建築物矩形填充高強度混凝土箱型鋼柱低軸力下撓曲耐震性能驗證研究

建築物矩形填充高強度混凝土箱

型鋼柱低軸力下撓曲耐震性能驗

證研究

１０４３０１０７００００Ｇ００６１

建築物矩形填充高強度混凝土箱

型鋼柱低軸力下撓曲耐震性能驗

證研究

研究人員： 黃國倫

內 政 部建 築研 究 所 自 行研 究 報告

中華民國 104 年 12 月

目次

表次 ... III

圖次 ... V

摘要 ... IX

第一章 緒論 ... 1

第一節

研究緣起與背景 ... 1

第二節

文獻回顧 ... 7

第三節

研究方法 ... 18

第四節

研究目的 ... 19

第二章 試驗計畫 ... 27

第一節

試體設計及試驗裝置 ... 27

第二節

測計配置與載重歷程 ... 29

第三章 柱撓曲行為試驗 ... 41

第一節

試體製作 ... 41

第二節

試驗觀察 ... 42

第四章 試驗結果與討論 ... 63

第一節

繞

X

軸時不同長寬比之影響 ... 63

第二節

繞

Y

軸時不同長寬比之影響 ... 64

第三節

圍束繫桿之影響 ... 64

第五章 結論與建議 ... 81

第一節

結論 ... 81

表次

表 1-1 預定之研究進度 ... 21

表 2-1 梁柱實驗試體規劃 ... 30

表 3-1 厚度 14mm 鋼板拉力試驗表 ... 45

表 3-2 厚度 22mm 鋼板拉力試驗表 ... 45

表 3-3 A325 螺桿拉力試片試驗結果表 ... 45

表 3-4 A490 螺桿拉力試片試驗結果表 ... 46

表 4-1 梁柱試體試驗拉力、推力包絡線結果列表 ... 66

圖次

圖 1-1 CFT ... 22

圖 1-2 填充型箱型柱 ... 22

圖 1-3 矩形 CFBC 圍束 ... 22

圖 1-4 方形 CFBC 圍束 ... 23

圖 1-5 圍束效果比較 ... 23

圖 1-6 繞弱軸彎曲之混凝土圍束效果比較 ... 23

圖 1-7 填充型箱型柱軸力與塑性轉角之關係圖 ... 24

圖 1-8 使用繫桿之填充型箱型柱 ... 25

圖 1-9 研究流程圖 ... 26

圖 2-1 試體斷面示意圖 ... 31

圖 2-2 含軸力之撓曲行為試驗裝置示意圖 ... 32

圖 2-3 含軸力之撓曲行為試驗裝置照片 ... 33

圖 2-4 FH 系列及 FL 系列試體斷面示意圖 ... 34

圖 2-5 FH1.2X 試體設計圖 ... 34

圖 2-6 FH1.2Y 試體設計圖 ... 35

圖 2-7 FH1.5X 試體設計圖 ... 35

圖 2-8 FH1.5Y 試體設計圖 ... 36

圖 2-9 FH2.0X 試體設計圖 ... 36

圖 2-10 FH2.0Y 試體設計圖 ... 37

圖 2-11 TH2.0X 試體設計圖... 37

圖 2-12 TH2.0Y 試體設計圖... 38

圖 2-13 FL1.35X 試體設計圖 ... 38

圖 2-14 量測儀器配置示意圖 ... 39

圖 2-15 反覆載重位移歷時圖 ... 39

圖 3-4 試體下方壓力灌漿入料閥與幫浦車之泵送管連接

照片 ... 47

圖 3-5 試體灌漿施作照片 ... 48

圖 3-6 FH1.2X 試體局部挫屈 ... 48

圖 3-7 FH1.2X 試體出現局部挫屈 ... 49

圖 3-8 FH1.2X 試體銲道出現開裂 ... 49

圖 3-9 FH1.2X 試體最終破壞圖 ... 50

圖 3-10 FH1.5X 試體出現局部挫屈 ... 50

圖 3-11 FH1.5X 試體銲道出現開裂 ... 51

圖 3-12 FH1.5X 試體最終破壞圖 ... 51

圖 3-13 FH2.0X 試體出現局部挫屈 ... 52

圖 3-14 FH2.0X 試體銲道出現開裂 ... 52

圖 3-15 FH2.0X 試體最終破壞圖 ... 53

圖 3-16 TH2.0X 試體局部挫屈 ... 53

圖 3-17 TH2.0X 試體銲道出現開裂 ... 54

圖 3-18 TH2.0X 試體最終破壞圖 ... 54

圖 3-19 FL1.35X 試體出現局部挫屈 ... 55

圖 3-20 FL1.35X 試體銲道出現開裂 ... 55

圖 3-21 FL1.35X 試體最終破壞圖 ... 56

圖 3-22 FH1.2Y 試體局部挫屈 ... 56

圖 3-23 FH1.2Y 試體受撓曲壓力側嚴重局部挫屈 ... 57

圖 3-24 FH1.2Y 試體最終破壞圖 ... 57

圖 3-25 FH1.5Y 試體局部挫屈 ... 58

圖 3-26 FH1.5Y 試體銲道開裂 ... 58

圖 3-27 FH1.5Y 試體最終破壞圖 ... 59

圖 3-28 FH2.0Y 試體出現局部挫屈 ... 59

圖 3-29 FH2.0Y 試體銲道些微開裂 ... 60

圖 3-30 FH2.0Y 試體最終破壞圖 ... 60

圖 3-54 TH2.0Y 試體局部挫屈 ... 61

圖 4-2 FH1.2X 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 67

圖 4-3 FL1.35X 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 68

圖 4-4 FH1.5X 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 68

圖 4-5 FH2.0X 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 69

圖 4-6 FH1.2X 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 69

圖 4-7 FL1.35X 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 70

圖 4-8 FH1.5X 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 70

圖 4-9 FH2.0X 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 71

圖 4-10 繞強軸梁柱試體之彎矩強度比-軸向應變分布圖 71

圖 4-11 繞強軸梁柱試體之塑性轉角容量-軸向應變分布圖

72

圖 4-12 FH1.2Y 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 72

圖 4-13 FH1.5Y 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 73

圖 4-14 FH2.0Y 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 73

圖 4-15 FH1.2Y 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 74

圖 4-16 FH1.5Y 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 74

圖 4-17 FH2.0Y 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 75

圖 4-18 繞弱軸梁柱試體之彎矩強度比-軸向應變分布圖 75

圖 4-19 繞弱軸梁柱試體之塑性轉角容量-軸向應變分布圖

76

圖 4-20 TH2.0X 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 76

圖 4-21 TH2.0Y 試體側力-位移遲滯迴圈圖 ... 77

圖 4-22 TH2.0X 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 77

圖 4-23 TH2.0Y 試體彎矩-側移角遲滯迴圈及包絡線圖 .. 78

圖 4-24 梁柱試體之彎矩強度比-圍束繫桿應力分布圖 .... 78

圖 4-25 梁柱試體之塑性轉角-圍束繫桿應力分布圖 ... 79

摘要

關鍵詞：填充型箱型柱、合成柱、鋼骨鋼筋混凝土、柱、高強度混凝土 一 、 研 究 緣 起

填 充 型箱 型 柱 （ concrete filled box column， 或 簡稱 CFBC） 施 工 容 易 也比 較 便 宜，是 適 合 在國 內 研 發、推 廣 的 構材 型 式。 經 與 業 界詢 問 CFBC 於 國 內 建 築 構 造 之發 展 與 使 用，得知 CFBC 的 使 用 率 日 益 普 及，矩 形 CFBC 斷面 長 度 與寬 度 的 比 值 (簡 稱 長寬 比 )大 多小 於 1.5，但 有 時 基於 建 築 用 途 的 考 量 ，長 寬 比 會 大 於 1.5， 甚 至 達 到 3。 2013 年 黃 少 暉測 試 高 強度 CFBC 斷 面長 寬 比 不 同 的 試 體，發 現當 長 寬 比 越 大， 短 柱 試體 的 殘 餘 強 度 越 低。2013 年 陶 其 駿 以 及 黃國 倫 針 對 長 寬 比 介於 1.5 至 2 的 CFBC 試 體 ， 分 別 進 行 軸 向 加 載 試 驗 以 及 低 軸 力 下 撓 曲 行 為 試 驗， 發 現 以 SRC 規範 建 議 方 式 來 估 計 軸 向強 度 及 彎 矩 強 度 ，尚 屬 保 守，但 軸 向 韌 性 及 塑 性轉 角 容 量 則 明 顯 有 不足 之 現 象，軸 向 強度 下 降 快 速 ， 而 無 論 繞 強 軸 或 弱 軸 彎 曲 ， 塑 性 轉 角 容 量 皆 僅 約 2.5% rad(規 範 要 求 3% rad)， 可 見 CFBC 長 寬 比 應 限 制 至 少 低 於 1.5， 此 部 分 有 需要 再 進 行 試 驗 確 認 之；不 過 同 時 亦 已 確 認採 用 圍 束 繫 桿 可 有效 提 升 軸向 韌 性 及 塑 性 轉 角 容量，可 達 規 範 要 求。2014 年 黃 國倫 與 陶 其 駿 進 一 步 針 對 鋼 材 標 稱 降 伏 強 度 3.3 tf/cm2 _{及 混 凝 土 標 稱 抗 壓 強 度} 420 kgf/cm2， 長 寬比 介於 1 至 2.5 的 CFBC 試 體進 行 軸 向 加 載 試 驗 以 及 低 軸力 下 撓 曲 行 為 試 驗 ，發 現 長 寬 比 大 於 1.4 的 矩 形 CFBC 塑 性轉 角 容 量明 顯 不 足 (低 於 規 範要 求 值 3% rad)，可 見 CFBC 長 寬 比 應 限制 至 少 低 於 1.4； 同 時 亦 已 確 認 適 當 設 計 圍 束 繫 桿 可 有 效 提 升 軸 向 韌 性

