結構建築物之主體以鋼料製程而成，最常使用之鋼構件為 H 型鋼，建築鋼結構材料之生命週期如圖(2.1)所示，國內型鋼過去幾年之年使用如表(2.1)所示，量每年約為萬公噸左右[2]。在供應來源方面，最近約一半由國內業者自行生產，另一半則由國外進口，在供需平衡上，並無短缺之情形。建築鋼結構材料之生命週期如圖 (2.1)所示，型鋼生產之原料為煉鋼廠所產出之鋼板或鋼胚，因此鋼構件生產過程對環境造成負荷主要來自煉鋼廠之污染物排放及能源消耗。國內鋼鐵冶煉工業主要分為一貫作業煉鋼製程及電弧爐煉鋼製程。以下則分別就不同生產過程分別探討其環境負荷。. 表(2.1)台灣地區年型鋼使用量年度. H 型鋼. H 型鋼. H 型鋼. 型鋼. 生產量進口量. 出口量. 使用量. 82. 10737. 952211. 5700. 956884. 83. 353071 638453. 5184. 986340. 84. 525947 586429. 15796. 1096580. 85. 540725. 1.

(10) 〔資源投入〕枯竭性資源. ．鐵礦砂．焦煤．礦石. 能. 源. ．電力．燃油．製程回收氣. 資. 源. ．水．石灰石. 原料開採（鐵礦砂）（煤礦）（石料）. 〔污染排放〕空氣. 煉焦（焦碳）燒結（燒結礦）. ．硫氧化物．氮氧化物．粒狀物．二氧化硫. 高爐煉鐵（鐵水）. 水. 轉爐煉鐵（粗鋼）. 軋鋼廠軋造（型鋼）. ．PH ．SS ．COD ．酚．Fe 固體廢棄物. 輸送（型鋼成品）. 使用（型鋼組裝）. ．爐渣．污泥．爐石. 回收（建物拆除）其他輸送（廢鋼運送）. 電弧爐煉鋼（廢鋼回收）. 圖(2.1)鋼結構材料生命週期. 2. ．噪音．振動.

(11) 2.1 鋼製程之環境負荷 2.1.1 一貫作業煉鋼製程之環境負荷一貫作業煉鋼製程係將煤、鐵礦砂、石料及廢鋼等原料經由煉焦、燒結、高爐煉鐵、轉爐煉鋼等過程製成鋼胚半成品，再由下游鋼鐵廠做成鋼構產品。在煉焦製程中，冶金煤先在煉焦爐內間接加熱，去除其中揮發性成份乾餾煉製成焦炭。煤料在煉焦過程中產生之大量氣體稱為煉焦爐氣，熱值甚高，一般均送至副產品工廠進行分離及純化，純化後之煉焦爐氣則送往廠內各製程做為燃料使用。燒結製程是將細鐵礦與石料及細焦炭等燒結成足夠強度之大顆粒燒結礦，焦炭屑是提供燒結過程所需之熱量。高爐煉鐵製程是在高爐內以焦炭提供熱源，並藉由赤熱焦炭產生之一氧化碳將鐵礦及燒結礦中之氧化鐵還原成鐵。自高爐頂部排出之氣體稱為高爐氣，其熱值雖較煉焦爐氣為低，但仍加以回收做為廠內製程燃料使用。煉鋼製程是在轉爐中進行，首先吹入氧氣將鐵水中之不純物，如碳、矽、錳、磷、硫等去除，再以脫氧劑(如矽鐵，錳鐵及鋁等) 去除過量的氧，即可鑄定或經連續鑄造機製成鋼胚。在以上各生產過程中，對環境可能產生之影響，包括原料開採運送、原料及能源耗用、製程污染物排放、副產品處理等。以下即分別加以說明。一、原料使用及其環境影響在一貫作業煉鋼製程中，所需使用之原料包括焦煤(高揮發煤、中揮發煤、低揮發煤)、鐵礦砂(細鐵礦、塊鐵礦)、石料(石灰石、白雲石、蛇紋石)及廢鋼。以中鋼公司四階擴建計畫之設計產量及原料需求量為例，平均每生產 1 噸粗鋼，大約需使用 0.79 噸焦煤、1.38 噸鐵礦砂、0.37 噸石料及 0.04 噸廢鋼。在一貫作業煉鋼製程之原料方面，少部份之石料如石灰石係由國內礦區開採供應，其餘絕大部份原料是由國外進口，原. 3.

(12) 料以船運方式直接送至碼頭，經由卸料機送至原料堆置場堆存，再由輸送帶送至各製程工廠使用。在原料輸送過程當中，污染源係來自經由風蝕、卸取料等活動產生之逸散性粒狀污染物排放，此部份之排放佔煉鋼廠逸散性粒狀污染物排放之絕大部份(其他少部份來自製程區逸散)。參考國內外有關一貫作業煉鋼廠的空氣污染物排放量研究結果顯示，在考慮防制措施之後，平均每生產一噸粗鋼大約造成 0.78 公斤之粒狀污染物排放。二、煉鐵煉鋼製程環境影響說明一貫作業煉鋼製程中，煉焦、燒結、煉鐵及煉鋼製程因高溫燃燒及冶煉，形成空氣污染物，而由製程區煙道排放之空氣污染物主要為粒狀污染物、氮氧化物及硫氧化物。國內中鋼公司自設廠以來，為因應社會需求及遵循政府環保法規，已投入相當經費致力空氣污染物之排放總量削減。主要空氣污染改善措施為增設煉焦爐氣脫硫設備(將供給廠內使用之焦爐氣硫份去除)、燒結工廠增設煙氣脫硝設備、燃煤鍋爐增設排煙脫硫設備等。參考國內外一貫作業煉鋼廠之排放資料顯示，考慮設置各項污染防治設備之後，平均每生產一噸粗鋼大約造成 0.53 公斤之粒狀污染物，1.87 公斤之硫氧化物，1.76 公之氮氧化物排放。在水污染方面，一貫作業煉鋼製程屬於用水量相當大之行業，但在鋼廠作業中大多數用水採密閉式循環回收，且廢水亦妥善經處理後排放，並無重大污染之虞。三、能源使用一貫作業煉鋼製程中，就能源使用而言，主要能源之消耗為焦煤之使用，及煤礦首先煉製成焦炭和焦爐氣，焦炭於高爐中除做為還原劑外，同時做為燃料使用。焦爐氣約 75﹪回收提供製程使用，25﹪回收用於動力工廠。在煉焦爐及高爐部份，若僅考慮其產品為焦炭及鐵水，製程效率分別為 54﹪及 57﹪，但若將焦爐氣及高爐氣等做為製程副產品一併計算，則製程效率分別高達 83﹪與 91﹪。對一貫作業煉鋼而言，減少製程之不. 4.

(13) 可逆性為提高能源使用效率最有效之方法。目前中鋼公司之節能措施除焦爐氣及高爐氣回收外，主要為轉爐氣回收、煉焦爐乾式淬火發電及燒結冷卻機廢熱回收發電等能源回收措施。以中鋼公司 85 年度之能源使用為例，平均能耗為 5,486 百萬卡/ 噸粗鋼，已低於日本五大鋼廠之能耗水準。四、副產品處理在高爐煉鐵的過程中，必須加入助熔劑，與鐵礦石及焦炭中的雜質相結合，再藉爐渣比重較小的原理與鐵水分開。爐渣自高爐排出冷卻物所得之固體物稱為高爐石，依高爐石冷卻方式不同，又分為氣冷高爐石與水淬高爐石兩種。自鐵水吹煉成鋼時亦需造渣，鋼渣自轉爐排出之冷卻物所得之固體物稱為轉爐石。國內爐石利用現況方面，氣冷高爐石利用於道路基材、混凝土粗骨材、水泥生料及矽酸鈣鹽肥料。水淬高爐石利用於卜特蘭水泥、高爐水泥、混凝土混合材、地盤改良材、混凝土細骨材、矽酸鈣鹽肥料及陶瓷用。轉爐石利用於道路基材、港灣材料、地盤改良材及填地及整地等用途。在爐石應用於水泥工業方面，水淬高爐石可做為普通水泥熟料，或做為卜特蘭高爐水泥熟料，我國及美、日等國均已訂出相關之國家標準。氣冷高爐石則可當做水泥原料，取代黏土及部份石灰石。轉爐石則可當做水泥原料，取代部份鐵砂。以爐石應用於水泥工業之優點包括：(一)當熟料用時，可節省能源及石灰石。(二)當原料用時，節省部份原料，減少開採原料對自然資源破壞，並可降低水泥成本。(三)高爐水泥水合熱低，適合用於大型混凝土工程。在爐石應用於混凝土業方面，水淬高爐爐渣粉可取代部份水泥，水淬高爐爐渣粉可分為 80 級，100 級，120 級等三個等級。爐石應用於混凝土業之優點包括：(一)減少水泥用量降低成本。(二)提昇混凝土長期強度。(三)增加混凝土耐化學抵抗性。. 5.

