建築鋼結構規章

 

第一章

總則

 

第一條

標的及適用範圍

 

一、本規章制定了建築鋼結構設計與施工的一般規則，該等規定均以屋宇結構及橋樑結構之安全及荷載規章(RSA) 中所列之一般安全標準為根據而制定。

　

二、本規章內容不包括如橋樑、塔、煙囪等鋼結構之設計方法，如有需要本規章必須連同ENV1993-1-1 (歐洲法典三) 的相關部份一起使用。

　

三、本規章僅考慮熱軋型鋼的設計，對冷彎型鋼的設計應按ENV1993-1-3執行。

　

第二條

符號及單位

一、本規章所採用之符號詳列於附件一中。

　

二、不同種類之物理單位應按國際標準單位(S.I.)引用，以下為一些建議之單位：

　

質量.................................... kg

集中荷載及均佈荷載......... kN, kN/m, kN/m²

容重.................................... kN/m³

應力.................................... N/mm², MPa, GPa

彎矩.................................... kNm

　

第三條

引用標準

 

一、按本規章進行鋼結構設計，應按有關產品標準及施工標準進行。該類標準詳列於附件二中。

　

二、在附件二中所列之引用標準，應以最新版本為準。

　

第二章

一般安全準則

 

第四條

一般規定

 

一、鋼結構的安全性必須按照RSA的一般規定，以及本規章訂定的詳細標準確定。

　

二、建築結構在設計及施工上必須滿足下列各項功能要求：

(一) 結構必須有可接受的概率，使其在預定的設計基準期及成本內能保持設計上所要求的適用性；

　

(二) 結構必須有適當的可靠度，使其能承受在施工和使用時可能出現的各種作用及影響，同時在正常維修費用下具有足夠的耐久性能。

 

第五條

作用

 

一、確定鋼結構安全性所考慮的作用已列明於RSA中，本條只加以適當之補充。

　

二、在計算溫度變化所產生之影響，鋼材的線膨脹係數應取a = 12 x 10^-6/^oC。其他計算中所需的鋼材性能可按第十八條『型鋼及鋼板』中所列之值取用。

　

三、按本規章設計之鋼結構，對各方向的分析，必須具有足夠之延展性以允許將RSA第二十三條所述之地震係數降低至0.24 a_E。

 

第六條

承載能力極限狀態

 

承載能力極限狀態，一般應考慮下列情況：

　

(一) 強度之承載能力極限狀態，相當於結構構件的截面或其連接部份開始破壞或產生過度變形(不包含疲勞破壞)；(見第二十五條)；

　

(二) 結構轉變為機動體系之承載能力極限狀態，相當於某些截面開始產生塑性變形，形成塑性絞導致整體結構或結構的一部份轉變為機動體系(見第二十六條)；

　

(三) 挫曲之承載能力極限狀態，相當於結構或結構構件喪失穩定性(見第二十七條)；

　

(四) 失穩之承載能力極限狀態，相當於結構作為剛體考慮時整體之傾覆或產生位移(見第二十八條)；

　

(五) 疲勞破壞之承載能力極限狀態，相當於結構承受動力荷載重複作用(見第二十九條)。

　

第七條

正常使用極限狀態

 

一、正常使用極限狀態，一般應考慮下列情況(見第二十二條)：

　

(一) 結構中出現變形或撓度，因而嚴重影響其外觀或有效使用(包括機器或使用上的正常運作)；

　

(二) 因振動、擺動、或側移導致結構使用者的不舒適或非結構構件飾面之破壞；

　

(三) 因變形、撓度、振動、擺動或側移導致裝飾材料或非結構構件的破壞。

二、為了避免超出以上之使用極限，必須對結構的變形、撓度及振動加以規限。有關建築物之容許撓度已列於第二十三條『容許限值』中。

 

第八條

耐久性

 

一、為保證結構具有足夠的耐久性，應考慮下列相關因素：

　

(一) 結構的使用；

　

(二) 要求性能的標準；

　

(三) 預期的環境條件；

　

(四) 材料的成份、性質及性能；

　

(五) 構件的形狀及結構細部設計；

　

(六) 工藝質量及質控水平；

　