置 圍 束 繫 桿 ， 縱 向 間 距 建 議 採 平 均 柱 寬 度 的 1/3。 惟 去 年 研 究 期 間 審 查 委 員提 到，國 內 業 界 設 計建 造 CFBC 結 構 建 築，已 有 大 量使 用 高 強 度 混 凝土 ， 20 層 以 下 、 20 至 30 層 及 30 層 以 上 之 常用 設 計 強 度 分別 為 420 至 490、490 至 560 及 560 至 700 kgf/cm2_{甚 至更 高，實 際 抗壓} 強 度 試驗 結 果 通 常 會 多 30%以 上， 有 時甚 至 會多 60%， 所 以設 計 560 kgf/cm2(國 內 SRC 規 範 建 議 之 上 限 )會 得 到 超 過 700 kgf/cm2， 故 混凝 土 強 度對 長 寬 比 限 制 之 影 響， 也 急 需 進 行 試 驗 研究 確 認 之 。 本 研 究規 劃 試 體 之b t以 40 為 主；為排 除 高 軸 力會 使 撓 曲 韌 性 愈 差 之 影響，本 研 究規 劃了 CFBC 試 體 進 行 低 軸 力作 用 下 之 撓 曲 行 為 試 驗 。 本研 究 藉 由 長 寬 比 為 1.2、1.5 及 2.0 之 矩 形填 充 高 強 度 混 凝 土箱 型 鋼 柱試 體 撓 曲 行 為 試 驗，瞭 解 其 韌 性 行 為 受 長寬 比 之 影 響，並 針對 長 寬 比 為 2.0 之 情 況 ， 探 討加 上 圍 束 繫 桿 以 增 加 CFBC 撓曲 韌 性 之 效 果 。 二 、 研 究 方 法 及 過 程 本 研 究案 之 研 究 工 作 包 括 資料 蒐 集 與 整 理 、 試 體設 計 、 試 體 製 作、柱 之 撓 曲 行 為 試 驗、材 料機 械 性 質 試 驗、實 驗數 據 整 理 與 分 析 、 相 關 規範 條 文 之 檢 討 以 及 報告 撰 寫 等 步 驟 。 採 用的 研 究 方 法 敘 述 如 下 ：1. 文 獻之 收 集 與 整 理 ； 2. 柱 試 體 之 撓 曲行 為 實 驗 ；3. 試 驗 結 果 之 分析 與 探 討；4. 檢 討 現行 規 範 無 限 制 CFBC 柱 長 寬 比 之 合 理 性 ， 以 及 限制 混 凝 土 標 稱 抗 壓 強度 上 限 之 合 理 性 ； 5. 報 告之 撰 寫 。 三 、 研 究 發 現 矩 形 CFBC 的 斷 面長 寬 比 ，目 前 國 內 規 範 並 無 限制 其 比 例 上 限 ，

軸 向 強 度 20%)之 條 件 下 ， 實 驗 結 果 發 現 矩 形 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱，無 論 繞 強 軸 彎 曲 及 繞 弱 軸 彎 曲，其 塑 性 轉角 容 量 皆 大 於 國 內規 範 要 求的 3% rad，搭 配 去 年度 研 究 成 果，建 議 國內 規 範 必 須 趕 快 做 出 長 寬 比限 制 的 條 文 增 訂，以免 工 程 實 務 出 現 不 保守 的 設 計 案 例 持 續增 加 ， 而國 內 SRC 規 範 混 凝土 標 稱 抗 壓 強 度 上 限之 規 定 ， 也 建 議 國內 SRC 規 範 針 對 填 充 型 箱 型 柱 部 分，可 由 目 前 560kgf cm2之 上 限 規 定， 適 度 調整 至 700 2 cm kgf 。 目 前 SRC 規 範 規 定 混 凝 土設 計 強 度 上 限 為 560 kgf/cm2_{， 但 鋼結} 構 規 範並 未 限 制 柱 內 混 凝 土強 度，故 實 務 上 混 凝土 強 度 的 確 有 使 用超 過 700 kgf/cm2 _{的 案 例 ， 惟填 充 高 強 度 混 凝 土 箱型 柱 較 少 有 實 驗 驗證} 其 耐 震性 能，若 實 際 混 凝 土強 度 比 設 計 混 凝 土 強度 差 異 太 大，可 能造 成 實 際破 壞 模 式 與 預 期 的 不同，建 議 設 計 者 在 實際 應 用 時，最 好 能訂 定 混 凝土 實 際 抗 壓 強 度 的 可接 受 範 圍，以 免 破 壞產 生 在 不 希 望 破 壞的 位 置。另 外，實 務 上 長 寬 比較 大 之 柱 斷 面，梁 與 柱 連 接時 有 偏 心，應 注 意 其偏 心 之 影 響 。 四 、 建 議 事 項 本 研 究 進 行 含 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 在 低 軸 力 下 之 撓 曲 行 為 試 驗 提 出下 列 具 體 建 議 。 建 議 一 於 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 規 範 第 9.6.3 節 增 訂 長 寬 比 限 制 ： 中 長 期 建議 主 辦 機關 ： 內 政 部 營 建 署 協 辦 機關 ： 內 政 部 建 築 研 究所 目 前 國 內 規 範 並 無 限 制 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 的 斷 面 長 寬 比

填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 長 寬 比 上 限 為 1.4， 若 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 長寬 比 超 過 此 長 寬 比 上限，且 結 構 分 析 發 現此 處 會 產 生 塑 鉸，則 建 議 設計 者 應 在 塑 鉸 區 採 用韌 性 強 化 措 施，例 如依 照 本 研 究 建 議 的方 式 適 當設 計 及 配 置 圍 束 繫 桿 ， 但 建 議 長 寬 比 仍 不應 大 於 2.5。 建 議 二 舉 辦 含 混 凝 土 箱 型 柱 及 相 關 研 究 課 題 之 成果 發 表 會 ： 中 長 期 建議 主 辦 機關 ： 內 政 部 建 築 研 究所 協 辦 機關 ： 財 團 法 人 台 灣 建築 中 心 CFBC 結 構 系 統 為 比 傳 統 結 構 系 統 更 安 全 、 更 經 濟 、 更 環 保 的 新 世 代 結構 系 統，本 研 究 及 後續 相 關 研 究 對 於 建 築技 術 有 一 定 程 度 的助 益 ， 可舉 辦 研 討 會 將 與 工 程實 務 有 關 之 研 究 發 現推 廣 至 工 程 界 。

ABSTRACT

Keywords: concrete filled box column, composite column, steel reinforced concrete, column, high strength concrete

Use of concrete-filled hollow sections for columns has many advantages. First, the mechanical properties of concrete can be enhanced by the confinement provided by steel box. Second, the inward buckling of the steel box can be prevented by the concrete core. Third, no formwork is required. As a result, these columns possess extra strength and extra stiffness in a fairly economical and e nvironment friendly way.

Based on the size and fabrication method of the cross section, concrete-filled hollow sections can be differentiated as concrete -filled tubes (CFTs) and concrete-filled box columns (CFBCs). For square sections as an example, the width of CFT seldom exceed 406 mm (16 in.), however, the width of CFB seldom smaller than 500 mm. In addition, CFTs use so called structural tubing which has gradual transition without welds at the corners of the section. Nevertheless, CFB Cs use box sections which are fabricated by welding four pieces of steel plates at section corners. Box sections are already used extensively in Taiwan. However, the TW SRC code does not specify any limit for the ratio of 2-side widths of the cross section for CFBC.

The flexural behavior of rectangular high -strength CFB columns with low axial loading, which is around 20% of axial strength , had been clarified in this project. The research works for this project include : (1) collating researches, (2) designing specimens, (3) fabricating specimens, (4) finishing experiments for CFB columns, and (5) evaluating reasonability of rules from codes.

第一章 緒論

第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景

一 、 研 究 緣 起 面 對 全球 環 境 變 遷，二 氧 化碳 氣 體 排 放 過 多 等 環境 保 護 難 題，各 個 領 域 需 要 共 同 來 關 心 與 努 力 ， 降 低 經 濟 發 展 對 環 境 所 產 生 的 衝 擊 ， 而 建 築結 構 領 域 也 應 該 要 有所 作 為。高 強 度 材 料 可 以 使 用 在 不 同 構 材 之 中，如 填充 型 圓 柱 及 填 充型 箱 型 柱（ concrete-filled box column，或 簡 稱 CFBC） ， 不 但 可 以 降低 結 構 材 料 的 使 用 量， 也 可 以 提 升 材 料回 收 再 利用 的 效 率，是 有 利 於降 低 環 境 衝 擊 的 方 法，但是 國 內 現 行 SRC 規 範 對混 凝 土 抗 壓 強 度 有 所限 制 。 雖 然 填充 型 圓 柱 對 混 凝 土 的圍 束 效 果 比 填 充 型 箱型 柱 優 異，不 過 填 充 型箱 型 柱 梁 柱 接 頭 比 較容 易 施 工 也 比 較 便 宜，是 適 合 在 國 內 研 發、 推 廣 的構 材 型 式，且 未 來 若需 拆 除 時，比 鋼 筋 混凝 土 構 件 更 容 易 回收 再 利 用，因 此 使 用 填 充 型 箱型 柱 相 當 具 有 經 濟 上及 環 保 上 的 優 勢。現 行 規 範 對 填 充 型 箱 型 柱 構 材 之 規 定 大 部 分 係 參 考 鋼 管 混 凝 土 柱 構 材 （ concrete filled tube，或 稱為 CFT）之研 究 結 果，然 而 鋼 管 與 箱 型 柱 之 製 作方 式 截 然 不 同，鋼 管 除 了 使 用 無 縫 鋼 管 之外，目 前 還 有 冷 彎成 型 方 管 (BCR)及 冷 沖 壓 成 型 方 鋼 管 (BCP)兩 種 已 經 標 準 化 的 新 冷 彎 方 鋼 管，“ BCR” 和 “ BCP” 是 日 本鐵 鋼 聯 盟 (JISF，一 般 社 団 法 人 日 本 鉄 鋼 連盟 )的 註 冊商 標 ； 而目 前 國 內 常 用 的 箱 型柱 ， 則 是 使 用 4 片 鋼

本 研 究 預 計 針 對 填 充 型 箱 型 柱 進 行 研 究 ， 預 期 目 標 包 括 ： （ 1） 求 取 材 料 之 基 本 力 學 性 質 ； （ 2） 經 由 矩 形 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 柱 試 體 之撓 曲 行 為 實 驗，提 昇國 內 對 填 充 混 凝 土 箱型 柱 行 為 之 認 識，並 評 估 其在 工 程 實 務 應 用 的 可行 性；（ 3）根 據 實 驗及 數 據 分 析 之 成 果， 評 估 現 行 規 範 之 適 用 性 ， 必 要 時 提 出 修 改 之 建 議 ； （ 4） 藉 由 研 究 成 果 之 發表，引 導 建 築 構 造 走向 材 料 減 量、營 建 廢棄 物 減 量、節 能 及環 保 之 永續 發 展 目 標 。 二 、 研 究 背 景 填 充 型 箱 型 柱 有 很 多 優 點 ： （ 1） 箱 型 柱 之 製 作 比 圓 柱 容 易 且 便 宜 許 多 ； （ 2） 相 較 於 填 充 型 圓 柱 ， 填 充 型 箱 型 柱 之 梁 柱 接 頭 比 較 便 宜 且 容 易 施 工 ； （ 3） 若 使 用 高 強 度 混 凝 土 ， 回 收 再 利 用 時 可 用 以 生 產 較 高 強 度 之 再 生 混 凝 土 ； （ 4） 混 凝 土 回 收 比 其 他 種 類 構 材 方 便 ， 只 要 切開 箱 型 柱，混 凝 土 就可 以很快取出，比含鋼筋之桿件方便很多； （5）不 必 使 用 模板，降 低 營 建材 料 使 用 量；（ 6）由 2009 年 李 玉 生、 楊 國 珍之 研 究 案「 高 溫 下 含混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 軸向 受 力 行 為 研 究 」可 看 出 含 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 防 火 性 能 甚 優 ， 可 以 節 省 防 火 材 料 ； （ 7） 箱 型 柱提 供 混 凝 土 圍 束，混凝 土 則 提 供 箱 型 柱 柱板 之 側 向 支 撐，可以 提 升 構材 之 強 度 與 韌 性；（ 8）以 相 同 的 強 度 來 說，比 起 RC 柱 或 鋼結 構 柱 子（ H 型 鋼 或 純 箱 型 鋼柱 ），使用 填 充 混 凝土 箱 型 柱 可 降 低 結 構 鋼 材 使用 量。顯 然 使 用 CFBC 不 但 可 以 降 低 結 構材 料 的 使 用 量，還 可 以 減 少防 火 被 覆 、 模 版 等 營建 材 料 之 使 用 量 。 國 內 外曾 進 行 不 少 有 關 填 充型 鋼 管 混 凝 土 柱 的 研究。近 年 來 國內 有 翁 正強 、 陳 誠 直 、 蔡 克 銓、 黃 炯 憲 、 胡 宣 德 等人 ， 國 外 2000 年以