(14) 國內中鋼公司近年來致力於爐石資源化運用，除大力推廣氣冷爐石之利用，做為道路路基、填地等基材，並已設置三套爐石水淬設備，提高水淬爐石產出比率。此外，中鋼公司轉投資成立中聯爐石處理資源化公司及聯綱爐石處理公司，以確保爐石能妥善資源化利用。 2.1.2 電弧爐製程之環境負荷電弧爐煉鋼作業以廢鋼為進料，利用電能熔煉為鋼液。根據鋼品要求之不同，在熔煉過程中須加入不同之合金鐵，如矽鐵、錳鐵及鉻鐵等。熔鍊之主要設備為電弧爐，熔融之鋼液在攝氏一千六百度左右進入精煉爐，以氧氣及惰性氣體將其中之碳及不純物除去。鋼液以水急速冷卻後，再利用連續鑄造設備鑄造成鋼胚或以鋼錠模製成鋼錠。一、原料使用及其環境影響電弧爐製程每生產一噸鋼品約需 0.76 公噸廢鋼及 0.42 公噸合金鐵。國內廢鋼來源主要有拆船廢鋼、進口廢鋼及國內收集的自產廢鋼等三種，其中以拆船廢鋼品質較佳，供應最多。進口廢鋼主要進口國家為美國、香港及日本等地，其中以美國為主要供應地。國內收集的自產廢鋼品質較不穩定，近年來由於倡導資源回收，供應量漸有增加。由於電弧爐製程主要原料為廢鋼，其製造過程即為廣義之資源回收過程，故原料耗用對於自然資源之影響極為輕微。二、電弧爐煉鋼製程之空氣污染影響電弧爐煉鋼均為批次作業，通常每一批次時間約 1.5 至 3 小時，冶煉過程可分為熔解期、氧化期及還原期。由於電弧爐的構造及操作特性，在冶煉過程中，常有濃煙及高溫塵粒自操作口、鋼液出口及電極棒四周逸出。國內環保單位自 73 年起選定電弧爐煉鋼業為防制工作重點，要求各工廠限期改善製程排放及逸散性排放。根據環保署「固定污染源許可制度執行計畫」. 6.

(15) 之資料顯示，電弧爐煉鋼在未經控制前之粒狀污染物排放係數為 24.8 公斤/公噸原料熔融，而國內之實測排放係數值為 0.046 公斤/公噸原料熔融，顯示污染防治已有顯著成果。三、能源使用根據經濟部工業局於 86 年間對國內電弧爐業者之調查資料顯示，每生產 1 噸鋼胚所耗用之電力，若未包括輔助設備(即電弧爐本身耗電)，平均約為 440kwh，若包括輔助設備，則平均約為 530kwh/t，較 79 年度調查結果 621kwh/t 低 15%左右，顯示業者在節能及熱效率提升方面已有顯著改善。四、副產品處理電弧爐煉鋼製程主要副產品為集塵設備所收集之粉塵，根據金屬工業中心對國內電弧爐煉鋼業的調查資料顯示，熔煉一噸鋼液約可收集 15 至 20 公斤粉塵。粉塵之主要成份為鐵、鋅、錳、鉛等，由於具回收價值，目前業者係加以收集後分批送回爐內再次熔煉。此外，台灣地區之電弧爐煉鋼業者目前正籌設共同處理體系，以妥善處理電弧爐煉鋼製程之事業廢棄物。 2.2 鋼構造生命週期之環境負荷為達到綠建築永續發展之目標，有賴於節能技術之開發；減低廢棄物之資源有效利用及減少對環境造成之衝擊，鼓勵廣大群眾改變消費習慣，達到減低環境負荷之最終目標，而其減低環境負荷之評估或有多種，生命週期評估法(Life Cycle Assessment Mcthod)，全盤考量建築在其生命週期中各階段對環境造成之負荷。此種方法目前己被國際組織(ISO)接受列為國際環境管理標準系列 ISO14000 的項目之一。生命週期評估包括四大部份: (1) 定義目標及界定範圍 (2) 盤查分析 (3) 影響評估 (4) 改善評估 7.

(16) 其中定義目標及界定範圍，擬定評估對象準備之資料，以備生命週期盤查分析，影響及改善評估時之用；盤查分析則是一種以資料為基礎之技術性分析方法，將產品在其整個生命週期之能源需求，氣體、液體排放物及固體廢棄物予以量化。並針對盤查過程認定之環境影響分類評估。最後認定評估之結果，並選擇有助於改善環境之方法。雖然這種評估方法是目前最周全之評估方式，但這種評估卻常因缺乏正確之盤查資料而未能普及。日本建築學會建議以產品生命週期評估(PLCA)，對一種產品考量其對環境所造成之負荷及產品整體生命週期包括原料之採取、生產、流通、使用、再循環、丟棄作廢作定量分析，建築構造則依其生命週期中所使用之材料及單元對環境之負荷針對其耗能量，溫室氣體之排放量及環境污染及衝擊進行盤查分析。 2.2.1 建築物耗能量分析建築結構所使用材料、水泥、砂、石、鋼筋及鋼骨等單位生產之耗量，依文獻(6)所得結果，如表(2.2)所示。鋼鐵業對環境之負荷在能源使用上，目前台灣與日本一貫作業轉爐煉鋼與電弧爐煉鋼，每單位粗鋼能源消費量(k-cal/kg)，依資料數據推算，如表(2.3)所示。＊. 表( )建築構造相關產品單位生產量之環境負荷量(耗能量及 CO2 排放量) 建築相關產品. 鋼鐵. ＊. 單位. 環境負荷量＊. 總耗量(kcal). CO2 排放量(kg). 粗鋼. kg. 3980.00. 0.78. 鋼筋. kg. 4479.22. 0.88. 型鋼. kg. 4753.61. 0.92. 水泥砂漿. M^2. 13875.86. 4.90. 預拌混凝土. M^2. 411769.78. 239.42. 木材. 木模板. M^2. 1247.70. 0.31. 其他. 岩棉. kg. 814.06. 0.24. 石灰. kg. 914.12. 0.25. 水泥水泥製品. 8.

(17) ＊鋼鐵業的耗能統計，以經濟部能委會節約能源年報(83 年)P49 之粗鋼生產耗能資料資料做此推估預測修正。. ＊資料來源：成大張又升碩士論文。. 表(2.3)煉鋼作業耗能量耗能量. 耗能量(k-cal/kg). 作業程序. 台灣. 日本. 一貫作業-轉爐煉鋼. 5513. 5500. 232300. 2100. 電弧爐煉鋼. 由表中可看出，在一貫作業轉煉鋼及電弧爐煉鋼日本之業蹟為 5500k-cal/kg 及 2100 k-cal/kg，與台灣之 5513 k-cal/kg 及 2300 k-cal/kg 相當接近。依資料所載日本鋼鐵業，係依一貫作業轉爐煉鋼及電弧爐煉鋼所佔鋼鐵產業之比例加權平均，以日本鋼鐵業 1990 年業績為例，如表(2.4)所示，其年業績一貫作業轉爐產業比例為 68.55%，耗能量為 5500 k-cal/kg 及電弧爐鋼產量比例為 31.45%，耗能量為 2100kcal/kg，其鋼鐵粗鋼之耗能量為 5500k-cal/kg × 6.805%+2300k-cal/kg × 31.45%=4430 k-cal/kg 若依相同方式計算國內中鋼 1990 業績，如表(2.4)所示其一貫轉爐產業比例為 58.2%比日本鋼鐵業(6855%)為低，而電弧爐產量比例為 41.8%，比日本鋼鐵業(31.45%)為高，中鋼粗鋼之耗能量為. 5513k-cal/kg × 58.2%+2300k-cal/kg ×. 41.8%=4170k-cal/kg 其耗能量比日本(4430 k-cal/kg/kg)低表(2.4)單位粗鋼耗能量之比較鋼鐵業界製程. 中鋼 %. 日本. 耗能. %. 耗能量. 量一貫作業-轉爐煉鋼. 58.2. 5513 68.55. 5510. 電弧爐煉鋼. 41.8. 2300 31.45. 2100. 單位粗鋼耗能量. 4170k-cal/kg. 9. 4430k-cal/kg.

