鋼結構連接之安全性確定
設計基本要求
第四十三條
一般規定
一、所有連接部份必須具有足夠的設計承載力使結構能保持有效，並滿足第二章所述的所有基本要求。
二、連接設計所使用的分項安全係數gM應取下列的數值：
(一) 螺栓承載力........................... gMb = 1.25
(二) 焊接承載力........................... gMw = 1.25
(三) 高強螺栓抗滑移承載力：
§力傳遞方向與長圓孔縱軸垂直，標準孔隙之圓孔，其；
承載能力極限狀態之抗滑承載力 gMs.ult = 1.25
正常使用極限狀態之抗滑承載力 gMs.ser = 1.10
§力傳遞方向與長圓孔縱軸平行，加大孔或長圓孔，其；
承載能力極限狀態之抗滑承載力 gMs.ult = 1.40
(四) 對中空截面之格構梁，其節點連接之承載力應參考ENV1993-1-1附件K。
三、採用本條進行連接設計時必須聯同第四十六條一起使用。
第四十四條
設計假定
一、承載能力極狀限態下作用於連接點的力及彎矩，應按第三章所述的整體分析方法計算。
二、連接點可按任何合理的方法計算內力或彎矩分佈，只要：
(一) 計算內力（或彎矩）與外力（或彎矩）平衡；
(二) 連接點的每一部份有足夠能力抵抗在結構分析中計算的內力或應力；
(三) 由內力分佈引起的變形不超過連接物或焊縫及其連結部份的容許變形能力。
三、構件交接點
(一) 在一般情況下，構件的重心線應盡可能在節點處匯交於一點；
(二) 當構件交接點出現偏心時，節點及構件的設計必須考慮；
(三) 在一個節點內有至少兩個螺栓的角鋼及Ｔ形鋼連接情況下，螺栓群的定線可當重心線作構件的交接點使用。
四、由反覆荷載或震動造成剪力之節點荷載：
(一) 對於由沖擊力或明顯振動導致節點承受剪力之情況，應採用焊接或具鎖定裝置之螺栓、摩擦高強螺栓、壓射螺栓或其他具有足夠防移位能力之螺栓連接方式；
(二) 由於承受反覆之剪力荷載(或其他原因)，節點位置不允許出現滑移現象，可使用摩擦高強螺栓、密接螺栓或焊接作抗滑連接；
(三) 對於受風力及側撐之穩定問題，一般可採用螺栓作承壓連接。
螺栓連接
第四十五條
一般規定
一、螺栓孔的佈置應盡量避免銹蝕、局部挫曲及使螺栓的安裝更容易。
二、螺栓孔的佈置亦須符合計算螺栓承載力時所使用的限值。
三、螺栓的最大及最小間距可按第六十五條採用。此數值不適用於暴露結構或高腐蝕環境。
第四十六條
螺栓連接的種類
一、鋼結構建築物上使用的螺栓有下列兩種：
(一)普通螺栓：適用於承壓型連接，板間接觸面的剪力由螺栓承壓在板上。
(二)摩擦型高強螺栓：適用於摩擦型連接，需用一預壓力將兩塊連接板夾緊。
二、螺栓連接按其功能可細分為下列類型：
(一)剪力螺栓連接
節點承受剪力之螺栓連接設，應符合下列其中一種類型：
§ 類型A：承壓設計
應採用強度4.6級至10.9級之普通螺栓(由低碳鋼制成)或高強螺栓進行設計。對接觸面並無要求施加預壓力及任何特別之措施。設計時，承載能力極限狀態下，螺栓的剪力設計值不應超過抗剪承載力設計值及承壓承載力設計值，詳見第四十八條。
表達式為：
Fv.Sd£ Fv.Rd
Fv.Sd£ Fb.Rd
§ 類型B：正常使用極限狀態下之抗滑移設計
應採用符合第七十五條要求，具有扭緊控制之摩擦高強螺栓進行設計。本設計中，是不允許在正常使用極限狀態下有任何滑移現象發生。應考慮不同荷載型式下之荷載組合效應，可根據抗滑要求決定不同之荷載型式。設計時，正常使用極限狀態下的剪力設計值不應超過抗滑承載力設計值，詳見第四十九條。而承載能力極限狀態下的剪力設計值不應超過抗剪承載力設計值及承壓承載力設計值，詳見第四十八條。
表達式為：
Fv.Sd.ser£ Fs.Rd.ser
Fv.Sd£ Fv.Rd
Fv.Sd£ Fb.Rd
§ 類型C：承載能力極限狀態下之抗滑移設計
應採用符合第七十五條要求，具有扭緊控制之摩擦高強螺栓進行設計。本設計中，是不允許在承載能力極限狀態下有任何滑移現象發生。設計時，承載能力極限狀態下的剪力設計值不應超過抗滑承載力設計值(第四十九條)及承壓承載力設計值(第四十八條)。
此外，在承載能力極限狀態下，螺栓孔上淨截面之塑性抗拉承載力設計值Nnet.Rd應取：
Nnet.Rd = Anet× fy / gM0
(三)拉力螺栓連接
節點承受拉力之螺栓連接設，應符合下列其中一種類型：
§ 類型D：普通螺栓之連接設計
應採用強度至10.9級之普通螺栓(由低碳鋼制成)或高強螺栓進行設計。本設計並無要求施加預壓力。此類型設計並不適用於經常承受反覆拉力荷載之連接設計，但仍可作為承受一般抗風荷載之連接設計。
表達式為：
Ft.Sd£ Ft.Rd
§ 類型E：摩擦高強螺栓之連接設計