軸 向 行為 的 研 究 。 近 年 來 在研 究 短 柱 軸 向 行 為 的論 文 （ Sakino 等 人 ， 2004；Hu 等 人，2003；Huang 等 人，2002；丁 英 哲，2004；王 勝 輝 ， 1998；孫 維 隆，2000；黃炯 憲 等 人，1998 及 1999）中，以 Sakino et al. （2004）總 共 完成 114 個 試 體（包 括 圓 形 及 方 形斷 面 ）並 據 以 建 立 分 析 模 式之 研 究 最 為 完 整；在 研 究 撓 曲行 為 的 論 文（ Aval 等人，2002； Ge 等 人，1994；Hsu 等 人，2003；Inai 等 人，2004；Lu 等 人，2007； Shanmugam 等 人 ， 2002； Susantha 等 人 ， 2002； Varma 等 人 ， 2002 及 2004； 孫 維 隆 ， 2000； 傅 正 堯， 1998） 中 ，以 Varma 等 人 （2002 及 2004） 總 共 完成 16 個 試 體（ 方 形 斷 面 ） 並與 AISC-LRFD、ACI、 AIJ、Euro Code 4 規 範 比 較 之 研 究 較 為 完 整。防 火 相 關 文 獻 則 有 Yang 等 人（ 2008）。但 是 目 前 所收 集 到 的 論 文 中，實 驗的 CFT 試 體 尺 寸 都 不 大，柱 寬 在 120～323mm 之 間，而 柱 板 厚 度在 2～ 9mm 之 間，而斷 面 型 式大 部 分 使 用 無 縫 鋼 管（ 如 圖 1-1a）或 是 由兩 個 槽 鋼 銲 接 而 成之 方 形 斷面（ 如圖 1-1b）。這 些 實 驗試 體 的 尺 寸 偏小，國 內 也 甚 少 使 用 無 縫 鋼管 或 槽 鋼 組 成 之 箱 型斷 面，國 內 使 用 的 主要 是 由 四 塊 鋼 板 組合 而 成 之填 充 型 箱 型 柱 （如 圖 1-2 所 示） 。 目 前 對於 填 充 型 箱 型 柱， 有 些 工 程 師 只 認 定 混 凝 土 所 提 供 之 勁 度 ， 而 忽 略 混 凝 土 所 提 供 之 強 度 ， 相 當 可惜 。 2012 年 陳 正 誠 等 人 進 行 CFBC 短 柱 軸 向 加 載 試 驗 之 有 限 元 素 分 析 ， 發現 CFBC 內 部 混 凝 土的 圍 束 機 制 無 法 使用 Mander 等 RC 構 件 的 圍 束機 制 來 描 述 及 模 擬，由 該 文 所 提模 擬 方 式進 行 矩 形 CFBC 的 軸 向 載 重分 析 ， 可 得 知 矩 形 CFBC 的 圍束 效 果 (如圖 1-3)可 能 不 如 方形 CFBC(如 圖 1-4)，圖 中 四 邊 有 兩 端 箭 頭 的 曲 線 為 產 生 圍 束 效 果 時 會 出

如 方形 CFBC， 故 矩 形 CFBC 的 圍 束 效 果 可 能 不如 方 形 CFBC。 經 與 業界 詢 問 CFBC 於 國 內建 築 構 造 之 發 展 與 使用 ， 得 知 CFBC 的 使 用率 日 益 普 及 ， 矩 形 CFBC 斷面 長 度 與 寬 度的 比 值 (簡稱 長 寬 比 ) 大 多 小於 1.5，但 有 時 基 於建 築 用 途 的 考 量，長 寬比 會 大 於 1.5，甚 至 達 到 3。2013 年 黃少 暉 之 碩士 論 文 有 測 試 CFBC 斷 面 長 寬 比 不 同 的試 體 ， 發 現 當 長 寬 比 越 大 ， 短 柱 試 體 的 殘 餘 強 度 越 低 ， 此 現 象 將 影 響 CFBC 撓 曲 行 為 甚 鉅。本所 2013 年 陶 其 駿 自 行 研 究「 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 短柱 耐 震 行 為 之 研 究 」之 研 究 成 果，以 及 黃國 倫 自 行 研 究「 矩形 填 充 混凝 土 箱 型 柱 撓 曲 行 為之 研 究 」之 研 究 成 果，已 針 對 長 寬 比 介於 1.5 至 2 的 CFBC 試 體 進 行 軸 向 加 載 試 驗 以 及 低 軸 力 下 撓 曲 行 為 試 驗 ， 發 現以 SRC 規 範 建 議 方 式來 估 計 軸 向 強 度 及 彎矩 強 度 ， 尚 屬 保 守， 但 軸 向韌 性 及 塑 性 轉 角 容 量則 明 顯 有 不 足 之 現 象，軸 向 強 度 下 降 快 速， 而 無 論 繞 強 軸 或 弱 軸 彎 曲 ， 塑 性 轉 角 容 量 皆 僅 約 2.5% rad(規 範 要 求 3% rad)，可 見 CFBC 長 寬 比 應 限 制 至 少 低 於 1.5(甚 至 更 低，此 部 分 有 需 要 再 進 行 試 驗 確 認 之 )； 不 過 同 時 亦 已 確 認 採 用 圍 束 繫 桿 可 有 效 提 升 軸 向韌 性 及 塑 性 轉 角 容 量， 可 達 規 範 要 求 。 去 (2014)年 黃 國 倫 與 陶 其 駿 已 進 一 步 針 對 鋼 材 標 稱 降 伏 強 度 3.3 tf/cm2 及混 凝 土 標 稱 抗 壓 強度 420 kgf/cm2_{， 長寬 比 介 於 1 至 2.5 的} CFBC 試 體 進 行 軸 向 加 載 試 驗 以 及 低 軸 力 下 撓 曲 行 為 試 驗 ， 發 現 長 寬 比 大 於 1.4 的 矩 形 CFBC 塑 性 轉 角 容 量明 顯 不 足 (低 於 規 範要 求 值 3% rad)，可 見 CFBC 長 寬 比 應 限 制 至 少 低 於 1.4；同 時 亦 已 確 認 適 當 設 計 圍 束 繫桿 可 有 效 提 升 軸 向 韌性 及 塑 性 轉 角 容 量 達到 規 範 要 求，甚 至更 好 ， 並建 議 長 寬 比 小 於 2 之 CFBC， 只 需 單 排 配置 圍 束 繫 桿 ， 長 寬比 不 小於 2 之 CFBC， 應 雙 排配 置 圍 束 繫 桿 ， 縱 向間 距 建 議 採 平 均 柱寬

層 以 上之 常 用 設 計 強 度 分 別為 420 至 490、490 至 560 及 560 至 700 kgf/cm2 甚至 更 高 ， 實 際 抗壓 強 度 試 驗 結 果 通 常會 多 30%以 上 ， 有時 甚 至 會多 60%，所 以 設計 560 kgf/cm2 (國 內 SRC 規 範 建 議 之 上 限 )會 得 到 超過 700 kgf/cm2_{，故 混 凝土 強 度 對 長 寬 比 限 制之 影 響，也 急 需 進行} 試 驗 研究 確 認 之 。 今 年 原規 劃 自 行 研 究「 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土 箱型 鋼 柱 低 軸 力 下 撓 曲 耐 震 行 為 研 究 」 案 ， 經 研 究 業 務 協 調 會 議 審 查 通 過 (會 議 紀 錄 如 附 錄 一 )， 考 量 為 更 符 合 實 際 研 究 內 容 ， 本 研 究 業 經 簽 奉 核 准 微 幅 修 正 為「建 築 物 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 低軸 力 下 撓 曲 耐 震 性能 驗 證 研究 」 。 現 階 段推 廣 填 充 型 箱 型 柱，在 材 料 方 面 應 以 現 有能 夠 量 產 者 為優 先 考 慮。國 內目 前 可 以 量 產的 結 構 用 鋼以 3.5 tf/cm2_{等級（A572 Gr.50、} A992、 SM490、 SN490B、 SN490C） 為 主 ， 中 鋼 也 有 量 產 4.2 tf/cm2 級 鋼 板（ SM570）的 能 力，但是 使 用 量 小 的 鋼 板尺 寸 很 難 取 得。國 內 目 前 已經 有 能 力 量 產 840 kgf/cm2 _{級 的 混 凝 土， 混 凝 土 材 料 之 取 得相} 對 的 比較 容 易 。 但 是 ， 根 據國 內 SRC 規 範 （ 內政 部 營 建 署 ， 2006） 之 規 定，鋼 骨 材 料 之 降 伏 強度 不 宜 大於 3.5 tf/cm2_{，而 混凝 土 抗 壓 強 度} 也 不 宜大 於 560kgf/cm2_{。 當混 凝 土 抗 壓 強 度 大 於 560kgf/cm}2 時 ， 需 要 依 公認 合 理 之 試 驗 證 明 其可 行 性 與 可 靠 度。有鑑 於 此，並 考 量 試驗 機 容 量， 本 研 究的 研 究 預 計以 3.3 tf/cm2_{等 級 鋼材 （ SN490B）， 配 合} 700 kgf/cm2級 的 混 凝 土 為 主。 填 充 型 箱 型 柱 中 柱 板 之 寬 厚 比 （b t） 影 響 構 材 的 行 為 很 大 ， 其 中 b 與 t 分 別 為 方型 斷面 CFBC 之 淨 寬 度 與 板 厚，如 圖 1-2 所 示。b t