(七) 特別的保護措施；

　

(八) 在預定設計基準期內可能需要的修護。

　

二、在設計階段應評估內在及外在環境條件對耐久性的影響，從而提供足夠的材料保護。

　

第九條

防火規定

 

有關防火規定，請參閱附件三『鋼結構防火之安全性確定』。

　

第三章

結構分析

 

第十條

一般規定

 

一、靜定結構的內力應採用靜態分析方法計算。

　

二、超靜定結構的內力一般可採用下列方法計算：

　

(一) 彈性理論分析 － 可在任何情況下使用（見第十一條）；

　

(二) 塑性理論分析 － 僅在構材截面及材料符合ENV1993-1-1第5.2條的要求下方可使用。採用塑性設計之鋼結構應按ENV1993-1-1所述之方法進行。

　

三、結構內力一般可按下列方法計算：

　

(一) 一階理論分析 － 使用結構原始幾何形狀計算。適用於側撐式或非擺動式框架分析（框架之分類見第十五條及第十六條）；

　

(二) 二階理論分析 － 考慮結構變形產生之內力，它可使用於任何框架包括擺動式框架（採用二階分析方法進行結構計算時，可參照相關參考資料進行）。

 

第十一條

彈性理論分析

 

一、彈性分析應假設材料的應力應變行為在任何應力水平下應為線性關係。這個假設適用於一階及二階彈性分析。

　

二、只要符合下列條件，使用一階彈性理論計算之彎矩，在任何構件上均可重分配不超過最大彎矩之15% ：

　

(一) 框架內力與外力必須保持平衡；

　

(二) 所有折減彎矩（彎矩重分佈）的構件必須為一級或二級截面（截面之分類見第三十一條）。

　

三、連接計算的假設必須符合第十二條的要求。

　

第十二條

設計假定

 

一、在結構分析中所作之假設必須與連接點預期之性能相容。

　

二、框架之假設可分為三類：

　

(一) 簡支框架－構件間之連接節點不傳遞彎矩，以及在結構分析中可假設構件以鉸接方式連接；

　

(二) 剛性框架－在彈性分析中，連接處應保持其原來的完全連續性，以及節點應符合以下有關剛性節點之要求；

　

(三) 半剛性框架－在彈性分析中，以連接節點實際之彎矩-曲率或受力-變形特性之計算。

　

三、連接節點可按下列分類：

　

(一) 鉸接連接節點－在設計上，此類節點不允許傳遞可能對結構構件產生嚴重影響之彎矩；

　

(二) 剛性連接節點－在設計上，此類節點之變形不會對結構內力分佈或整體變形產生顯著影響；

　

(三) 半剛性連接節點－不能符合有關剛性或鉸接要求之連接節點。

 

第十三條

結構系統

 

一、框架系統

　

(一) 所有框架必須考慮下列有關框架之缺陷；

　

(二) 在框架分析中，缺陷所產生之效應應按表一所述之等效幾何缺陷方法f或等效力方法計算；

　

(三) 如符合第十六條之要求，框架可分類為側撐框架；

　

(四) 在框架分析中，每一層之擺動變形必須按第十五條有關擺動框架之分類進行驗證。如被分類為擺動框架，二階效應必須在計算中考慮。

　

二、子框架系統

　

只要符合下列條件，結構可在計算中再細分為多個子框架：

　

(一) 子框架間之結構相互作用必須確實地得到模擬；

　

(二) 子框架之佈置必須適用於所使用之結構系統；

　

(三) 須考慮子框架間相互作用可能產生的嚴重影響。

 

　

第十四條

框架穩定性

 

一、所有結構必須有足夠剛度以抵抗側向擺動，可經由：

　

(一) 支撐系統提供擺動剛度，例如：三角框架或剪力牆；

　

(二) 框架本身提供擺動剛度，例如：框架柱或節點剛度。

　

二、所有框架必須有足夠能力抵抗在擺動模式下之側向倒塌。若框架被證明為非擺動框架，則不須進行擺動之驗證。

　

三、所有框架，包括擺動框架，必須驗證在非擺動模式下具有足夠抵抗破壞之能力。

　

