第六章

承載能力極限狀態之安全性確定

 

第一節

承載能力極限狀態

 

第二十四條

一般規定

 

一、鋼結構及其組件的佈置必須滿足第二章中有關承載能力極限狀態的基本設計要求。

　

二、分項安全係數g_M 的選取應採用下列數值(截面的分類見第三十一條)：

　

§    第一、二、三級截面的抗力...... g_M0 = 1.1

§    第四級截面的抗力..................... g_M1 = 1.1

§    構件的挫曲承載力..................... g_M1 = 1.1

§    螺栓孔上淨截面的抗力.............. g_M2 = 1.25

§    連接物的承載力......................... 見第七章

　

三、框架應驗算：

　

§    截面的抗力(見第二節)

§    構件的挫曲承載力 (見第三節)

§    連接部份的承載力 (見第七章)

§    框架的穩定性 (見第十四條)

§    靜態平衡 (見第二十八條)

　

四、構件及截面的抗力應按表十一進行驗算。

　

第二十五條

承載能力極限狀態之抗力驗算

 

一、抗力的驗算應符合下列要求：

　

S_d£ R_d

　

式中：　　　S_d = 外力設計值

　　　　　　R_d = 抗力設計值

　

二、在計算外力設計值S_d時，應按第三章『結構分析』所定的準則確定，並考慮在RSA中定義的組合作用及分項系數g_f，但不包括失穩或疲勞破壞之極限狀態。

　

三、在計算抗力設計值R_d時，應按本章所建立的理論進行，其計算方法相對於作用在截面上不同的力或彎矩，並應按第四章所定義的材料力學性能設計。

 

第二十六條

承載能力極限狀態下結構轉變為機動體系的驗算

 

一、結構轉變為機動體系的驗算，在考慮其相關的結構性能設計值後，應驗證作用在設計範圍內不會令結構轉變為機動體系。

　

二、結構轉變為機動體系的塑性理論分析應按ENV1993-1-1所建立的理論執行。

 

第二十七條

承載能力極限狀態之挫曲驗算

 

一、由二階效應所引起的挫曲承載能力驗算，在考慮其相關的結構性能設計值後，應驗證作用在設計範圍內不會出現失穩。除此之外，截面亦應保證：

　

S_d£ R_d

　

二、不同構件的挫曲承載力應根據本章第三節進行設計。

　

第二十八條

承載能力極限狀態之結構失穩驗算

 

結構整體失去平衡或產生位移的驗算應符合：

　

E_{d. dat}　 £　 E_{d. stb}

　

式中：　 E_{d. dat} = 失穩作用效應

　　　　 E_{d. stb} = 穩定作用效應

 

第二十九條

承載能力極限狀態之疲勞破壞驗算

 

一、承載能力極限狀態之疲勞破壞驗算應保證疲勞破壞指數D_d不超過1，詳細的驗算程序應按ENV1993-1-1第九章執行。

　

二、除下列情況外，建築物一般不要求驗算疲勞破壞：

§    支撐升降機器或承受滾動荷載的構件；

§    支撐振動機器的構件；

§    受風荷載導致振動的構件；

§    受擠擁人群導致振動的構件。

　

第二節

截面抗力

　

第三十條

一般規定

 

一、截面的一般特性定義如下：

　

(一) 毛截面面積 (A) – 使用規定尺寸計算之面積。計算時螺栓孔等面積並不扣除，但較大之開孔面積則需考慮；

　

(二) 淨截面面積 (A_net) – 構件毛截面扣除所有開孔及開口的面積；

　

(三) 一般熱軋型鋼的尺寸可依圖一使用。

　

二、截面的有效特性

　

(一) 第四級對稱截面的有效特性應按表十二中受壓部份的有效寬度(b_eff = r x b) 計算。非對稱截面可參考ENV1993-1-1第5.3.5條的要求；

　

(二) 寬度折減係數r可按下式計算：

　

　　　　 當　

　

　　 當　

　

式中　可按表十二求得。

　

　

圖一　 熱軋型鋼的截面尺寸

  

 

第三十一條

截面分類

 

一、截面共分四級，定義如下：

　