大 於 42， Varma et al. (2002) 的 研 究 顯示 ， 當b t等 於 48 時 桿 件 之 撓 曲 延 展性 不 佳，當b 等 於 32 時 桿 件 之 撓 曲 延 展 性 改 善 很 多，由 此 可t 判 斷 國內 SRC 規 範 的 規 定在 合 理 範 圍 。 台 灣 處於 地 震 帶 ， 填 充 型箱 型 柱 基本 上 都 要 符 合 耐 震 的要 求 ， 因 此 柱 板 的b t宜控 制 在 42 以 下 ， 故 本 研究 規 劃 試 體 之b 以 40 為 主 。 t 目 前 國內 SRC 規 範 對 填 充型 箱 型 柱 柱 板 寬 厚 比之 限 制 與 軸 力大 小 無 關，依 照 2010 年 陶 其駿 及 蔡 煒 銘 之 研 究 報告，以 及 2011 年 陳 正 誠 及 本人 之 研 究 報 告，顯 示軸 力 愈 大 會 使 填 充 型箱 型 柱 之 撓 曲 韌 性愈 差， 如 圖 1-7 所 示。 為 排 除高 軸 力 會 使 撓 曲 韌 性愈 差 之 影 響， 本 研 究 規 劃了 CFBC 試 體 進 行 低 軸力 作 用 下 之 撓 曲 行 為試 驗 。 填 充 型箱 型 柱 之 合 成 效 應 的程 度 有 多 高 ？ 傅 正 堯（ 1998）的 研究 顯 示，剪 力 釘 對 填 充 型 箱 型柱 的 撓 曲 強 度 與 韌 性沒 有 明 顯 的 影 響。此 外 美 國華 盛 頓 大 學 Roeder 教 授 的 研究 結 果 也 發現 ， 未 配 置 剪 力 釘 之 填 充 型圓 柱 之 合 成 效 應 頗 佳。本 所「 填 充 混 凝 土箱 型 鋼 柱 撓 曲 合 成行 為 研 究」委 託研 究 案，刻 正研究 剪 力釘對 填 充型鋼柱合成 效應的 影響 ， 因 此 本研 究 為 求 保 守 ， 試 體將 不 配 置 剪 力 釘 。 現 在 工程 界 已 使 用 填 充 型 箱型 柱，其 在 施 工 時 必須 加 上 繫 桿，避 免 箱 型柱 因 混 凝 土 壓 力 向 外變 形 ， 如 圖 1-8(a)所示 ， 可 以 將 繫 桿 作為 結 構 用途，如 圖 1-8(b)所 示，應 可降 低 柱 板 厚 度需 求。2008 年 陳 正 誠 等 人「含 高 強 度 混 凝 土 箱 型鋼 柱 之 軸 向 受 力 行 為研 究 」之 研 究 報 告證 明 於 高b t之 短 柱 構 件 使 用 圍 束 繫 桿 ， 可 以 有 效 發 展 出 良 好 之 韌 性 。 2009 年 陳 正 誠 等 人「 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 」之 研 究 報 告 結 果亦 顯 示，在b 為 60 之 填 充 型 箱 型 柱 中 使 用 繫 桿，可 以 讓 柱 發t 

人「 填充 高 強 度 混 凝 土 箱 型鋼 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為研 究 」之 研 究 報 告並 提 出 繫桿 設 計 方 法 之 初 步 建議。2011 年陳 正 誠 及黃 國 倫「 含 繫 桿 填 充 型 箱 型柱 高 軸 力 下 之 撓 曲 行為 與 設 計 」之 研 究 報告，更 進 一 步 驗 證高 軸 力 的情 況。2012 年 黃 國 倫整 理 出 圍 束 繫 桿 的 設計 方 法。因 此，本 研 究 將 試著 研 究 圍 束 繫 桿 對 提升 矩 形 CFBC 撓 曲 韌性 之 效 果。2013 年 及 2014 年 黃 國 倫 及 陶 其 駿 之 研 究，都 發 現 適 當 配 置 圍 束 繫 桿 能 有 效 提 升 矩 形 填充 混 凝 土 箱 型 柱 之 軸向 與 撓 曲 韌 性。本 研究 將 進 一 步 探 討 不同 長 寬 比之 矩 形 填 充 高 強 度 混凝 土 箱 型 鋼 柱，使 用圍 束 繫 桿 提 升 耐 震性 能 之 效益 。 針 對 上述 主 要 的 課 題 進 行 研究，可 以 進 一 步 釐 清 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土箱 型 鋼 柱 應 用 之 可 行性 及 可 靠 性，讓 工 程師 可 以 更 合 理 而 安全 的 使 用此 種 構 材 ， 以 降 低 建築 結 構 建 設 對 環 境 的衝 擊 。

第 二 節 文 獻 回 顧

有 關 本研 究 收 集 之 相 關 文 獻資 料 說 明 如 下 ： 1. 方 形 加 勁 鋼 管 混 凝 土 柱 受 軸 壓 行 為 之 探 討 (黃 炯 憲 等 ， 1999) 此 研 究旨 在 探 討 寬 厚 比 70 以 上 之 薄 鋼 管 填 充 混凝 土 柱 ， 使 用不 同 加 勁方 式 之 短 柱 行 為，並提 出 八 角 形 箍 筋 的 加勁 方 式。此 研 究 之實 驗 分 二次 進 行，第 一 次 實 驗為 18 支 鋼 管 混 凝 土柱 試 體，2 支 純 混 凝土 柱，探 討 主 要參 數 為：鋼 管 寬 厚 比（ 分 別 為 70、100、150）、加 勁 方 式（ 分別 為 縱 向 平 行 管 壁 加勁 板，縱 向 垂 直 管 壁加 勁 板，八 角 形 箍筋 加 勁 ）。第 二 次 實 驗 為 9 支鋼 管 混 凝 土 柱 試 體，特 別 針 對 柱 寬 厚 比為

形 加 勁 強 度 與 韌 性 之 指 標 性 參 數 ； （ 2） 八 角 形 加 勁 對 韌 性 與 極 限 強 度 有 良 好 幫 助 ； （ 3） 軸 向 垂 直 加 勁 板 對 提 高 鋼 板 挫 曲 強 度 與 勁 度 有 相 當 幫助 ； （ 4） 圓 形 斷 面行 為 較 佳 。 2. 加 勁 鋼 管 混 凝 土 柱 受 軸 壓 與 彎 矩 之 行 為 研 究 (孫 維 隆 ， 2000) 本 案 係 以 試 驗 方 式 討 論 加 勁 與 未 加 勁 鋼 管 填 充 混 凝 土 柱 在 同 時 承 受 軸力 與 彎 矩 作 用 下，有關 二 者 強 度、勁 度 及韌 性 之 行 為。此 試驗 共 製作 21 支 試 體 ， 探 討 試驗 參 數 為 加 勁 箍 筋 間距 ， 對 照 組 為 未 加勁 之 方 形及 圓 形 斷 面。試 驗 可分 為 偏 心 單 軸 加 力 試驗 與 固 定 軸 力、四點 彎 矩 試驗 。 試 驗 結果 顯 示 在 軸 壓 強 度 方面，八 角 形 加 勁 方 式，能 明 顯 提 升方 形 鋼 管對 核 心 混 凝 土 的 圍 束作 用，延 緩 鋼 板 挫 屈，對 極 限 軸 壓 強 度及 韌 性 方面 有 顯 著 的 提 升。另在 不 同 軸 力 下 承 受 彎矩 方 面，八 角 形 加勁 方 式 對極 限 彎 矩 強 度 及 韌 性上 均 有 良 好 幫 助，且效 果 隨 著 加 勁 箍 筋間 距 越 密越 佳，試 驗 結 果 與 各規 範 比 較 顯 示，各 規範 之 極 限 彎 矩 強 度 值 均 趨 於保 守 。 3. 鋼 管 混 凝 土 構 材 研 究 之 回 顧 (黃 炯 憲 等 ， 1998) 此 研 究所 蒐 集 之 論 文 大 多 出自 英 文 期 刊 及 國 際 研討 會，依 論 文性 質 大 致 分 幾 類 ： （ 1） 一 般 性 論 述 ； （ 2） 構 材 各 種 試 驗 ； （ 3） 構 材 行 為 模型 ； （ 4） 構 材 設 計； （ 5） 接 頭 ； （6） 其 他。 分 述 如 次 ： （ 1） 一 般 性 論 述 ： 主 要 是 針 對 「 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 」 與 「 鋼 管 混 凝 土 柱 」 構件 之 一 般 行 為 做 論 述。 （2）構 材 之 各種 試 驗：在此 研 究 中，共 收 集了 20 多篇 以 構 材 試 驗為

試 驗 主 要 之 設 計 參 數 主 要 為 構 材 斷 面 形 狀 、 寬 厚 比 、 鋼 管 及 混 凝 土 強度 比 、 加 勁 與 否 、 混凝 土 填 充 高 度 等 等 。 （ 3） 構 材 之 行 為 模 型 ： 與 鋼 管 混 凝 土 構 材 行 為 模 型 之 相 關 研 究 論 文 共計 13 篇，依 其 模 擬 方 法或 對 象，可 概 略 歸 納為：a.以 FEM 分 析 構 材之 力 學 特 性；b.探 討構 材 斷 面 的 力 學 行 為；c.構材 中 混 凝 土 的 特性 模 擬；d.根 據 材 料力 學 理 論 分 析 構 材 力學 特 性；e.根 據 實 驗 數據 迴 歸 構 材 的 特 性 曲線 。 （ 4） 構 材 之 設 計 ： 收 錄 有 關 鋼 管 混 凝 土 柱 構 件 設 計 規 範 之 相 關 文 章 大 略 可 分 為 二 類 ， 一 類 為 各 國 鋼 管 混 凝 土 柱 構 件 設 計 規 範 現 況 之 介 紹 ， 另 一 類 則 多 為 研 究 者 經 由 實 驗 或 數 值 分 析 之 結 果 ， 對 構 件 之某 些 行 為 的 設 計 公 式提 出 修 正 與 建 議 。 （ 5） 接 頭 ： 在 現 行 之 研 究 中 ， 鋼 管 混 凝 土 柱 與 鋼 梁 之 接 合 方 式 可 概 分 成 兩 大 類 ， 一 為 外 壁 接 合 型 ， 鋼 梁 直 接 或 透 過 橫 隔 板 接 合 在 鋼 管 混 凝 土 柱 之 外 壁 。 另 一 為 穿 透 埋 入 型 ， 鋼 梁 之 接 合 端 銲 接 鋼 筋 或 剪 力 釘 ， 並 使 之 埋 入 混 凝 土 中 或 鋼 梁 之 翼 板 、 腹 版 或 整 個 斷 面穿 透 鋼 管 混 凝 土 。 （6） 其 他 ：收 錄 有 關 填 充混 凝 土 柱 之 抗 火 性 能研 究 ， 及 外 包 FRP 加 勁 纖 維複 合 材 料 之 混 凝 土 柱的 力 學 行 為 。 4. 高 強 度 鋼 管 混 凝 土 柱 強 度 之 實 驗 探 討 (丁 英 哲 ， 2004) AISC-LRFD 3rd 規 範 針 對 鋼 管 混 凝 土 (CFT)柱 的 設 計 之 作 法 ， 係 使 用 轉換 係 數，將 混 凝 土 轉換 成 等 值 之 鋼 骨，再利 用 一 般 鋼 柱 的 挫屈 強 度 設計 公 式， 計 算 鋼 管 混凝 土 柱 之 設 計 挫 屈 載重 ；惟 LRFD 3rd 規 範 規 定， 常 重 混 凝 土 之 抗 壓強 度 必 須 介 於 3 ksi (21 MPa) 至 8 ksi (55