(18) 而在鋼結構中使用之防火被覆，一般分為乾式施工法，半濕式施工法及濕式施工法。使用之材料以岩棉、蛭石、水泥、石膏及玻璃纖維等為主，採用之方式將岩棉或爐石與水泥及石膏依一定之配比攪拌而成，再以不同之施工方式將攪拌均勻之材料以高壓噴灑機噴灑或饅塗方式施加於梁柱型鋼表面。岩棉是一天然石礦石經高溫提煉後形成長纖維狀，而蛭石本身是一種天然礦石，經高溫膨脹蛭石所需要耗能較低，價格較便宜。整個過程中填加水泥，使防火被覆黏著在鋼骨之外表，並填加石膏作為膠結物。其所需被覆之厚度依耐火時數之需求，及鋼料之大小而訂。最近更開發新的防火被覆材料，以塗刷方式，塗刷於鋼材之表面其厚度約為 2 mm，在高溫狀況下此種化學塗料膨脹至 4∼6 cm 泡沬狀之固體，產生隔熱之功能達到耐火之目的。由於係屬新產品，其耐久性等因素尚待證實，國內在這方面正進行相關之試驗工作，這種塗刷方式在施工上較為容易，但其單價較一般傳統之防火被覆高，在耗能上，目前防火被覆基本材料之組成配比大約岩棉(58%)，水泥(10%)，石膏 (30%)。其他填加物(2%)，依據各種單位之耗能量計算，使用 1cm 厚之防火被覆時其每耗能量約為 3800kcal/m2。環境負荷之另一要項為產生溫室效應氣體之排放量，此種氣體阻止發波輻射熱輻射回太空而造成地球表面氣層中溫度上升，在人文活動中造成溫室之氣體有四條種: (1) 二氧化碳(Co2) (2) 甲烷（CH4） (3) 氧化亞氮(N2O) (4) 氟氯碳化物(CFCS). 其中氟氯碳化物根據蒙特婁涵定書之決議，四種氣體中之氟氯碳化物(CFCS)在 1996 年以後全面停止使用，因此必需考慮對地球環境衝擊之溫室氣體僅為三種，其排放量則依化石能源使用量及各種化石之碳含量核算二氣化碳之排放量。而甲烷之排放量則依化石能源燃燒之效率而定；另外氧化亞氮則與二氧化碳同，依化石能源燃燒量計算，若將此三種氣體乘上地球溫. 10.

(19) 暖係數( )，可得氣體相對等重之 Co2 排放量，最後將此三種溫室氣體之相對等重之 Co2 排放量相加成為廣意之溫室氣體排放量 C﹡o2，Co2 便可作為評估各種不同因素對整體氣候影響效率之指標(index) C﹡o2=1×Co2 + 21×CH4 + 290×N2O 根據文獻[3]將建材生產階段溫室氣體排放量作核算，所得之結果如表(2.2)所示。 2.2.3 施工階段建築構造之生命週期環境負荷評估除上述生產材料過程所消耗之能量外，尚需考慮將材料運輸至工地所需之耗能量及施工機具之耗能量，一般而言運輸所需之能源可依重量或體積及運送之距離而定。但由於其複雜性，文獻中使用經濟部汽車貨運調查表報告之資料作解析，所得之結果如表(2.5)所示，將表中所列運輸能量與單位生產量之耗能量作比較。由於砂石本身為原材，砂石生產所需之耗能量，僅作開採之用，生產之耗能量較低，然而由於其體積大，因此所需之運輸耗能量較高，因此運輸量與生產量相對之耗能量較大，71.8%，其他各種材料運輸所需之耗能量均小於生產耗能量之 1%如表(2.6)所示，除上述生命週期評估法耗能量及廣義 Co. ＊ 2. 排放量之評估. 外，營建工程作業過程中由於它對環境之污染及衝擊在評估時必需作考量。根據文獻建築工程各類作業可能產生之公害，如表(2.7)所示[8]，由表中可看出鋼骨工程中除噪音之發生率較高及銲接過程中可能產生之臭味外，對空氣污染之機率較少。表(2.5)建築構造相關產品公路運輸單位運量環境負荷量 (耗能量及 CO2＊排放量) 建築相關產品能源消耗量 CO2＊排放量 (k-cal/kg) (kg/kg) 砂石建築用砂石 3.90 0.0014 鋼普通鋼胚 2.24 0.0008 鋼筋 8.30 0.0030 型鋼 10.52 0.0038. 11.

(20) 鋼板水泥各種水泥木材木製品(模板) 水泥製品預拌混凝土其他非金屬礦物建材 (岩棉). 13.39 8.80 22.62 1.95 86.18. 0.0048 0.0032 0.0081 0.0007 0.0309. ＊資料來源：成大張又升碩士論文。表(2-6)運輸耗能量與生產耗能量之比耗能量材料種類砂石. 水泥. 運輸耗能量. 生產耗能量. 運輸耗能量. (k-cal/㎏). (k-cal/㎏). 生產耗能量. 建築用砂石. 3.9. 5.4. 71.8%. 普通鋼胚. 2.24. 3989. 0.05%. 鋼筋. 8.30. 4479. 0.18%. 型鋼. 10.52. 4179. 0.23%. 鋼板. 13.39. 4479. 0.30%. 8.8. 1090. 0.81%. 各種水泥. 表(2-7) 建築工程各類作業可能產生之公害噪音振動空氣水污土壤惡臭地層廢棄物污染. 染. 拆除作業. ◎. ◎. ◎. 基椿作業. ◎. ◎. △. 擋土作業. ◎. ◎. △. △. 開挖作業. ◎. ◎. ◎. △. 混凝土工程. ◎. ◎. ◎. 鋼骨工程. ◎. △. 粉刷工程. ○. ◎. 舖面工程. ○. ◎. 臨時設備工 △. △. 污染. 下陷 △. ◎ ◎. △. 12. ◎ △. ◎. ◎ △.

(21) 程工寮. ◎. △. △. 資料來源：林耀煌，(營建工程公害之防制). 2.2.4 拆除階段建築物生命週期之最後階段為拆除作業，一般拆除作業考量之因素包括(9)： (1) 拆除之原因 (2) 拆除建築物之構造與機能 (3) 拆除業者規模 (4) 承包方式及估價方式 (5) 拆除工法之決定與許可拆除機具 (6) 公害-噪音、振動、空氣污染 (7) 拆除廢料處理. 其中與綠建築生命週期評估盤查分析相關之因素包括拆除機具之耗能、公害、噪音、振動、空氣污染之環境污染及衝擊，及拆除廢料處理之資源回收。拆除廢料之處理，根據文獻(9)調查所得結果，在美國拆除廢料可能再利用，再販賣，但由於棄土區日漸減少，因此運送之距離加長，近年來，棄土理價格飆漲，運送拆除之廢料所需之費用高達拆除總價之 30%，在人口密集之市區內廢棄料之運輸費更可能達 50%。目前將壓碎之混土再利用作為道路之骨材，拆除之廢鋼鐵料之價格噸約在 10 至 50 美元之間。而在日本，建設省亦積極投入大量財力進行拆除廢料之再利用研究，執行上有明確規定棄土理之流程與地點。而在用國內部份廢料，如鋼筋等，再販賣再利用，由於廢土區少，運送距離長，廢料之處理費用約佔總拆除費用之 50%。其他有關營建廢棄物資源化處理方式及其與永續利用資源化之原則亦開始探討(10).. 13.

(22) 2.3 鋼構造之基本要項及用量鋼構造之主體以鋼料製造而成，所使用之鋼料在煉鋼廠內由鋼胚熱軋成各種型鋼或將鋼板切割後銲接而成供設計之用。目前國內之建築結構由於耐震之需求，大部份使用立體剛框構架。採用這種結構系統之鋼構造其梁及柱使用鋼骨，而在樓板部份因為防火及使用上之考慮採用鋼筋混凝土，配合施工作業之方便以鋼浪板作為樓板鋼筋混凝土之模板。為方便接合處理，減輕結構體之重量，樓梯使用鋼樓梯。另外為確保結構體在火災過程中之耐火時效，在梁柱鋼骨組立完成後將隔熱材料以噴塗或鏝塗之方式被覆於鋼骨之外側，並於內部裝修時於梁及柱之外側填加包板。其他尚有包含於結構體中之隔間牆及外牆等非結構單元。為瞭解鋼結構與鋼筋混凝土結構在綠建築之差異性，根據過去在台北市高樓結構設計所得之經驗，以活載重 200 ㎏/m2、柱之跨度 8m±及樓層高 3m±之結構為例，核算 8 層至 32 層之建築結構體施工時各要項所需之用量，如表(2.8) 及表(2.9)所示。由於高樓結構設計一般受到地震控制，因此結構所座落之區位，建築使用之功能及基礎土壤性質等均對其結構設計之結果造成影響，表中所列之資料僅為一般之平均值。. 14.