四、當使用彈性分析計算，擺動模式之二階效應必須考慮，分析時可直接使用二階分析方法或間接地使用下列其中一種方法：

　

(一) 使用放大彎矩之一階彈性分析方法；

　

(二) 使用擺動挫曲長度之一階彈性分析方法。

　

五、在放大彎矩方法中，由一階彈性分析方法求得之彎矩應乘上下列比值予以放大：

　

　

式中d, h, V 及H 應採用表二之定義。當使用放大彎矩方法時，構件設計應使用非擺動模式下之挫曲長度。

 

第十五條

擺動與非擺動框架

 

一、若框架具有足夠剛度以抵抗水平力，並具有足夠精確性以忽略由水平位移產生之附加內力，框架可被分類為非擺動框架。

　

二、若能符合表二之準則，於受力情況下，由各層梁柱相接而成之梁柱式框架結構可被分類為非擺動框架。

 

　

第十六條

側撐與非側撐框架

 

一、若框架由一支撐系統抵抗水平力，在考慮抗擺能力時具有足夠精確性以假設所有水平力由該支撐系統抵抗，則框架可被分類為側撐框架。

　

二、若支撐系統可將框架之水平位移折減至少80% (見表三)，鋼結構框架可被分類為側撐框架。

 

　

第四章

材料

　

第十七條

鋼材的一般特性

 

一、本章中所列之鋼材特性標稱值，為設計時所要求之材料特徵值。

　

二、不同鋼種之特性必須根據其力學性能（可從抗拉試驗，沖擊試驗及彎曲試驗求得）及化學成份而確定。

 

第十八條

型鋼及鋼板

 

一、鋼材標準

　

(一) 使用作結構構件之型鋼及鋼板特性必須符合下列標準：

　

EN10025 – 熱軋碳素結構鋼

EN10113 – 熱軋合金結構鋼

(二) 本條中表四、表五及表六所列之鋼材適用於碳素鋼之設計，對高強度鋼材之設計請參閱EN10113。

　

二、標稱強度

　

(一) 本規章中，不同鋼種之屈服強度f_y 和抗拉強度 f_u 之標稱值將列於表四中。鋼號是根據鋼材之屈服強度而作分類；

　

(二) 表四中所引用之標稱值適用於標準值之計算；

　

(三) 按鋼材不同厚度可細分其強度，EN10025標準中對各種厚度之鋼材均有強度定義以作使用；

　

(四) 表中標稱強度也適用於熱軋空心鋼管。

 

三、鋼材品質

　

表四中鋼材除以鋼號分等外，還以JR、JO、J2及K2等標記鋼材之品質，此品質可反映出鋼材之可焊性及要求之沖擊吸收功。鋼材品質級別之表達是由JR級向K2級提升。有關鋼號與品質級別之更詳細說明可參閱EN10025標準。

　

四、外形尺寸，質量及偏差

　

各類熱軋型鋼、鋼板及鋼管之斷面尺寸、質量及其相應之偏差要求，必須符合下列標準：EN10024、EN10029、EN10034、EN10055、EN10056、EN10210-2。

　

五、材料物理性能參考值

　

鋼結構計算所採用之材料參數，本規章中應取下列數值：

　

彈性模量................... E = 210x10³ N/mm²

剪變模量................... G = E/2(1+ν) N/mm²

泊松比....................... ν= 0.3

線膨脹係數................ α= 12 x 10^{-6 o}C^-1

密度........................... ρ= 7850 kg/m³

　

六、力學性能及化學成份

　

鋼材之力學性能及化學成份應符合表四與表五之要求。表五中所提供之數值是根據熔煉分析確定。有關成品分析之資料可參閱EN10025標準。最大碳當量之定義可參閱第二十一條。

 

七、本規章以外之鋼材

　

使用與以上鋼材標準不同之鋼材時，應提供適當之資料以驗證相關設計及生產之適當性，諸如鋼材之力學性能及化學性能。其試驗方法應符合下列標準之要求：

　

EN10002-1994 – 金屬拉伸試驗方法；

EN10045-1990 – 金屬夏比沖擊試驗方法；

EN10036 – 鋼鐵化學分析方法。

　