於 LRFD 3rd 規 範。此 試 驗總 共 製 作 22 支 CFT 試 體，其 混 凝 土 強度 分 別 為 f_c= 4、 9、 10、 12 ksi。

試 驗 結果 顯 示 LRFD 之 CFT 公 式 不 僅適 用 於 高 強度 鋼 管 混 凝 土 柱 (8 f_c12 ksi)，且 LRFD 之 CFT 設 計 公 式 在 估 計 CFT 柱 之 軸 壓 強 度 是 偏 向保 守 的 。

5. Behavior of Centrally Loaded Concrete -Filled Steel-Tube Short Columns(Sakino, K., et. al., 2004)

此 研 究計 畫 主 要 為 探 討 混 凝土 填 充 鋼 管 柱 的 行 為研 究，釐 清 瞭解 鋼 管 和填 充 的 混 凝 土 兩 者 之間 的 諧 和 相 互 作 用，並 研討 CFT 柱 之 載重 變 形 關係 的 方 法。總 共 製 造與 測 試 了 114 支 試 體，其 中 包 含 了 比 對填 充 型 鋼管 混 凝 土 柱 的 空 心 鋼管 柱。主要的設計參數為：鋼管斷面形狀、 鋼 管 抗 拉 強 度 、 鋼 管 斷 面 寬 厚 比 、 及 混 凝 土 抗 壓 強 度 。 在 此 文 獻 中 ， 亦 有 根 據 試 驗 結 果 而 建 立 一 套 可 以 評 估 圓 形 與 矩形 CFT 柱 的 軸 向 極 限 抗 壓承 載 能 力 的 設 計 公 式。

6. Cyclic Analysis and Capacity Pred iction of Concrete-Filled Steel Box Columns (Susantha, K. A. S., et. al., 2002)

近 年 來 ， 內 灌 混 凝 土 之 填 充 型 箱 型 柱 於 建 築 結 構 已 經 廣 為 使 用 。 此 研 究 係 探 討 加 勁 的 厚 壁 及 薄 壁 箱 型 鋼 管 混 凝 土 柱 之 反 覆 載 重 彈 塑 性 分 析及 容 量 預 測，並 提 供以 纖 維 分 析 方 法 決 定內 填 充 混 凝 土 鋼 柱之 極 限 狀態 之 解 析 流 程。本 研究 使 用 新 的 破 壞 準 則來 決 定 強 度 以 及 韌性 之 預 測，為 使 用 於 有 加 勁 的薄 壁 及 厚 壁 柱，本 研究 修 正 最 近 發 展 的圍 束 混 凝 土 單 調 應 力 -應 變 關 係 。 為 使 用 反 覆 載 重 分 析 ， 本 研 究 使 用 一

的 反 應。 7. 含 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 軸 向 受 力 行 為 研 究 (陳 正 誠 ， 2008) 根 據 國內 SRC 構 造 設 計 規範 之 規 定 ， 當 混 凝 土之 抗 壓 強 度 大於 560 kgf/cm2，須 依 公 認 合 理之 試 驗 證 明 其 可 行 性及 可 靠 度。本 研 究 係 以 實 驗方 式 探 討 含 高 強 度 混凝 土 箱 型 鋼 柱 受 軸 向受 力 之 行 為 研 究。此 試 驗 總共 製 作 27 支 試 體，其 中 18 支 柱 試 體 寬度 500mm、9 支 柱 試體 寬 度 410 mm， 並 考 量 乾 縮、 剪 力 釘 、 圍 束 繫 桿， 探 討 參 數 為 混 凝土 之 抗 壓 強 度 、 寬 厚 比 ， 進 行 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 軸 向 受 力 行 為 研 究 。 實 驗 結果 顯 示：（ 1）對 於 混凝 土 強 度為 6000psi 之 CFBC 短 柱 構 件 ， 規 範 之 強 度 公 式 P_n0  A_sF_y 0.85A_cf_c可 合 理 估 計 強 度 ； 對 於 混 凝 土 強 度 為 10000psi 之 CFBC 短 柱 構 件 ， 計 算 強 度 公 式 建 議 改 採 P_n0 c c y sF A f A    0.8 ，方 能 合 理預 估 強 度。（ 2）乾 縮時 確 實 可 能 會降 低 其 強 度 ， 但 強 度 不 一 定 隨 乾 縮 量 之 增 加 而 降 低 ， B 對 乾 縮 的 忍 受 程 度t 有 明 顯的 影 響，B 愈 小，忍 受 程 度 愈 高（ 3）剪 力 釘 確 實 會 稍 微 提 高t 有 乾縮 CFBC 短 柱 之 強 度，但 對 於 韌 性 則 不 一 定有 幫 助（ 4）B 為 48t 之 情 況下 ， 混 凝 土 強 度 為 6000psi 之 CFBC 短 柱 構 件 使 用圍 束 繫 桿 ， 於S B不 大於 0.4 時，可 以 有 效發 展 出 良 好 之 韌 性（ 5）B 為 48 之 情t 況 下，混 凝 土強 度 為 10000psi 之 CFBC 短 柱 構 件使 用 圍 束 繫 桿，於S B 不 大於 0.2 時 ， 亦 可 有 效 發展 出 良 好 之 韌 性 。 8. 混 凝 土 箱 型 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 (陳 正 誠 ， 2009)

熱 熔 渣銲 銲 接 柱 內 橫 隔 板。本 研 究 係 以 實 驗 方 式探 討 填 充 型 箱 型 柱之 軸 壓 及撓 曲 行 為 試 驗，並 發展 新 的 柱 內 橫 隔 板 銲接 細 節。此 試 驗 總共 製 作 20 支試 體 ， 其 中 7 支 含 圍 束 繫桿 ， 內 橫 隔板 銲 接 方 式 不 同 之 試 體 有 3 支 。 試驗 主 要 參 數 有柱 鋼 板 寬 厚 比 (32、 40、 48、60)、 內 橫 隔 板 銲 接方 式 、 剪 力 釘 及 圍 束繫 桿 所 提 供 的 圍 束 應力 。 實 驗 結果 顯 示：(1)新 的 箱 型柱 內 橫 隔 板 銲 接 細 節及 製 作 方 式 尚可 以 符 合耐 震 需 求。(2)箱 型 柱柱 板 寬 厚 比 介 於 40~60 之 間 之 試 體，其塑 性 層 間轉 角 皆 能 符 合 規 範 規定 之 3%。 (3)剪 力 釘可 以 增 加 彎 矩 強 度及 撓 曲 韌性 容 量，但 增 量 有 限。(4)圍 束 繫桿 可 以 提升 混 凝 土 的 圍 束 效 果， 且 對 箱型 柱 柱 板 抵 抗 局 部 挫屈 有 幫 助 。 9. 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 撓 曲 韌 性 行 為 研 究 (陳 正 誠 ， 2010) 該 研 究探 討 柱 板 寬 厚 比 放 寬至 結 實 斷 面 寬 厚 比 限制（ 等 於 61）， 對 構 件撓 曲 韌 性 之 影 響 ， 規劃 10 支試 體 ， 寬 厚比 範 圍 介於 32 至 60 之 間 的 箱 型 柱 。 進 行 撓 曲 行 為 試 驗 。 且 工 程 界 已 使 用 填 充 型 箱 型 柱 ， 其 在 施工 時 必 須 加 上 繫 桿，避 免 箱 型 柱 因 混 凝 土壓 力 向 外 變 形，可以 將 繫 桿作 為 結 構 用 途 ， 應 可降 低 柱 板 厚 度 需 求 。 實 驗 結果 顯 示 ： (1)寬 厚 比 為 60 之 試 體 ， 於 實 驗中 提 早 產 生 局部 挫 屈 ，導 致 無 法 發 揮 預 期 之理 論 彎 矩 強 度 。 (2)寬厚 比 為 48 之 試 體， 若 圍 束繫 桿 所 提 供 的 圍 束 應力 達 66.2 kgf/cm2_{，且 繫 桿 之 間 寬 比 為 0.33，} 則 有 良好 的 韌 性 行 為 。 (3)寬厚 比 為 60 之 試 體 ，若 使 用 單 排 圍 束 繫桿 所 提 供的 圍 束 應 力 達 135 kgf/cm2 _{以 上 ， 或 雙排 圍 束 繫 桿 所 提 供 的 圍} 束 應 力達 86 kgf/cm2以 上，且 繫 桿 之間 寬 比為 0.33，則 有 良 好 的 撓 曲 韌 性 容量 行 為 。

銘 ， 2010) 該 研 究共 完 成 6 支 填 充 型 箱型 鋼 柱 之 反 覆 載 重 撓曲 試 驗，皆 承受 介 於 0~50%軸 向 標 稱 強 度 之軸 力 。 鋼 材 標 稱 降 伏強 度 為 3.5 tf/cm2_， 混 凝 土標 稱 抗 壓 強 度 為 280 kgf/cm2_{，皆 符 合 規 範建 議。考 量 到 試 驗機} 容 量 限制 ， 其 中 1 支 填 充 型箱 型 柱 柱寬 38 cm， 另 外 5 支 填充 型 箱 型 柱 柱 寬為 31 cm，使其能達到預定的軸力比（軸力除以軸向標稱強度）， 若 要 求塑 性 轉 角 容 量 至 少 3% rad， 可 藉 著 塑 性轉 角 容 量 -軸 力 分 佈圖 回 歸 出所 能 容 許 的 軸 力 比 上限 。 根 據 試 驗 結 果 ，得 到 寬 厚 比 32 的試 體 在 軸力 比 大 於 31%時，塑 性 轉 角 容量 無 法 達到 3% rad，但 是 從 國 內 SRC 規 範 對 填 充 型 箱 型 柱 柱 板 寬 厚 比 的 規 定 無 法 合 理 預 測 此 結 果 。 11. 含 繫 桿 填 充 型 箱 型 柱 高 軸 力 下 之 撓 曲 行 為 與 設 計 (陳 正 誠、黃 國 倫， 2011) 該 研 究共 完 成 9 支 填 充 型 箱型 鋼 柱 之 反 覆 載 重 撓曲 試 驗，其 中一 支 承受 20%軸向 標 稱 強 度 之軸 力，其 餘 皆 承受 40%軸 向標 稱 強 度 之 軸 力。鋼 材 標 稱降 伏 強 度 為 3.5tf/cm2_{，混 凝 土 標 稱抗 壓 強 度 為 420kgf/cm}2_， 皆 符 合規 範 建 議。其 中 3 支填 充 型 箱 型 柱 探 討 高軸 力 下 填 充 型 箱 型柱 之 撓 曲韌 性 行 為 表 現。另外 6 支 填 充 型 箱 型 柱 以圍 束 繫 桿 來 提 升 柱板 寬 厚 比為 48 及 40 之 填 充 型箱 型 柱 之 塑 性 轉 角 容量，使 其 能 達 到 至少 3%rad 的 塑 性 轉 角 容 量 ， 探 討 在 高 軸 力 作 用 下 圍 束 繫 桿 提 升 填 充 型 箱 型 柱 韌 性 行 為 之 效 果 。 根 據 試 驗 結 果 ， 得 到 結 論 敘 述 如 後 ： （ 1） 柱 板 寬 厚比 為 48 及 40 之 無 圍束 繫 桿 試 體，其 彎 矩強 度 實 驗 值 除 以 理論 值 結 果分 別 為 1.02 及 1.09， 塑性 轉 角 容 量 分 別 為 2.92 及 1.31%rad， 反 而 寬厚 比 為 48 者 較 佳 ；（ 2）柱 板 寬 厚 比 為 48 時 ， 圍 束 繫 桿 可以