(23) 表(2.1) 鋼構造主要項目單位樓地板面積(m2)之用量＊樓. 層數. 8F. 16F. 24F. (㎏/m2). 79. 118. 160. 203. 鋼樓梯. (㎏/m2) 3.5. 3.5. 3.5. 3.5. 混凝土. (m3/m2) 0.15 0.15 0.15. 0.15. 項. 32F. 目. 1 鋼骨. 2 鋼筋. (㎏/m2). 17. 17. 17. 17. DECK. (m2/m2) 1.15 1.15 1.15. 1.15. 防火被覆柱. (m2/m2) 0.24 0.28 0.38. 0.38. 3 防火被覆大小梁 (m2/m2) 1.12 1.12 1.33. 1.33. 防火被覆層間塞 (m2/m2) 0.15 0.15 0.15. 0.15. 防火被覆小間塞 (m2/m2) 0.69 0.69 0.69. 0.69. (m2/m2) 0.92 0.92 0.92. 0.92. (m2/m2) 0.86 0.88 0.91. 0.93. 梁側包板. (m2/m2) 0.86. 0.9. 1.04. 1.13. 柱側包板. (m2/m2) 0.33. 0.4. 0.53. 0.61. 輕隔間 4 外牆預鑄 PC 牆. (不含地下室及基礎). 15.

(24) 表(2.2) RC 構造主要項目單位樓地板面積(m2)之用量＊樓. 層數. 8F. 16F. 24F. 32F. 1 鋼筋. (㎏/m2). 96. 121. 149. 176. 2 混凝土. (m2/m2). 0.45. 0.48. 0.52. 0.56. 項. 目. (3500∼6000psi). (3500) (4000) (5000) (6000) ∫. ∫. ∫. (3500) (3500) (3500) 3 普通模板. (m2/m2). 3.59. 3.65. 3.68. 3.7. 清水模板. (m2/m2). 0.91. 0.91. 0.91. 0.91. 磚牆 0.5B. (m2/m2). 0.86. 0.86 0.86. 0.86. +雙面粉刷輕隔間. (m2/m2) (m2/m2). 0.63. 0.63. 0.65. 0.65. (m2/m2). 0.58. 0.58. 0.60. 0.60. 梁底及側面粉刷. (m2/m2). 0.91. 1.00. 1.03. 1.04. 柱面粉刷. (m2/m2). 0.34. 0.39. 0.45. 0.47. 4 隔戶牆雙面粉刷 (不含 RC) 外牆雙面粉刷 (不含 RC). (不含地下室及基礎). 16.

(25) 表(2.3)不同樓層數建築物單位面積之環境負荷量負荷量. 耗. 能. 量. 排. 氣. 量. 樓層數. 鋼構造. RC 構造. 鋼構造 RC 構造. 8. 489675. 638237. 141.5. 199.7. 16. 732594. 764218. 178.6. 229.6. 24. 935870. 907752. 219.1. 264.3. 32. 1143846 1045596. 259.8. 297.8. 表(2-4)運輸耗能量與生產耗能量之比耗能量. 運輸耗能量. 生產耗能量. 運輸耗能量. (k-cal/㎏). (k-cal/㎏). 生產耗能量. 建築用砂石 3.9. 5.4. 71.8%. 普通鋼胚. 2.24. 3989. 0.05%. 鋼筋. 8.30. 4479. 0.18%. 型鋼. 10.52. 4179. 0.23%. 鋼板. 13.39. 4479. 0.30%. 各種水泥. 8.8. 1090. 0.81%. 材料種類砂石. 水泥. 17.

(26) 表(2-5) 建築工程各類作業可能產生之公害噪音振動空氣水污染土壤惡臭地層廢棄物污染. 污染. 拆除作業 ◎. ◎. ◎. 基椿作業 ◎. ◎. △. 擋土作業 ◎. ◎. △. △. 開挖作業 ◎. ◎. ◎. △. ◎. ◎. 混凝土工 ◎. 下陷 △. ◎ ◎. ◎ △. ◎. ◎ △. 程鋼骨工程 ◎. △. 粉刷工程 ○. ◎. 舖面工程 ○. ◎. 臨時設備 △. △. △. 工程工寮. ◎. △. 資料來源：林耀煌，(營建工程公害之防制). 18. △.

(27) 表(2.8) 鋼構造主要項目單位樓地板面積(m2)之用量＊樓. 層數. 8F. 16F. 24F. (㎏/m2). 79. 118. 160. 203. 鋼樓梯. (㎏/m2) 3.5. 3.5. 3.5. 3.5. 混凝土. (m3/m2) 0.15 0.15 0.15. 0.15. 項. 32F. 目. 1 鋼骨. 2 鋼筋. (㎏/m2). 17. 17. 17. 17. DECK. (m2/m2) 1.15 1.15 1.15. 1.15. 防火被覆柱. (m2/m2) 0.24 0.28 0.38. 0.38. 3 防火被覆大小梁 (m2/m2) 1.12 1.12 1.33. 1.33. 防火被覆層間塞 (m2/m2) 0.15 0.15 0.15. 0.15. 防火被覆小間塞 (m2/m2) 0.69 0.69 0.69. 0.69. (m2/m2) 0.92 0.92 0.92. 0.92. (m2/m2) 0.86 0.88 0.91. 0.93. 梁側包板. (m2/m2) 0.86. 0.9. 1.04. 1.13. 柱側包板. (m2/m2) 0.33. 0.4. 0.53. 0.61. 輕隔間 4 外牆預鑄 PC 牆. (不含地下室及基礎). 19.

(28) 表(2.9) RC 構造主要項目單位樓地板面積(m2)之用量＊樓. 層數. 8F. 16F. 24F. 32F. 1 鋼筋. (㎏/m2). 96. 121. 149. 176. 2 混凝土. (m2/m2). 0.45. 0.48. 0.52. 0.56. 項. 目. (3500∼6000psi). (3500) (4000) (5000) (6000) ∫. ∫. ∫. (3500) (3500) (3500) 3 普通模板. (m2/m2). 3.59. 3.65. 3.68. 3.7. 清水模板. (m2/m2). 0.91. 0.91. 0.91. 0.91. 磚牆 0.5B. (m2/m2). 0.86. 0.86 0.86. 0.86. +雙面粉刷輕隔間. (m2/m2) (m2/m2). 0.63. 0.63. 0.65. 0.65. (m2/m2). 0.58. 0.58. 0.60. 0.60. 梁底及側面粉刷. (m2/m2). 0.91. 1.00. 1.03. 1.04. 柱面粉刷. (m2/m2). 0.34. 0.39. 0.45. 0.47. 4 隔戶牆雙面粉刷 (不含 RC) 外牆雙面粉刷 (不含 RC). (不含地下室及基礎). 20.

(29) 第三章鋼構造建築產業技術面之分析 3、1鋼結構設計相關問題之分析 3、 1、1國內鋼結構設計較特殊之問題鋼結構在其他先進國家已有甚久的歷史，在國內卻起步甚晚，但隨著國內經濟的發展，我們鋼結構的應用已可直逼先進國家，如進十年來國內所興建的鋼骨大樓或鋼橋，不僅在工程的規模或難度上都可在世界鋼結構界佔有一席之地，但由於我們鋼結構的發展可說是集中於這短短的幾年之間，且集中於重大橋梁或高樓結構，與國外發展的情況差別甚大，且國內之相關配合措施未能同步發展。而國外先進國家採用鋼結構的歷史已甚為久遠，如美國Brooklyn鋼橋興建已超過一百年以上，其帝國大廈亦已有數十年的歷史，而其鋼廠等重工業的發展更是歷史悠久，而其鋼結構亦已普及到從小廠房到重型廠房，從中低層建築到超高層建築，或從小規模之鋼橋到長跨橋。但國內鋼骨結構的發展歷史甚短，早期之鋼骨結構主要在於廠房建築，及少數之橋梁結構，但拜前幾年房地產景氣之賜，鋼骨大樓大為興盛，但也因鋼骨建築在台灣之造價仍然高居不下，因此鋼骨建築物主要用於二十層以上之高層建築，中小型之建築物則較少使用。很多設計單位或施工單位乃在尚無太多中小型規模之鋼骨建築物經驗前即進入高層建築，也因而此產生不少問題。. 由於鋼骨結構在國外已有甚多之經驗，從國外經驗中學習不失為一有效之方法，但國外之經驗可能無法全盤移植到台灣。如美國鋼結構主要採用熱軋型鋼，但台灣由於當初中國鋼鐵設廠時主要以鋼板 12.