應採用符合第七十五條要求，具有扭緊控制之摩擦高強螺栓進行設計。本設計中，高強螺栓所施加之預壓力會提高抗疲勞效應。但其效能之提高及加強取決於細部配置與偏差要求。
§ 對於採用類型D及E之拉力連接設計，其接觸面無須進行任何的特別處理，但當類型E之連接同時承受拉力及剪力則屬例外情況(即類型E-B或E-C之組合)。
三、普通螺栓及高強螺栓的設計應符合第十九條所規定的標準。
四、螺栓的選擇取決於連接點需要抵抗的力或彎矩。一般的鋼結構工程中，普通螺栓多選用4.6或8.8級。高強螺栓通常選用8.8或10.9級，適用於有反向彎矩或振動發生的連接點，例如：門架式建築物的屋簷連接。
第四十七條
內力分析
一、螺栓群的內力分佈
當抗剪承載力設計值Fv.Rd少於承壓承載力Fb.Rd(見表二十四a)，在承載能力極限狀態下螺栓群的內力分佈應與轉動中心的距離成比例。
其他承壓型螺栓群的內力分佈，在承載能力極限狀態下應根據塑性規定設計(見表二十四b)。
二、杠桿力
當螺栓群需要承受外加拉力，在設計上亦需考慮抵抗因杠桿效應而出現的附加力(見圖三)。杠桿力的大小與連接點的相對剛度及幾何佈置有關。
三、長接頭
當接頭兩端螺栓中心的距離超過15d(d為螺栓標稱直徑)，抗剪承載力設計值Fv.Rd必須按長度折減。計算折減係數的方法可按ENV1993-1-1第6.5.10條執行。
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表 二十四 螺栓群連接的內力計算 |
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a. 內力分佈的大小與轉動中心的距離成比例 |
b. 螺栓連接有可能發生的塑性內力分佈，其他真實的分佈亦可使用，例如： |
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圖三 杠桿力 |
第四十八條
普通螺栓的承載力計算
一、受剪設計
在承載能力極限狀態下，螺栓的剪力設計值Fv.Sd 不應超過以下較小的情況：
§抗剪承載力設計值Fv.Rd(見表二十五a)；
§承壓承載力設計值 Fb.Rd(見表二十五b)。
二、受拉設計
包括所有因杠桿效應產生的拉力設計值Ft.Sd，均不應超過以下較小的情況：
§抗拉承載力設計值 Ft.Rd(見表二十五c)；
§沖切承載力設計值 Fp.Rd，(見表二十五d)。
三、同時承受剪力及拉力之設計
除上述的準則外，螺栓同時受拉及受剪亦須滿足下式：
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表二十五 普通螺栓的承載力計算 |
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受力方式 |
螺栓承載力 |
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a. 每一抗剪面的抗剪承載力 Fv.Rd |
式中 C1 = 0.6 (適用於4.6、5.6及8.8級) C1 = 0.5 (適用於4.8、5.8、6.8及10.9級) |
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b. 承壓承載力Fb.Rd |
式中a = min
( |
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c. 抗拉承載力 Ft.Rd |
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d. 沖切剪力承載力 Fp.Rd |
當連接物厚tp少於0.5d，沖切剪力承載力設計值應按ENV1993-1-1第6.5.5 (4)條款驗算。 |
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註： Œ A 為螺栓毛截面面積 As為螺栓有效抗拉面積 Ž d為螺栓直徑 d0為孔徑 e1、e2、p1及p2之定義請參閱第六十五條 |
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)
摩擦型高強螺栓的承載力計算
一、正常使用極限狀態下的抗滑承載力設計
在抗滑連接設計中，正常使用極限狀態下的剪力設計值Fv.Sd.Ser不應超過在表二十六a中所定的抗滑承載力設計值Fs.Rd.Ser。此外，極限剪力設計值Fv.Sd亦不應超過抗剪承載力設計值Fv.Rd或承壓承載力設計值Fb.Rd，Fv.Rd或Fb.Rd的設計詳見第四十八條。
二、承載能力極限狀態下的抗滑承載力設計
在抗滑連接設計中，承載能力極限狀態下的剪力設計值Fv.Sd不應超過在表二十六b中所定的抗滑承載力設計值Fs.Rd 或承壓承載力設計值Fb.Rd、Fb.Rd的設計可參見第四十八條。