（4） 本 文 提供 一 設 計 圍 束繫 桿 之 簡 易 方 法 ， 可供 工 程 實 務 使 用 。 12. 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 受 軸 向 力 之 實 驗 研 究 (吳 明 昌 ， 2012) 進 行 本土 性 填 充 混 凝 土 箱 型鋼 柱 之 實 體 試 驗，瞭解 填 充 混 凝 土箱 型 鋼 柱軸 向 受 力 行 為、破 壞模 式；並 規劃 3 系 列 不同 尺 寸 柱 試 體 軸 力 載 重 試驗 ， 其 中 柱 寬 750 mm 試 體 為 目 前 世 界上 最 大 之 填 充 混 凝 土箱 型 鋼 柱 試 體 ， 探 討 尺 寸 效 應 ， 驗 證 規 範 所 訂 標 稱 受 壓 強 度 之 有 效 性 ， 提 供 國內 工 程 界 運 用 與 相 關規 範 修 訂 之 参 考 。 實 驗 結果 顯 示 ： (1) 柱寬 300 mm 試 體 平 均 強 度比 為 111.2%， 柱 寬 500 mm 試 體 平 均 強 度 比為 103.7%， 皆 大於 100%， 規 範 建 議 之 標 稱 強 度計 算 方 式 合 宜 。 柱 寬 750 mm 試 體 平 均 強度 比 為 90.5%， 規範 使 用 之 標 稱 強 度 計 算 方 式 偏 不 保 守 。 (2) 針 對 國 內 特 殊 性 使 用 ， 由 四 片 鋼 板銲 接 組 合 而 成 之 填 充混 凝 土 箱 型 鋼 柱，本研 究 進 行 本 土 性 填充 混 凝 土箱 型 鋼 柱 之 實 體 試 驗，驗 證 規 範 所 訂 標 稱強 度 計 算 方 式，於 柱 寬 度 500mm 以下，尚 屬 合宜。(3) 由 不 同 尺 寸箱 型 柱 試 體 強 度 比 之分 佈 圖 可 看 出 ， 對 相 同 寬 厚 比 之 箱 型 柱 ， 當 柱 寬 度 越 大 ， 強 度 比 越 低 ， 強 度 比趨 勢 向 下 ， 尺 寸 效 應有 明 顯 影 響 。 13. 超 高 強 度 鋼 材 填 充 型 箱 型 柱 之 軸 向 行 為 (黃 少 暉 ， 2013) 該 研 究針 對 超 高 強 度 填 充 型箱 型 混 凝 土 柱 製 作 18 個 試 體 進 行實 驗 ， 鋼板 使 用 之 標 稱 強 度 為 5.6tf/cm2_{之 HT690 鋼 材 ， 混 凝 土 抗 壓強} 度 為 560 kgf/cm2_{及 700 kgf/cm}2 _{兩 種， 箱 型 柱斷 面 寬 度 介 於 255 至} 480mm 之 間，鋼 板 厚 度 為 8、10 及 15mm 等 三 種，長 寬 比 為 1.0、1.3、 1.9 等 三 種 ， 肢 材 寬 厚 比 則 介 於 24 至 48 共 5 種 ， 其 探 討 之 參 數 為 試

度 後，強 度 將 快 速 下 降，此現 象 為 內 部 混 凝 土 強度 急 遽 下 降 導 致，肢 材 寬 厚比 愈 大 ， 試 體 強 度 下降 幅 度 越 大 ； (2)當 5.6 tf/cm2_{級 之 箱 型鋼} 柱 搭配 560 kgf/cm2_{級 以 上之 混 凝 土 時，AISC 規 範 之 設計 公 式 會 出現} 高 估 強度 的 現 象；(3)斷 面 長寬 比 越 大 的 箱 型 鋼 柱，在 拱 效 應 的 作 用之 下，內部 圍 束 混 凝 土 的 行 為越 差，此 現 象 在 弱 軸承 受 彎 矩 時 將 會 更加 顯 著 。 14. 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 短 柱 耐 震 行 為 之 研 究 (陶 其 駿 ， 2013) 該 研 究共 製 作 4 個 系 列 合 計 10 組 的 大 尺 寸 矩 形 SRC 短 柱 試 體 ， 分 別 為 R、 IR 及 TR 等 3 個系 列 ， 再 加 上 1 組正 方 形 S 系 列 的 試 體 ， 以 做 為比 對 與 分 析 使 用 。 本研 究 規 劃 以 SRC 柱 斷 面 的 長 寬比 (H/B)為 探 討 參數，長 邊固 定 為 590 mm，短 邊 則 規 劃 不 同的 寬 度 尺 寸(包括 590、 400、 350 及 300 mm 等 4 種 )。 IR 系 列 為 無 握 裹 作 用 之 填 充 混 凝 土 箱 型 矩 形 試 體 ， TR 系 列 則 於 長 邊 開 槽 形 孔 ， 並 設 置 圍 束 繫 桿 ， 以 增 對 鋼 柱 內部 混 凝 土 的 圍 束 效 果。 實 驗 結果 顯 示 ： (1) 當 矩 形 SRC 柱 斷面 長 寬 比小 於 2.0 時 ， 實 驗 結 果 顯示 ： 國 內 現 行 「 SRC 構 造 設計 規 範 」 對 SRC 柱軸 向 強 度 之 計 算 公 式，仍 可 適 用 於「 矩 形 」填 充 混 凝 土 箱 型 柱試 體，因 此 當 矩形 SRC 柱 斷 面長 寬 比 小 於 2.0 時， 可 有 效 估 計柱 構 件 的軸 向 強 度 ， 並 且 由 規 範 公 式所 計 算 的 理 論 強 度，將偏 保 守。(2) 矩 形 SRC 柱斷 面 長 寬 比 介 於 1.0 至 2.0 之 時 ， S 系 列 試體 軸 向 強 度 之 發 展時 機 ， 較 矩 形 R 系 列 試 體 為早，並 且 S 系 列 試 體軸 向 強 度 之 發 揮，優 於 矩 形 R 系 列 試 體 ； 亦 即 當柱 斷 面 長 寬 比 愈 小 ，試 體 強 度 越 能 有 效 發揮 。 除 了 R1 試 體約 略 呈 現更 佳 的 軸 向 韌 性 外，柱 斷 面 長 寬 比 對 軸 向韌 性 的 影 響，並 不明

果 可 觀察，IR 系 列 試 體 內 部混 凝 土，提 供 柱 鋼 板良 好 的 側 向 支 撐，使 的 鋼 板在 發 生 局 部 挫 屈 後，仍 能 再 次 提升 鋼 板 的軸 向 強 度 。(4) TR 系 列 試 體軸 向 強 度 之 發 展 時 機，較 矩形 R 系 列 試 體為 晚，並 且 TR 系 列 試 體 軸向 強 度 與 韌 性 之 發 揮，明 顯 優於 矩 形 R 系 列 試 體；亦 即 圍 束 繫 桿 之 設置 ， 可 有 效 提 升 SRC 柱 試 體 強 度 與 韌 性， 並 且 對 圍 束 繫 桿設 計 之 建議 公 式 ， 可 有 效 應 用於 斷 面 長 寬 比 介 於 1.0 至 2.0 之 矩 形 SRC 柱 。 15. 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 柱 撓 曲 行 為 之 研 究 (黃 國 倫 ， 2013) 填 充 混凝 土 箱 型 柱 於 國 內 建築 構 造 發 展 之 使 用 率日 益 普 及，但文 獻 多 使用 方 形 斷 面 進 行 研 究，而 實 際 建 築 結 構 設計 時，則 以 矩 形 斷面 為 主，長 度 與 寬度 的 比 值 (簡 稱 長 寬 比)大 多 小於 1.5，可 是 仍 會 有 大於 1.5 的 情 況 出 現 。 矩 形 斷 面 之 圍 束 效 果 比 方 形 斷 面 差 ， 所 以 撓 曲 耐 震 性 能 亦可 能 會 較 差，該 研 究 基 於 箱 型 柱 鋼 板 之 標 稱 降 伏 強度 3.3 2 cm tf 、 280kgf cm2 標 稱 抗 壓強 度 混 凝 土、箱 型 柱 以 全 滲 透 銲 接製 作 以 及 低 軸 力 作 用(承 受 軸 力約 為 軸 向強 度 20%)之 條 件 下， 進 行 7 支 矩 形 填 充混 凝 土 箱型 柱 撓 曲 行 為 試 驗，發 現 繞 強 軸 彎 曲 時，實 際 彎 矩 強 度 可 比計 算 彎 矩強 度 多 至少 20%，而 繞 弱 軸彎 曲 時，實 際 彎矩 強 度 只 比 計 算 彎 矩 強 度多 約 10%，故 長 寬 比確 實 會 造 成 繞 弱 軸 彎曲 彎 矩 強 度 下 降；無 論 繞 強軸 或 繞 弱 軸 彎 曲，塑 性 轉 角容 量 皆 未 超過 3% rad，韌 性 明 顯 不 佳；適 當設 計 使 用 圍 束 繫 桿，可 將 彎 矩 強 度 提 高約 10%，且 將 塑 性 轉 角 容 量明 顯 提 升 18%， 使 其可 達 到 3% rad 之 表 現， 有 效 加 強 韌 性 。 綜 上 可知，國 內 規 範 須 趕 快做 出 長 寬 比 限 制 的 條文 增 訂，以 目 前 實驗 結 果 來看 ， 長 寬 比 應 至 少 小 於 1.5 或 更 低 ， 否 則必 須 有 加 強 韌 性 的措