(30) 之生產為主，並未考慮到生產熱軋型鋼，因此國內之鋼骨建築主要乃採用以切割鋼板再銲接組合而成之銲接型鋼為主。對鋼梁而言其幾何形狀皆為工型，其力學特性除了因銲接造成之殘留應力不同外，熱軋工型鋼與銲接工型鋼並無太大的不同。但對於鋼柱而言其差異則非常大，國內所採用之巨形銲接箱型鋼柱不僅在外形上與工型柱不同，其結構行為亦與工型柱相差甚大。雖然日本亦使用此種銲接箱型鋼柱，但因日本的大鋼廠仍然生產熱軋工型鋼，其建築鋼柱的使用並非如台灣幾乎90%以上採用箱型鋼柱，而由於國內大量使用箱型鋼柱，其重要性可說顯而易見，也可說全世界使用箱型鋼柱比率最高之國家為我們。而也因其他國家對箱型鋼柱的使用不多，其相關的研究也很少，因此有必要於國內發展此方面的研究，以建立本土性的技術資料。以下則以銲接箱型鋼柱的研究，及箱型鋼柱與梁的接頭研究為例，來說明我們如何針對國內自己的問題所進行的探討。. 3、1、2銲接箱型鋼柱的相關之問題如前所述銲接箱型鋼柱己廣為使用於台灣之高樓建築中，惟國內外有關銲接箱型鋼枉之資料，卻極為貧乏；國外過去曾對較小斷面之箱型柱研究其強度，但其板厚甚小，與國內所使用之銲接巨形鋼柱差異甚大。目前國內鋼結構之設計，大多承襲國外之現範，而國外之規範主要針對工型鋼柱，並不適用於國內，因為銲接箱型鋼柱之殘餘應力以具特殊的雙對稱型式，在軸力與彎矩之作用下，與工型鋼柱之行為有極大之不同，另一方面工型鋼柱是屬於開口形斷面， 13.

(31) 而箱型柱屬於封閉斷面，兩者之抗扭性不同，所以對於銲接箱型鋼枉在承受軸力及彎矩作用下之極限強度，實有必要進行深入之研究，並由其結果訂定合理而安全的設計規範。筆者乃探討銲接箱型鋼枉承受軸力及彎矩作用下之極限強度，並以結構試驗來驗證銲接箱型柱極限強度之理論預測模式，在理論分析與實際的試驗中訂出合理的設計現範。本研究探討銲接箱型鋼枉承受軸力及彎矩作用下之極限強度，並以結構試驗來驗證銲接箱型柱極限強度之理論預測模式，在理論分析與實際的試驗中訂出合理的設計現範，其步驟及方法如下: 1、以切片法來量測短柱試體中之殘餘應力。 2、製作短柱試體，進行垂直荷重試驗，以測定其中之殘餘應力，同時決定實際之寬厚比限制值。 3、製作中等長度之試體一批，進行軸向荷重試驗，以決定在軸向荷重下之極限強度。 4、製作箱型柱試體，進行軸向與雙彎矩作用下之試驗，以決定箱型柱在軸向荷重及雙彎矩作用下之極限強度。 5、整合國內箱型柱之資料，進行理論分析，求得箱型柱之極限強度曲線。 6、以數值分析方法分析銲接箱型柱之穩定問題，求得極限強度之理論值，並由結構試驗加以佐證。 7、以有限元素法分析局部挫屈問題，並與短柱試驗相查互佐證。 8、探討局部挫屈與整體挫屈間之相互關係。 9、訂定銲接箱型鋼柱合理而又安全之設計公式。 14.

(32) 經由上述這些理論分析與長、短柱實驗，可得以下之結論: 1、以全滲透銲接法製作之箱型短柱試驗得知其殘餘應力高於以半滲透銲接法製作之箱型短柱，此結果與切片法所得之殘餘應力分佈吻合，全滲透銲接箱型鋼柱之最大殘餘應力平均值為0、39Py，而部份滲透銲接箱型鋼柱之平均值為0、27Py，銲接是造成殘餘應力的主因，全滲透銲由於銲接量大，因此其所造成之殘餘應力會高於半滲透銲接的殘餘壓應力。 2、對短柱而言，全滲透銲接之箱型柱，較部份滲透銲接具有較高之極限強度，同時具有較佳之韌性抵抗局部挫屈之能力。 3、目前國內使用之銲接箱型鋼柱，在梁柱接頭區是以全滲透銲接方式製作，而在梁柱接頭區以外，則以半滲透銲接製作，試驗結果顯示半滲透銲由於存在著天然之裂縫，易於在高軸力作用下產生開裂現象，因此建議若在放大地震力作用下其軸力高達其極限強度之70%以上則應採用全滲透銲接，以避免其在高軸力作用下產生斷裂破壞(14，15)。對於較詳細之設計資料則可參考文獻[。 2,8] 。. 3、1、3 鋼骨韌性立體抗彎構架梁柱接頭設計與施工之相關問題由於國內鋼骨高樓所採用之柱以巨形銲接箱型柱為主，而此種柱與梁之接合甚為特殊，與國外所採用之工型柱與梁之接合差異甚大，再加以鋼骨構架之耐震性能主要仰賴其梁柱接頭區之塑性變形能力，而此類接頭之設計方法目前所採用者源自工型柱，其是否適用於箱型柱則值得懷疑，因此國內1985年開始進行一系列鋼骨接頭大 15.

(33) 型破壞試驗研究，筆者曾統計三十七組箱型柱樑柱接頭試體破壞試驗結果顯示，其接頭樑端平均之塑性轉角僅為 0.92% rad，且受測試體近20% 為脆性破壞。針對上述梁柱接頭之研究結果，筆者曾提出脆性斷裂之主因應為梁柱接頭區彎矩梯度造成應力集中而導致脆性斷裂，並建議以採梁柱接頭區依彎矩梯度切削梁翼板，提供一預先選定之擴大塑性區方式改良傳統抗彎接頭。此種梁柱接頭經實尺寸試驗及振動檯試驗皆顯示其具穩定且優越之消能能力，此種高韌性接頭不僅設計簡單施工容易且造價低廉，而其塑性轉角更可達4% 以上，有助於確保鋼骨結構的耐震韌性，並由行政院國科會取得國際性專利。. 事實上鋼骨梁柱接頭之脆性斷裂問題在1994年1月16日美國加州洛杉磯之北嶺Northridge地震中亦造成甚大的震撼，在此次地震中有百餘棟鋼骨結構梁柱接頭區產生斷裂破壞。而1995年1月17日日本阪神大地震中亦發現，現行鋼骨構造物之梁柱接頭設計方法不僅無法發展出如設計規範所要求之耐震性能，而常產生脆性斷裂之現象。如何有效提昇鋼骨抗彎接頭耐震能力之問題已成為國內外目前鋼結構研究之最新趨勢。美國鋼結構協會有鑑於北嶺地震中傳統鋼骨抗彎接頭塑性變形能力普遍不足，乃立即進行鋼結構接頭破壞行為之探討，並陸續發表相關之研究成果。這些研究顯示原來之翼板銲接腹板鎖螺栓式接頭，即使採以高水準之銲接施工，仍無法確保接頭能在強烈地震襲擊下產生足夠之變形而不致脆性斷裂，因此美國已不再容許採用此種接頭設計，且在北嶺地震前一般認為若未進行非線 16.