表六提供現行標準與其他常用鋼材標準在不同鋼號間之對照。必須注意表中有關中國國家標準 GB700-88之鋼材，僅適用於強度方面之比較。當對其他特性進行比較時，必須按本規章要求小心驗證。

 

第十九條

螺栓、螺帽及墊圈

 

一、用於鋼結構連接之螺栓、螺帽及墊圈應符合下列相關標準之要求：

　

(一) 普通螺栓

　

螺栓 –　 ISO 4014, 4016, 4017, 4018, ISO 7411, 7412

螺帽 –　 ISO 4032~4034, ISO 7413, 7414, 4775

墊圈 –　 ISO 7089~7091, ISO 7415, 7416

　

(二) 摩擦型高強螺栓

　

螺栓 –　 ISO 7411

螺帽 –　 ISO 4775

墊圈 –　 ISO 7415, 7416

　

二、表七中列出各級螺栓之屈服強度f_yb 及抗拉強度f_ub 標稱值。螺栓之其他力學性能可參閱ISO 898標準。

 

三、除經試驗確認其適用性，否則低於4.6級或高於10.9級之螺栓不允許使用。

第二十條

焊接焊條

 

一、焊接用焊條應符合BS639或AWSD1.1.2標準之要求。

　

二、焊接用之填充材料、其屈服強度、抗拉強度、破壞時之伸長率、以及夏比沖擊試驗之最少沖擊功應等於或大於母材之相應值。

　

三、使用與上述規格不同之焊條，必須進行驗證試驗（如抗拉試驗及抗彎試驗）以確定符合設計要求。而有關試驗程序及要求，應符合上述之有關標準。

 

第二十一條

可焊性

 

一、凡符合第十七條之鋼材均屬可焊之結構鋼。但對於鋼材在不同之焊接條件下確實無單一之準則規範其可焊性，因為鋼材在焊接期間與焊接後之材料行為不僅取決於材料本身，而且還與構材之外形尺寸、製作情況及使用狀況有關。

　

二、品質編號屬JR、JO、J2、K2之鋼材，一般均適合作焊接用途。從JR到K2之變化代表可焊性等級之提升。選用時必須保證能具有足夠之可焊性以滿足焊接要求。

　

三、可焊性之量度可採用碳當量 (CEV) 作評估，此值主要根據熔煉分析之結果，並定義為：

　

　

較低CEV值代表較佳之可焊性，表五中詳列各級鋼材最大碳當量CEV之要求。

　

四、另一影響可焊性之因素是量度鋼材韌性時，夏比沖擊吸收功之數值。表四中詳列在特定溫度下沖擊吸收功之要求。

 

第五章

正常使用極限狀態之安全性確定

 

第二十二條

一般規定

 

一、正常使用極限狀態之安全性確定應根據荷載安全規章（RSA）考慮極短期、短期及長期之極限狀態。這些極限狀態可相應地採用稀有組合、頻繁組合及準永久組合而確定。

　

二、根據荷載安全規章（RSA），荷載分項安全係數g_f (永久作用及可變作用）和材料性能分項安全係數g_M在正常使用極限狀態下應取值為1.0。

 

第二十三條

容許限值

 

一、撓度

　

(一) 表八及表九分別列出屋宇結構之垂直撓度及水平位移之容許限值；

　

(二) 正常使用極限狀態之撓度計算，應考慮二階效應及塑性變形之轉動剛度。

　

二、樓面振動

　

結構上之振蕩及振動應受到限制，必須避免公眾步行時感到明顯的不舒適。若震動頻率及變形不超出表十中各種舒適度之限值，則可視為符合要求。

　

三、積水

　

為了確保雨水能從平屋頂或接近平之屋頂得到正確之排放，必須對屋面坡度少於5%之所有屋頂進行設計檢核，以保證無積水現象出現。檢核中必須對可能出現之施工誤差、基礎沉降、構材和屋頂材料之撓曲、及預拱等因素作考慮。此類積水問題之考慮亦適用於停車場之樓面及各種外露結構。

　

對坡度少於3%之屋頂必須進行額外之驗算，用以檢查不會出現因積水而導致倒塌之情況。