16. 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 耐 震 能 力 提 升 研 究 (黃 國 倫 、 陶 其 駿 ， 2014) 填 充 混凝 土 箱 型 柱 於 國 內 建築 構 造 發 展 之 使 用 率日 益 普 及，但文 獻 多 使用 方 形 斷 面 進 行 研 究，而 實 際 建 築 結 構 設計 時，則 以 矩 形 斷面 為 主，長 度 與 寬度 的 比 值 (簡 稱 長 寬 比)大 多 小於 1.5，可 是 仍 會 有 大於 1.5 的 情 況 出 現 。 矩 形 斷 面 之 圍 束 效 果 比 方 形 斷 面 差 ， 所 以 撓 曲 耐 震 性 能 亦可 能 會 較 差，該 研 究 基 於 箱 型 柱 鋼 板 之 標 稱 降 伏 強度 3.3 2 cm tf 、 280kgf cm2 標 稱 抗 壓強 度 混 凝 土、箱 型 柱 以 全 滲 透 銲 接製 作 以 及 低 軸 力 作 用(承 受 軸 力約 為 軸 向強 度 20%)之 條 件 下， 進 行 7 支 矩 形 填 充混 凝 土 箱型 短 柱 軸 壓 試 驗 ， 及 10 支 矩 形 填 充 混 凝土 箱 型 柱 撓 曲 行 為試 驗 。 軸 壓 實驗 結 果 發 現：(1)矩 形 斷面 CFBC 長 寬比 2.0 以 下 之 試 體 軸 向 計 算強 度 屬 保 守 ， 但 長 寬比 為 2.5 時則 偏 不 保守 ； (2)長 寬 比 越 大 ， 內 部 混凝 土 圍 束 效 果 越 差，軸 力 達 最 大 軸 力 下 降後，所 呈 現 之 明 顯平 台 強 度會 隨 著 長 寬 比 增 加 而下 降；(3)若 CFBC 僅 承 受軸 力，建 議 可 考 慮 剪 力 釘 減 量 或 不 配 置 剪 力 釘 ， 但 若 有 考 量 混 凝 土 收 縮 等 其 他 因 素 ， 建 議 仍應 配 置 剪 力 釘；(4)使用 圍 束 繫 桿 可 明 顯 減緩 試 體 強 度 下 降 之趨 勢 ， 建 議 設 計 圍 束 繫 桿 間 距 不 大 於 平 均 柱 寬 度的 1/3， 圍 束 繫 桿 仍 採 用 黃 國 倫 2012 年 整 理 出 來 的 圍 束 繫 桿 設 計 方 法 ， 並 建 議 長 寬 比 2.0 以 上 之矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型柱，若 需 使 用 圍 束 繫桿，應 使 用 雙 排 配置 (甚 至 多 排 配 置 )， 始 能 達 到 提 升 強 度 及 軸 向 韌 性 之 良 好 效 果 。 低 軸 力作 用 下 撓 曲 行 為 試 驗發 現：(1)矩形 斷面 CFBC 無 論 繞 強 軸 彎 曲 及 繞 弱 軸 彎 曲 ， 其 計 算 彎 矩 強 度 都 比 實 際 彎 矩 強 度 保 守 ； (2) 長

鉸，則建 議 設 計 者 應 在 塑 鉸區 採 用 韌 性 強 化 措 施，例 如 依 照 本 研 究建 議 的 方 式 適 當 設 計 及 配 置 圍 束 繫 桿 ； (3) 長 寬 比 超 過 本 研 究 建 議 上 限 (1.39)的 矩 形 填 充 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 ， 若 經 判 斷 需 要 加 裝 圍 束 繫 桿 來 強 化 其 韌性 ， 則 圍 束 應 力 需 求 (σ_{ct ,req})為 42 kgf/cm2； (4) 使 用 本研 究 建 議 槽 孔方 式 搭 配 適 當 圍 束 繫桿，並 以 紙 黏 土 填 滿槽 孔 與 圍 束 繫 桿 之縫 隙 ， 可 獲 得 較 佳 之 塑 性 轉 角 容 量 ， 建 議 業 界 推 廣 使 用 ； (5) 建 議 長 寬 比 小於 2.0 時 ， 僅 需 單 排 配置 即 可 ， 但 若 長 寬 比大 於 或 等於 2.0 時 ， 以 雙 排配 置 圍 束 繫 桿 較 佳 。

第 三 節 研 究 方 法

本 研 究案 研 究 方 法 包 括 ：(1) 文 獻之 收 集 與 整 理 ； (2)柱 試 體 之 撓 曲 行為 實 驗；(3) 鋼 板 及混 凝 土 基 本 材 料 實 驗；(4) 規 範條 文 適 用 性 評 估； (5) 報 告 之 撰 寫 。 流 程 如 圖 1-9 所 示 ，本 研 究 預 定 之 進 度 表 如表 1-1 所 示 。 採 用 的 研究 方 法 及 進 度 說 明 敘述 如 後 。 一 、 文 獻 之 收 集 與 整 理 收 集、整 理 相關 文 獻，一 方 面 避 免 本 研 究 之 內 容與 現 有 成 果 重 複，另 一 方 面 所 收 集 之資 料 可 作 為 分 析 模 型建 立 及 規 範 檢 討 的 參考 或 補 充 資 料 。 二 、 柱 試 體 之 撓 曲 行 為 實 驗 由 於 柱桿 件 受 固 定 軸 力 及 變化 彎 矩 至 破 壞 階 段，牽 涉 到 材料 與 幾 何之 非 線 性 反 應，行 為 非 常複 雜，因 此 需 採用 結 構 實 驗 方 式

體 的 耐震 能 力。經 過 本 所第 2 次 研 究 業 務 協 調 會討 論 確 認，會 議 紀 錄 、簽 到 單 及 座 談 會 簡 報內 容 附 在 附 錄 一 。 三 、 試 驗 結 果 之 分 析 與 探 討 藉 由 試驗 結 果 之 分 析，探 討斷 面 長 寬 比 對 矩 形 填充 高 強 度 混 凝 土箱 型 鋼 柱 試 體 軸 力 行為 之 影 響 。 四 、 檢 討 現 行 規 範 限 制 C F B C 柱 混 凝 土 強 度 及 無 限 制 C F B C 柱 長 寬 比 之 合 理 性 目 前 國內 現 行 SRC 規 範 有建 議 混 凝 土 強 度 上 限，本 研 究 擬 藉 由 試驗 結 果 與 討 論，檢 討現 行 SRC 規 範 調 整 混凝 土 強 度 上 限 之 可 行 性。另 外，國 內 現行 SRC 規 範 尚 未 針對 CFBC 柱 斷 面 長 寬 比，做 任 何 限制，本 研 究擬 藉 由 試 驗 結 果 與 討論， 檢 討現 行 規 範 無限 制 CFBC 柱 長 寬 比之 合 理 性 五 、 報 告 之 撰 寫 本 研 究 包 含 兩 次 報 告 之 撰 寫，第 一次 為 期 中 報 告（ 期 中審 查 之 審查 意 見 回 應 表 將 附 在 附 錄 三 ）， 在 執 行 第 8 個 月時 說 明 本 案 之執 行 進 度 。 第 二 次 為期 末 報 告 ， 在 執 行第 11 個 月 時 完 成 本 案之 研 究 報 告 。

目 標 包括：（ 一 ）藉 由 不 同長 寬 比 之 矩 形 填 充 高強 度 混 凝 土 箱 型 鋼柱 柱 試 體撓 曲 行 為 試 驗，瞭 解 矩 形 填 充 高 強 度 混 凝土 箱 型 鋼 柱 撓 曲 韌性 行 為 受長 寬 比 之 影 響；（ 二）藉 由 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 試 體 撓 曲行 為 試 驗，觀 察 矩 形填 充 高 強 度 混 凝 土 箱型 鋼 柱 撓 曲 破 壞 模 式； （ 三 ）驗 證 長 寬 比 對 彎 矩 強 度 之 影 響，回 饋 檢 視現 有 相 關 實 驗 研 究成 果 之 可信 度 ， 提 供 國 內 工 程界 運 用 與 相 關 規 範 修訂 之 参 考 。

表 1-1 預 定 之 研 究 進 度 月 次 工 作 項 目 第 一 月 第 二 月 第 三 月 第 四 月 第 五 月 第 六 月 第 七 月 第 八 月 第 九 月 第 十 月 第 十 一 月 第 十 二 月 備 註 資 料 搜 集 及 整 理 試 體 設 計 與 發 包 試 體 製 作 與 養 護 柱 撓 曲 行 為 試 驗 材 料 機 械 性 質 試 驗 試 驗 數 據 整 理 分 析 相 關 規 範 條 文 檢 討 報 告 撰 寫 期 中 報 告 ※ 8/7 期 末 報 告 ※ 11/30 研 究 進 度 百 分 比 3 6 13 19 22 25 34 41 53 69 84 100 預 定 查 核 點 第 1 季 ： 無 第 2 季 ： 期 中 報 告 第 3 季 ： 期 末 報 告 說 明 ： １ 工 作 項 目 請 視 計 畫 性 質 及 需 要 自 行 訂 定 ， 預 定 研 究 進 度 以 粗 線 表 示 其 起 訖 日 期 。 ２ 預 定 研 究 進 度 百 分 比 一 欄，係 為 配 合 追 蹤 考 核 作 業 所 設 計。請 以 每 一 小 格 粗 組 線 為 一 分，統 計 求 得 本 計 畫 之 總 分，再 將 各 月 份 工 作 項 目 之 累 積 得 分 (與 之 前 各 月 加 總 )除 以 總 分 ， 即 為 各 月 份 之 預 定 進 度 。 ３ 科 技 計 畫 請 註 明 查 核 點 ， 作 為 每 一 季 所 預 定 完 成 工 作 項 目 之 查 核 依 據 。 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

(a) 無 縫 鋼 管 CFT (b) 兩 個 槽 鋼 銲 接 而 成 之 CFT 圖 1-1 CFT （ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013）

Concrete

Steel box

Backing

bar

b

t

圖 1-2 填 充 型 箱 型 柱 （ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013） 圖 1-3 矩 形 CFBC 圍 束 （ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013）

圖 1-4 方 形 CFBC 圍 束 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2012） 圖 1-5 圍 束 效 果 比 較 （ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013） 圖 1-6 繞 弱 軸 彎 曲 之 混 凝 土圍 束 效 果 比 較 （ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2013） 70 70 6060 50 50 4 2 .5 4₂ .5 30 30 20 20

拱效應曲線所

圍區域的範圍

受拉側

受拉側

無圍束

無圍束

有圍束

有圍束

M

M

70 70 6060 50 50 4 2 .5 4 2 .5 30 30 20 20

受拉側

受拉側

_M

_M

無圍束

有圍束

有圍束

圖 1-7 填 充 型 箱 型 柱 軸 力 與塑 性 轉 角 之 關 係 圖 （ 資 料 來 源 ： 陶 其 駿 及 蔡 煒 銘 ， 2010， 陳 正 誠 及 黃 國 倫 ， 2011） 27.2 30.7 0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 P/Pa0 (%) θp ( % r ad ) b/t=32 b/t=40 b/t=48

資料蒐集及整理 試體之設計與製作 撓曲行為試驗 及 材料機械性質試驗 實驗數據之整理與分析 相關規範條文之檢討 報告撰寫 圖 1-9 研 究 流 程 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