(34) 性動力分析時，採用1.5%的塑性轉角可能已足夠，1994年SAC之抗彎構架暫行指針及1996年洛杉磯市政府之通告皆要求梁柱接頭應能提供至少3%的塑性轉角，而若採用非線性動力分析以決定韌性需求時，計算所得之塑性轉角應再加上0.05%，以作為設計之指標。國內鋼骨大樓之抗彎接頭多採用美系AISC之設計與施工方式，可預見國內鋼骨抗彎接頭亦可能面臨韌性不足之危機。. 為確保梁柱接頭之塑性行為，美國目前建議之接頭設計則著重於補強式接頭及減弱式接頭。其中因補強式之接頭施工甚為困難，因此亦有不少研究人員在尋求其他之接頭設計，而筆者之方法乃依接頭區之彎矩需求進行切削，以提供一預先選定之擴大塑性區來消散地震引致之能量。1995年美國之研究人員亦注意到切削應考慮到彎矩梯度之變化而開始進行非對稱不均勻斷面之切削研究，而其研究成果亦頗令人滿意，其塑性轉角可達3%，文獻29亦說明非對稱切削較對稱切削其結構行為優越。. 3、1、4鋼結構設計規範之相關問題[14,15] 結構設計需依據規範來進行，設計規範即是利用條列文字之方式來反映結構在受力下之行為，因此設計規範本身之完整與否對於設計出來的結構物安全有其直接關係。由於鋼結構之材料具高強度、高韌性且施工工期短等特點，已廣為國內建築界所採用。而我國建築技術規則有關鋼構造設計規範部份主要乃是根據美國鋼結構協會(AISC)在1973 年修訂之容許應力法設計規範(ASD) 而來，而AISC在1978年又對其規 17.

(35) 範作了不少修正，國內亦曾於民國七十四年將此規範修正成中文之鋼構造設計規範，可惜並未完成規範或規則審議之程序。因此目前國內有關鋼骨結構之設計規範可說仍屬於二十餘年前之產物。. 有鑑於近年來鋼骨結構於國內甚為興盛，使用之設計規範卻又過於老舊，為確保鋼骨結構之安全，實有必要更新設計規範。內政部建築研究所乃委託中華民國結構工程學會進行相關規範的修訂，以1989年 ASD規範為藍本並參考其他國家之相關規範，並考慮國內鋼骨結構之設計製造與使用現況，以建立可適用於國內的容許應力法設計規範。另近年來結構設計之觀念已逐漸從過去的容許應力法轉變為極限設計法，此種設計方法能可靠地考量載重及構材強度對整體結構物安全的影響，國外有不少規範紛紛採用此觀念，也成為鋼結構設計規範的主流。美國AISC亦在1986年出版載重與強度設計法規範LRFD，並計畫將原來之工作應力法規範逐漸淘汰，而此規範之設計精神也為西歐及加拿大等國所採用成為世界各國鋼構造設計的主流。內政部建築研究所有鑑於建立極限設計法規範之必要性遂委託中華民國鋼結構學會進行「鋼結構極限設計法規範」之研究。而目前國內相關之容許應力法設計規範及極限強度設計法規範均已完成研擬，並已完成內政部法規會之審議，將於民國八十八年一月一日公佈施行，屆時國內將有屬台灣地區特性適用之鋼結構規範，設計單位亦能藉由更新之設計規範更清楚地了解鋼結構構造物之力學行為，設計出安全、經濟之鋼結構物。. 3、2 鋼結構施工相關問題 18.

(36) 3、2、1國內鋼結構施工之現況鋼結構迅速、簡捷之施工特性大量地減少工程進行中財、物料及人力管理作業，乃在國內逐漸受到工程界的採用，但因國內鋼構工程起步較晚，工程經驗及相關研究甚為缺乏，鋼結構施工上常見發生一些爭議性的問題，而這些問題的解決方法常是業主、設計單位、及施工單位間的妥協後接受，但可能並未真正已解決問題。而問題的來源可能是因為設計者未確實瞭解鋼構的力學特性，或不清楚鋼構工程的施工特性，以致於所設計的結構甚難施工，甚或無法施工，但因目前國內之工程環境造成設計者常採較高姿態，要求施工單位”按圖施工”，縱使設計上有所瑕疵或錯誤，仍然不願變更設計，嚴重影響工程品質。而施工單位水準不一，尤其鋼構工程之承攬幾無限制，鐵工廠與鋼構廠無法分辨，有心做好工程品質之鋼構廠亦無法獲得應有之保障。而在前述之工程環境下，鋼構廠亦以按圖施工即可，將其形狀完成即可交差，不去瞭解土木建築工程與機械工程的不同，自然無法提昇工程品質。而在施工相關規範的缺乏，材料標準的不統一，自然造成鋼構工程施工的混亂，而為減低鋼構工程施工的問題，最近這幾年國內也在逐漸建立相關的法規及標準，以下則簡介這些工作進行的現況。. 3、2、2鋼結構施工規範[16] 由於過去攸關鋼結構工程品質甚鉅之鋼結構製造及安裝規範遲遲未訂定統一之國家標準，造成各鋼構廠各行其是，鋼結構品質難以確保，市場混亂，關心國內鋼結構工程之專家學者們亦多次建議應儘 19.

(37) 速研訂國內鋼結構之施工規範。內政部建築研究所於民國八十一年 ∼八十二年委託中華民國結構工程學會，研擬鋼結構施工規範及解說，內容除包含鋼結構使用材料、工廠製造、現場安裝規定外，亦包含品管、工程驗收及勞工安全衛生之相關規定，研究過程中除參考AISC、AWS、JASS 等美日相關規範外，並收集國內鋼結構之設計、製造、使用狀況、過去之研究成果，由筆者擔任規範研訂計畫之主持人，延請國內對鋼結構工程具豐富實務經驗之學者專家，組成研究小組，以期使本施工規範除考慮結構力學之要求外，並能落實於工廠之製造及工地施工。施工規範經研究小組歷時二年餘之討論研訂，而為落實研究成果加速建築技術規則施工篇之研修，及其相關施工規範之訂定，內政部建築技術審議委員會第五次會議決議要求營建署及建築研究所籌備處，召集學者專家組成專案小組審查本規範，並先後舉行十次之審查會議，始完成本規範。其內容共分為總則、材料、製作、銲接施工、高強度螺栓接合、組立與預裝、表面處理與塗裝、安裝計畫、儲放與成品運輸、臨時支撐與安全措施、埋設鐵件及支座設施、構件安裝精度、品質管制及工程驗收、勞工安全衛生相關規定等十四章。. 3、2、3鋼結構品質管制作業標準[12] 目前台灣地區鋼結構工程製作、施工主要是以鋼構廠為主導，但由於鋼構廠角色介於機械加工及土木營造之間，其所需遵循品質管制標準與一般營造廠完全不同，近年來內政部所推動鋼結構設計與施工規範雖然已涵蓋鋼結構設計及施工之主要工作範圍，但落實於鋼 20.

(38) 構廠製作及安裝之品管作業標準卻尚未訂立，有鑑於此中華民國鋼結構協會乃積極推動鋼結構品管作業手冊之編擬，以期能落實鋼結構之品質管制作業，確保鋼結構之工程品質，而不同於前述有關設計規範及施工規範之研定內容主要為鋼骨建築物，在此次訂定品管作業標準時其適用範圍則擴大至建築物、橋梁、廠房等鋼骨結構物。唯由於品管作業係屬專門之領域，亦須充份之經驗與學理，且加以各鋼構廠條件不同，因此各方意見亦有不同，如何獲致能符合結構安全且能提昇工廠製作流程之品管作業標準則需要各方學者專家共同討論研定。此工作目前亦已完成，共有25項作業標準，已由中華民國鋼結構協會發行中。. 3、 3 鋼結構之產業分級及認証制度 3、3、1國內鋼結構產業之現況台灣地區營建工程生產角色由早期承建小型鋼筋混凝土建物之建設公司開始，進一步發展至承攬大型土木建設工程之營造廠，建物類型多為鋼筋混凝土構造。而自民國六十年代末期鋼結構構造物設計產物進入營建業後，業績迅速成長，鋼構廠數量亦伴隨激增。鋼構廠作業從工程製作圖繪製、材料檢驗、構件放樣、構件加工電銲、品質控管檢測、施工計畫書研擬及現場吊裝施工等進行流程技術層面均需達一定水準，若再考量資金、廠區設備皆較一般專業營造廠規模為大，軟硬體設備甚較一般營造廠齊全。但由於早期國內營建工程是以營造廠商為主導，且鋼構廠僅為隸屬經濟部掌管之經營公司，致目前建廠資本額可達數十億之鋼構廠在現行營造法規定下仍 21.