(一) 第一級截面，此截面有足夠轉動之能力，且可形成塑性鉸，以符合塑性設計的要求；

　

(二) 第二級截面，此截面能發展出塑性彎矩，但只具有限的轉動能力；

　

(三) 第三級截面，此截面之鋼材，在受壓下其外緣壓應力能到達屈服強度，但局部挫曲之出現可導致截面不能發展塑性彎矩；

　

(四) 第四級截面，此截面在計算受壓或受彎承載力時，必需考慮局部挫曲效應。

　

二、第四級截面可使用有效截面寬度的方法計算因局部挫曲效應而減少的承載力，可參看第三十條。

　

三、截面應按受壓部份的分佈進行分類。

　

四、受壓部份包括截面每一個(在荷載組合下受軸力或彎矩)完全或部份受壓的地方。

　

五、截面各受壓部份(例如腹板或翼板)一般有不同的級別。

　

六、截面評級一般採用各受壓部份中之最高(最不利)級別。

　

七、截面的分類亦可針對腹板及翼板再進行分類。

　

八、第一、二、三級截面受壓部份的限制應按表十三至表十五採用，其中若不符合第三級截面的要求，應定為第四級。

　

九、其他沒有在表中出現的截面應按ENV1993-1-1表5.3.1執行。

　

　

第三十二條

受拉截面

 

受拉構件各截面上的軸力設計值N_Sd應滿足下列條件：

　

N_Sd£ N_{t. Rd}

　

式中N_{t. Rd}為抗拉承載力設計值，應取以下較小的情形：

　

(一) 毛截面的塑性抗拉承載力設計值；

　

N_pl.Rd = A f_y / g_MO

　

(二) 螺栓孔上淨截面之抗拉承載力設計值；

　

N_u.Rd = 0.9 A_net f_u / g_M2

 

第三十三條

受壓截面

 

一、受壓構件各截面上的軸力設計值N_Sd應滿足下列條件：

　

N_Sd £ N_c.Rd

　

式中 N_c.Rd 為受壓承載力設計值，應按下列公式計算：

　

(一) 毛截面的塑性抗壓承載力設計值（適用於第一、二、三級截面)

　

N_pl.Rd = A f_y / g_M0

　

(二) 毛截面在局部挫曲下的抗壓承載力設計值（適用於第四級截面)

　

N_o.Rd = A_eff f_y / g_M1

　

式中A_eff＝截面有效面積（見第三十條)

　

二、除加大孔及長圓孔外，受壓構件的螺栓孔不需要考慮。

　

三、除此之外，構件的挫曲承載力亦應驗算（見第三十七條)。

 

第三十四條

受彎截面

 

一、於不考慮剪力情況下，構件中各截面的彎矩設計值M_sd應滿足下列條件：

　

M_Sd£ M_c.Rd

　

式中M_c.Rd在第一、二級截面時應取M_pl.Rd，在第三級截面時應取M_el.Rd，在第四級截面時應取M_o.Rd,及在螺栓孔淨截面時應取M_u.Rd。

　

(一) 毛截面塑性受彎承載力設計值（適用於第一、二級截面)；

　

M_pl.Rd = W_pl f_y / g_M0

　

式中W_pl為截面塑性模數

　

(二) 毛截面彈性受彎承載力設計值（適用於第三級截面)；

　

M_el.Rd = W_el f_y / g_M0

　

式中W_el為截面彈性模數

　

(三) 毛截面局部挫曲下之受彎承載力設計值（適用於第四級截面)；

　

M_o.Rd = W_eff f_y / g_M1

　

式中W_eff為有效截面模數（見第三十條)

　

(四) 計算螺栓孔上淨截面之受彎承載力設計值M_u.Rd，翼板上的螺栓孔如符合下列條件則可不需考慮：

　

§受拉區上的孔：

　

0.9 (A_f.net /A_f) ³ (f_y / f_u) (g_M2 / g_M0)

　

式中A_f及A_f.net為翼板的毛面積及淨截面面積

　

§除加大孔及長圓孔外，一般不允許螺栓孔在受壓區截面上。

　

二、除此之外，構材的側向扭轉挫曲亦應進行驗算(見第三十九條)。