第二章 試驗計畫

本 研 究著 眼 於 矩 形 填 充 高 強度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱，在 低 軸 力 作 用下 不 同 斷 面 長 寬 比 之 撓 曲 行 為 試 驗 研 究 ， 故 本 章 將 扼 要 說 明 試 體 設 計 、 量 測 儀器 之 配 置 及 試 驗 相 關載 重 歷 程 。

第 一 節 試 體 設 計 及 試 驗 裝 置

本 案 共規 劃 9 個 梁 柱 試 體， 試 體設 計 列 表 如表 2-1 所示 ， 為避 免 因 材 料變 異 性 造 成 試 體 強 度太 高，且 有 利 於 與 去年 研 究 成 果 進 行 比 較 ， 箱 型 柱鋼 板 採 用 厚 14 mm、SN490B 鋼 材 (標 稱 降 伏強 度 為 3.3 tf/cm2 )， 其 餘 鋼板 採 用 ASTM A572 Gr.50 鋼 材(標 稱 降 伏強 度 為 3.5 tf/cm2 )，混 凝 土 標稱 抗 壓 強 度 部 分 ， 除其 中 1 支 試 體 為 280 kgf/cm2_{外 ， 其 餘試} 體 均為 700 kgf/cm2。所 有 試體 柱 板 長 邊 寬 度 皆為 59 cm，長 邊 寬 厚 比 （b_h t） 固 定 為 40， 其 中b 及_h t分 別 為 長 邊 柱 寬 度 及 柱 板 厚 度 ， 如 圖 2-1 所 示 ， 所 有 柱 板 寬 厚 比 皆 符 合 規 範 規 定 ， 不 大 於 填 充 型 鋼 管 混凝 土 柱 耐震 設 計 鋼 骨 斷 面 肢 材寬 厚 比 之 上 限_pd，_pd計 算公 式 如 下 式 ： 3 _s pd ys E F   (1) 梁 柱 試體 共 9 支，試 體 設 計列 表 如表 2-1 所 示，除了 FL1.35X 試 體 外 ，其 餘 試 體 係 針 對 斷 面長 寬 比 為 1.2、1.5 及 2.0 的 矩 形 填 充 高強 度 混 凝土 箱 型 鋼 柱 撓 曲 行 為試 驗 試 體 （ 試 驗 裝 置如 圖 2-2 及 圖 2-3 所 示 ），在 固 定 軸 力 P 作 用 下進 行 撓 曲 反 覆 載 重 試驗，固 定 軸 力 P 依 照

土 斷 面 積 ， f_c為 混 凝 土 抗 壓 強 度 。 軸 力 P與 軸 向 標 稱 強 度 P 之 比 例_n0 如表 2-1 所示 ， 所 有 試 體 之 P P_n0 約為 20%。 架 設 試體 時 以 夾 具 及 螺 桿將 H 型 鋼 梁、底 板 及 強力 地 板 夾 緊，每 支 螺 桿施 加 60 噸 預 力 ， 接著 使 用 鋼 板 將 底 板 兩側 角 鋼 與 試 體 間 的縫 隙 塞 滿，再 以 螺 桿 將 試 體 上方 與 200 噸 油 壓 致 動器 連 接 鎖 緊 並 施 加預 力 每 支螺 桿 29 噸 預 力 ； 試驗 時 ， 先 以 上 方 的 600 噸 油 壓致 動 器 施 加 20%軸 向 強 度 之 固 定 軸 力 P， 再 以 水 平 的 200 噸 油 壓致 動 器 施 加 側 向 力 進 行反 覆 載 重 撓 曲 行 為 試驗 。 試 體 可分 成 FH、TH 及 FL 等 3 個 系 列 ， 皆 為 撓曲 行 為 試 驗 之 試 體，所 有 梁 柱 試 體名 稱 上 面的 數 字 代 表 斷 面 長 寬比 (例如 FH1.2X 試 體 之 長 寬比 為 1.2)，試 體 編 號尾 部 有 加 上「 X」或「 Y」，分 別 代 表繞 x 軸 (強 軸 )或繞 y 軸 (弱 軸 )， x 軸及 y 軸 示意 如圖 2-4 所示 。 FH 系 列 試 體 為 矩 形 填 充 高 強 度 混 凝 土 箱 型 鋼 柱 之 試 體 ， 斷 面 如 圖 2-4 所 示 ，試 體 下 方 有接 H 型 鋼 梁 及 橫 隔 板 ，與 實 際 情 形 較 相 近 ， FH 系 列 共 有 6 支 試 體，其 試 體 尺 寸 如 表 2-1 及 圖 2-5 至 圖 2-10 所 示 。 此 系 列試 體 可 探 討 固 定 軸 壓下，矩 形 CFBC 試 體之 撓 曲 強 度 及 撓 曲延 展 性 。 TH 系 列 試 體 共 2 支 試 體，與 FH 系 列 試 體 相 似，但 其 在 梁 柱 接 頭 上 方 至 少 0.5 倍 平 均 柱 寬 範圍 內 ， 使 用 了 圍 束 繫桿 ， 斷 面 及 試 體 尺寸 如圖 2-11 至 圖 2-12 所 示 ，以 探 討 在 長 寬 比 為 2.0 時， 圍 束 繫 桿 對 提 升 矩 形斷 面 CFBC 撓 曲 強 度及 撓 曲 延 展 性 的 效 果。圍 束 繫 桿的 設 計 係 依 照 黃國 倫 2012 年 研 討 會論 文 所 建 議 的 設 計 方法 ， 並 依 照 黃 國 倫及 陶 其駿 2014 年 研 究 建 議 採用 平 俊 助 寬 度 來 進 行設 計 所 得 結 果 。 FL 系 列 試 體 與 FH 系 列 試 體 之 不 同，主 要 在 於 填 充 混 凝 土 標 稱 強

第 二 節 測 計 配 置 與 載 重 歷 程

1. 測 計 配 置 梁 柱 試體 量 測 儀 器 配 置 如 圖 2-14 所 示 ， 共 安 排三 個 角 度 計 及六 個 位 移計，其 中 一 個 角 度 計置 於 試 體 上 方 垂 直 致動 器 底 座 處 以 量 測試 體 上 端之 角 度，一 個 角 度 計置 於 致 動 器 上 面 以 量測 致 動 器 之 角 度，最 後 一 個角 度 計 置 於 鉸 接 頭 上；水 平 位 移 計 置 於 上橫 隔 板 高 程 處（ 致動 器 之 高程 ）及 鋼 梁 上 翼 板 處，如 此 可 以 量 得 柱 試體 之 變 形 曲 線，另外 並 架設 4 支 垂 直 位移 計 ， 以量 測 軸 向 變 形 並 可 換算 不 同 高 程 之 轉 角 ， 且 確 保不 會 變 形 過 大 造 成 危 險 。 2. 載 重 歷 程 梁 柱 試體 使 用 之 反 覆 載 重 位移 歷 時 係 採 用 AISC2010 之 規 範 所建 議 之 位移 歷 時，致 動 器 所 提供 之 側 向 位 移 由 層 間位 移 角 乘 以 試 體 鋼梁 上 緣 至致 動 器 中 心 線 之 高 度求 得 ， 如 圖 2-15 所 示 。

表 2-1 梁 柱 實 驗 試 體 規 劃 試 體 H B H/B P φtr σct 螺 桿 Mcod e V 備 註 編 號 (cm) (cm) (tf) (mm)(kgf/cm2) 材 質 (tf-m) (tf) FH1.2X 59 49 1.20 503 - - - 294 148 FH1.2Y 59 49 1.20 503 - - - 254 128 FH1.5X 59 40 1.48 427 - - - 252 127 FH1.5Y 59 40 1.48 427 - - - 186 94 FH2.0X 59 30 1.97 341 - - - 206 104 FH2.0Y 59 30 1.97 341 - - - 122 61 TH2.0X 59 30 1.97 341 16 38 A490 206 104 標 準 孔 TH2.0Y 59 30 1.97 341 16 38 A490 122 61 標 準 孔 FL1.35X 59 44 1.34 350 - - - 245 124 c f=420 kgf/cm2 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ）

圖 2-1 試 體 斷 面 示 意 圖 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 等 人 ， 2008） H tb=th=t(厚 度 相 同 ) bh/t=40 bh bb B

圖 2-2 含 軸 力 之 撓 曲 行 為 試驗 裝 置 示 意 圖 （ 資 料 來 源 ： 陳 正 誠 及 黃 國 倫 ， 2011）

圖 2-4 FH 系 列 及 FL 系 列 試 體 斷 面 示 意 圖 （ 資 料 來 源 ： 黃 國 倫 ， 2012） 圖 2-5 FH1.2X 試 體 設 計 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 前視透視圖 上視透視圖 右視透視圖 左視透視圖 3D透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 小心！勿做錯！ 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2) H tb=th=t(厚 度 相 同 ) bh/t=40 bh bb B y x

圖 2-6 FH1.2Y 試 體 設 計 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 前視透視圖 上視透視圖 右視透視圖 左視透視圖 3D透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2) 上視透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 小心！勿做錯！ 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣

圖 2-8 FH1.5Y 試 體 設 計 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 前視透視圖 上視透視圖 右視透視圖 左視透視圖 3D透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2) 上視透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 小心！勿做錯！ 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2)

圖 2-10 FH2.0Y 試 體 設 計 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 前視透視圖 上視透視圖 右視透視圖 左視透視圖 3D透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2) 上視透視圖 E70 (Typ) E70 (Typ) 開孔細部圖A 需於交會區中心開孔 DIA 18 18

圖 2-12 TH2.0Y 試 體 設 計 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 前視透視圖 上視透視圖 右視透視圖 左視透視圖 3D透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 開孔細部圖A 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2) 小心！勿做錯！ DIA 18 18 上視透視圖 E70 CO2 (Typ) E70 (Typ) E70 (Typ) 小心！勿做錯！ 需於交會區中心開孔 並加銲｢壓力灌漿入料閥｣ (如圖2-2)

圖 2-14 量 測 儀 器 配 置 示 意 圖 （ 資 料 來 源 ： 本 研 究 製 作 ） 單軸應變計：有連接鋼梁的2面，在鋼梁 翼板上表面向上，在1/3及2/3倍平均柱寬 度處，於接H梁表面角落貼上垂直單軸應 變計。1支試體有8片，9支試體共計72片， 再加上2支試體有1支螺桿在中央各貼2片， 故共計76片。 WS1 WS2 ES1 ES2 垂直向應變計 集線處 EN WN ES WS 長六角螺帽(與 鋼板貼合面需 以填角銲銲接) 角度計 位移計 平均柱寬度 平均柱寬度 平均柱寬度 Loading History (2) 7 (2) 6 (2) 5 (2) 4 (2) 3 (2) 2 (2) 1.5 (4) 1 (6) 0.375 (6) 0.5 (6) 0.75 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 L at er al dr if t r at io ( % )