(39) 無法獨立承攬營建工程，而需再從資本額僅數千萬之營造廠中轉包承攬。近年來受限於營建產業之不景氣因素，鋼構廠紛紛削價競標，甚至常見小廠取得大型複雜之鋼構工程，其參予營建工程之觀點偏重於商業經營，而無利於鋼結構業界之正常發展。現今國內鋼構市場在殺價進出之經營形式下一片混亂，鋼結構產業無法正常發展，鋼構品質及其安全亦難獲保障。由於鋼結構之特殊施工方式，其品質管理甚為重要，國外鋼構工程較上軌道之國家，如美、日、英等國皆有完整的品質確保制度，以確保整體工程之品質。其中鋼構廠之分級或認証制度主要乃考慮鋼構廠之規模、設備、人力、管理及製作實況、教育訓練等對受評之鋼構廠審查認定其適當之等級。. 3、3、2 英國鋼結構產業之認証制度歐洲英國鋼構認証制度，其認証評估項目涵蓋鋼構廠設計、製作及現場安裝等範圍，分為四類：第一類：此類必須符合 BS5750 PART I 之要求，除了考慮工廠之製作能力外，並需具備合格之設計工程師進行必要之結構或細部設計。而設計能力又可分為以下三類： 1.設計整體之結構體 2.設計構件之斷面尺寸、材質及其接合部 3.僅設計接合部位第二類：此部份必須符合 BS5750 PART II 之規定，而此級之鋼構. 22.

(40) 廠主要須能依據業主或設計單位所提供之圖說進行製作與安裝工作。第三類：此類亦須符合 BS5750 PART II 之要求，而此等級之鋼構廠主要為製作、提供桁條等輕型桿件及其附件。第四類：此為與鋼構工程有相關之其他附屬工業，諸如提供油漆塗裝、鋼甲板、吊裝工作等。英國之品質認証制度由一獨立之委員會運作，主要成員來自英國交通部、商業部、鋼鐵公會、工程學會等單位。. 3、3、3 美國鋼結構產業之認証制度美國鋼構協會 AISC 品質認証制度依製作認定等級之構造物則分為一般構造物三類、特殊構造物二類：第一類：一般鋼結構物、小型公共建築、購物中心、輕型廠房、倉庫、低層建築、桁架、簡單之型鋼橋樑。第二類：複雜之鋼骨結構物、大型公共建築、重工業廠房、電廠(核電廠除外)、吊車梁、體育館、會館、石化廠房、高樓等。第三類：橋樑結構物。預製鋼骨建築類：此類針對預製性之小廠房或建築，而其認定之等級不得與以上任一類互換。核能電廠鋼構廠：此一附加之等級主要針對核電廠之輔助及支撐鋼結構物，但不含壓力管線及容器本身，唯申請此一等級者須先具備上述之第一至第三類中之任何一級，方可申請。審查辦法由 AISC 邀請 17 位資深結構工程師研訂，這些工程師與鋼 23.

(41) 構廠無關，但對各類鋼結構工程據豐富經驗，審查及認定則委由 ABS Worldwide Technical Service 進行，此機構與 AISC 無隸屬關係，但依據 AISC 所提供之審查辦法針對申請之鋼構廠評估其管理、設計、製圖、工廠運作、品質控制等大項進行現場訪問檢視。. 3、3、4 日本鋼結構產業之分級制度至於目前日本鋼構廠分級制度則有「全構連工廠認定制度」及「鐵建協鐵骨生產工廠認定制度」兩種制度。分別由全國鐵構工業連合會及鐵骨建設業協會二個全國性鋼骨企業公會辦理認証，兩類制度均分為四級：全構連工廠認定制度： H 級：全構連之廠商認定最高等級，此級之鋼構廠有能力進行高層建築物之製作，對銲接工作能適當處理板厚 50mm 以下之 40 公斤或 50 公斤級鋼板；若超出此規模之電銲亦可在設計者及本身判斷下完成需求之品質，而工廠之設備、人員、皆須能符合認定之標準並具備有 6000 噸以上年產量之能力。 M 級：此級之鋼構廠乃定位於中層建築上，其銲接能力可進行 40 公斤級鋼板板厚 32mm 以下，50 公斤級則在板厚 25mm 以下，且具 2400 噸之年產量。 R 級：此級之鋼構廠乃定位於低層建築上，其銲接能力可進行 40 公斤或 50 公斤級鋼板板厚 16mm 以下者，其年產量僅為 600 噸。 J 級：此級為規模甚小之鐵工廠，可視為觀察階段。. 24.

(42) 全構連認定規程分為審查、認定。審查委會設置「全構連審查委員會」及地方性之「都道府縣審查委員會」，委員會成員分別為 20 人及 6 人，均為鋼構廠以外之學者專家擔任之。審查委員會上設置認定委員會，職司認定審查之有關事項及分級之判定，成員共 9 員，其中 4 員為教授，5 人來自相關協會。鐵建協鐵骨生產工廠認定制度： S 類：此類乃具承製超高層大樓者，且具板厚 100mm 以上鋼板銲接能力，此級鋼構廠並須具研究發展之能力與實績。 A 類：具承製高層建築(15 樓層，60m 高)之能力，且具厚度 50mm 之 50 公斤級鋼板銲接能力，員工人數約 100 人，而年產量則約 9600 噸。 B 類：具承建中層建築(9 樓層)之能力，能進行 50 公斤級鋼板，板厚 16mm 以下之銲接或 40 公斤級鋼板，板厚 32mm 之銲接，員工數約 40 人，而年產量 3000 噸。 C 類：具承建低層建築(3 樓層)之能力，且具 50 公斤級鋼板，板厚 16mm 以下之鋼板銲接能力者，員工數約 15 人以上，年產量 1200 噸以上者。其組織與上述之全構連制度大同小異。在認定委員會下設有東京審查委員會及大阪審查委員會，其成員亦均為熟悉鋼構工程之學者專家。. 3、 3、5 中華民國鋼結構協會之鋼構廠分級認定制度鋼結構工程之承攬應依據工程之規模、施工難度要求，需具備某一 25.

(43) 等級以上之鋼構廠方能承攬。如此不僅可建立產業秩序，對於工程品質亦較有保障。有鑑於國內鋼構之混亂情況，業界亦頗有自律之聲，希望能建立合理產銷秩序，並提昇工程品質。而為健全國內鋼構業之發展，先進國家鋼構業的發展模式值得我們借鏡，台灣區鋼鐵工業同業公會鋼結構小組曾於民國八十一年組團前往日、韓考察其鋼構廠分級制度；民國八十二年鋼鐵公會鋼結構小組並與內政部建築研究所共同完成鋼構廠分級制度先期規劃研究；民國八十二年六月中華民國鋼結構協會成立，更把推動鋼構廠的分級制度訂為協會的主要任務之一，並成立鋼構廠分級認定委員會，建立完整客觀之分級方法。此分級制度主要參考日本全構連及鐵建協之制度，並根據國內之狀況，訂定各評量項目及其評分點。其主要大項仍與日本制度相近，共分為以下六大項[24]： 1、工廠概要 2、管理技術人員 3、技能人員 4、機器設備 5、製品製作實貌 6、品質確保之間接要素. 而為落實此一分級制度，健全鋼結構產業之發展，行政院公共工程委員會目前亦在進行鋼構工程承攬作業要點之制定，並檢討鋼構廠分級制度，希望經由鋼構廠分級認定制度之推動，引導鋼構業之健全發展，並確保工程品質[25]。 26.

(44) 3、4 鋼結構工程技術人員需求由於鋼結構不似傳統之鋼筋混凝土結構，其所需求的工程技術人員亦有別於傳統之營建業，表為鋼構工程所需求的技術人員，由表 3-1 中可見大部份技術人員皆非目前土木、營建、或建築科系所教育訓練，而是較接近機械系。事實上雖目前”鋼結構設計”是開授於土木、營建、或建築科系，但有關金屬材料、銲接、加工，非破壞檢測卻主要開授於機械系，因此應整合此兩科系的相關內容，提供從事鋼結構工程之設計與施工人員此方面的專業知識，以減少目前鋼結構設計人員來自於土木建築背景，而缺乏鋼結構製作安裝的知識或常識。或鋼結構施工人員來自於機械系背景，缺乏耐震結構設計之觀念。惟在短期內整合科系之教學可能緩不濟急，因此乃建議以再教育的方式，結合鋼結構協會，銲接協會，非破壞檢測協會等，舉辦訓練課程，當可收立竿見影之效。表 3-1 鋼結構工程之技術人員需求類別. 職. 務. 名. 稱. 1. 土木技師、結構技師. 2. 土木、營建或機械等相關科系畢業之工程師. 3. 銲接檢驗師. 4. 銲接助理檢驗師. 5. 非破壞檢驗師. UT Level. Ⅲ. 6. 非破壞檢驗師. UT Level. Ⅱ. 7. 非破壞檢驗師. UT Level. Ⅰ. 8. 非破壞檢驗師 RT Level Ⅱ， RT Level. 9. 非破壞檢驗師除 UT 外之資格. 10. 製圖員或圖面校核員. 11. 製品檢驗員. 12. 品質管理員. 13. 實際從事銲接工作之銲工(領有銲工執照者). 14. 起重機駕駛資格. 15. 起重吊裝工資格 27. Ⅰ.

(45) 3、5 鋼結構技術面之討論國內自民國六十年代末期始進入大規模之鋼骨建築結構，而近年來鋼構設計、施工、製作技術逐漸提昇，大型鋼骨構造物的陸續完成，均顯示國內鋼構工程在業界之努力之下已有大幅成長。目前設計單位、鋼構廠製作單位及施工單位已開始了解鋼骨構造物非僅是使用之建材不同，而是與原先鋼筋混凝土構造物完全不同之結構。鋼骨構造從設計、製作加工、品質控制、吊裝組立等流程均需專業及相關規範配合，使鋼骨構造能達其基本設計及安全之要求。目前鋼構工程中最為工程、學術界詬病的即是業界對施工品質的不重視，工地安裝及電銲品質的低落，諸如此類之問題日後恐將造成鋼骨建物耐震能力嚴重不足。以鋼骨技術成熟之美國及日本為例， 1994年的加州北嶺地震及1995年阪神地震均對當地之鋼骨建物造成破壞，而其後續之修復整建亦難進行且耗費時間與金錢。此問題之嚴重性亟待業界及相關主管機關之重視。國內鋼結構設計人才之養成均來自於土木相關科系之大專院校，設計工程師自學校完成鋼結構基本設計學科後即投身設計單位從事鋼骨建物之設計。設計工程師所學偏重於設計規範之檢核，及相關電腦程式之應用，其對鋼結構之行為、規範訂定背景、精神實難有一深入了解，如此當設計工程師從事設計時往往依襲舊有案例，甚有不當設計。尤其是細部設計更常見錯誤的發生，而這也是國內設計工程師所應加強之部份。而國內過去鋼構工程之設計與施工相關規範一直未能有統一之標 28.

(46) 準，這幾年相關之規範及標準也逐漸在建立，而為落實這些新擬規範、標準，唯有透過實際工程之應用，並再品饋修正，方能真正建立一適合於國內使用之規範。而鋼構廠分級認定制度亦應儘速予以執行，方能有效提昇國內鋼構工程品質及健全鋼構產業之發展。. 29.

(47) 第四章鋼構造建築產業經濟面之分析. 4、1 鋼結構材料 (1) 原料目前國內煉鋼業可分為兩大煉鋼系統，一為高爐—轉爐煉鋼，另一則為電爐煉鋼。目前國內以高爐煉鋼者僅有中鋼，而電爐煉鋼則因投資所需資金較少，因此民營煉鋼多選擇以電爐系統為主，以台灣區鋼鐵公會的統計資料顯示，目前台灣共有電爐煉鋼業者 17 家，這兩個煉鋼系統所用的原物料不盡相同，高爐所需的原料以鐵礦砂及焦碳為主，而電爐煉鋼業則以廢鋼或進口鋼胚為其煉鋼之主要原料。由於台灣並不出產鐵礦砂，因此鐵礦砂均由國外進口供應。每年鐵礦砂的進口量約 1000 萬噸。在焦碳方面，全年焦碳供給量為 280 萬公噸，其中國內採購量佔整體供給量的 90%，國外進口量佔整體供給量的 10%。在廢鋼的供需方面，廢鋼年供給量約 700 萬公噸，國內採購量佔廢鋼總供給量的 85%左右。事實上鋼鐵業亦為資源回收業，如台灣之拆船業在全世界多名列前茅，統計從 1966 年到 1997 年共拆船 4709 艘，總排水量達 40306404 噸，見表 4.1。 (2) 鋼板目前國內僅有中鋼公司生產鋼板，供應鋼構業所需。因係採用高爐貫化作業方式生產，從煉鋼開始、經精煉、連 1.

(48) 鑄，軋鋼、表面處理等製程，直至成品產出均採嚴格的品質管制，以確保產品品質，目前中鋼鋼板年產量約 120 萬公噸，其中內銷量約 105 公噸，佔國內鋼板需求之 65%。由於國際鋼鐵貿易流通相當自由及便捷，不足時可由國外進口補充。 (3) H 型鋼型鋼為鋼結構椼架、梁、及柱等基本構材，其生產方式可經由熱軋或鋼板切割焊接而成，國外目前大部份均以熱軋方式生產，而國內剛開始設計鋼結構時由於需求量少，而尺寸規格範圍相當大，在此情形下為滿足設計之需求，以切割銲接方式生產型鋼，因而在民國 82 年前國內所需 H 型鋼悉數仰賴進口，直至 83 年耗資百億，年產能 60 萬噸之東和型鋼苗栗廠峻工始發揮替代進口效果。近三年國內 H 型鋼表面需求量約 100 萬噸，東和型鋼之國內市場佔有率已逐年提升，至 85 年達 62%，另外東和高雄廠新投資設立 40 萬公噸(生產中小尺寸 H 型鋼)之第二型鋼廠而桂裕年產能 60 萬公噸 H 型鋼廠亦將投產，國內 H 型鋼市場將可自給自足，鋼構業所需 H 型鋼料源將不虞匱乏。 (4) 鋼材價格過去幾年國內鋼材價格穩定，見表 4.2，主要原因係國內鋼材已進入國際市場具國際競爭能力價格均比照國際鋼鐵行情訂定，除 1995 年因神戶地震而波動較大外，漲跌幅度不大；由於鋼材料源充裕，故鋼結構建築施工進度較易 2.

(49) 於掌控。此可避免營建工程因材料短缺問題，致價格暴漲，造成營建工期延誤，營造廠被迫停工待料，增加承擔額外之機具租賃，融資利息等經營成本。 4、2 鋼構廠設備需求鋼構物施工絕大多數在製程工廠內部組製完成,是故其相關之基礎設備機具亦需求較多。如電腦繪圖設備、材料及尺寸檢查設備、製造工廠各種CNC電腦控制設備、各種組合、切割、電焊和噴砂油漆設備以及各種類型之起重設備等。鋼構造物之設備使用屬〝定點性〞,不若傳統鋼筋混凝土構造物所需之設備屬移動性較高之〝多點性〞作業，因此設備經濟性上,鋼構造物所需之設備在長期方面應較為經濟。建立鋼構廠通常須要廣大的廠房，堆積埸，假安裝埸地等，其土地成本及建築成本甚為龐大。而其大量採用機械設備，這些設備亦甚為昂貴，表 4.3 即為一個鋼構廠所需的設備種類，這些設備有的單價高達上千萬，甚至逾億元。可說鋼構廠亦為一個成本密集的工業，如國內鋼構公司資本額有上百億者。因此如何維持一個鋼構廠的運轉規模甚為重要，目前參加台灣鋼鐵公會鋼結構專業小組的廠家有 42 家，而其中有統計資料之 37 家鋼構廠總產能為 148 萬噸/年，而未參加鋼構小組的小廠家總產能之和可能亦在百萬噸左右，因此國內鋼結構之總產能應在每年 200 萬噸以. 3.

(50) 上，但國內目前鋼結構之使用並不普遍，每年之鋼骨用量不到百萬噸，因此業界常以削價競爭，市場混亂，甚而造成結構安全的隱憂，而不少鋼構廠亦處於停工中，亦屬經濟資源的浪費，宜儘速實施鋼構產業分級制度，建立產業秩序，並推廣鋼結構之使用，減少投資的浪費。. 4.

(51) 表 4.3 項目. 鋼構廠之設備需求. 設備名稱. 1. 圓型鋸床或帶型鋸床. 2. 移動式自動瓦斯切割機開槽專用切割機大型龍門自動瓦斯切割機電離子自動切割機. 3. 鉆孔機 ˙直立式鉆床 16φmm 以上 ˙旋臂式鉆床 30φmm 以上 ˙門式旋臂鉆床 30φmm 以上 ˙電磁式電鉆 16φmm 以上 ˙三向多軸鉆床(H 型鋼用)16mm 以上 ˙NC 型鉆床 16mm 以上. 4. 沖壓機 100T 以上 100T 以上、300T 以上、1000T 以上. 5. 噴砂及噴漆設備. 6. 端面銑床. 7. 半自動電銲機. 8. 自動電銲機. 9. 銲條乾燥箱. 5.