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表二十六 摩擦型高強螺栓的承載力計算 |
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受力方式 |
螺栓承載力 |
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a.正常使用極限狀態下的抗滑承載力 Fs.Rd.ser |
Fp.cd = 0.7 fub As m = 按摩擦面級別而定之摩擦係數 n = 摩擦面數目 |
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b. 承載能力極限狀態下的抗滑承載力 Fs.Rd
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摩擦面級別 |
接觸面處理方法 |
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A級 (m = 0.5) |
噴砂處理，清除所有浮銹，無坑槽 |
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B級 (m = 0.4) |
噴砂處理後並塗上厚度達50-80 mm之鋅漆 |
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C級 (m = 0.3) |
採用鋼絲刷或火焰清除浮銹 |
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D級(m = 0.2) |
不經處理的表面 |
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ks 值 |
孔隙 (第六十三條) |
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ks = 1.0 |
標準孔隙之圓孔 |
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ks = 0.85 |
短形長圓孔 |
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ks = 0.70 |
長形長圓孔 |
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第五十條
塊狀剪力撕裂承載力計算
一、靠近梁端的腹板或托座應有適當的孔距以避免螺栓群發生塊狀撕裂。這種破壞模式通常包括螺栓群受拉面的破壞，以及螺栓群行受剪面同時出現剪力降服。(見表二十七)。
二、塊狀剪力撕裂有效承載力應按下式計算：
Veff.Rd = (fy
/
) Av.eff / gM0
式中 Av.eff為有效抗剪面積（見表二十七)
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表二十七塊狀剪力撕裂的有效抗剪面積 |
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a. 一行螺栓 k = 0.5 |
b. 二行螺栓 k = 2.5 |
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Av.eff = t Lv.eff 式中： Lv.eff = Lv + L1 + L2 並且Lv.eff £ L3 L1 = a1 £ 5 d L2 = (a2 – k d) (fu / fy) L3 = Lv + a1 + a3 並且L3 £ (Lv + a1 + a3 – n d) (fu / fy) d = 螺栓的標稱直徑 n = 受剪面上的螺栓數量 t = 腹板或托座的厚度 |
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焊縫連接
第五十一條
一般規定
本節中出現的條款適用於：
(一) 符合第四章要求的焊接用結構鋼；
(二) 符合第八章的設計規定；
(三) 符合第九章的工藝要求；
(四) 採用電弧焊接作為焊接程序；
(五) 鋼材厚度4mm或以上；
(六) 焊縫使用適當熔接材料製成的拉伸試樣，其最小屈服及抗拉強度須大於母材規定的強度。此外，焊縫金屬在力學性能上必須與母材相容。
第五十二條
焊接種類
一、焊接一般可分類為：
(一) 角焊縫（見第五十四條)
§ 角焊縫－可用於熔接面角度在60o至120o間的連接部份；
§ 槽焊縫－用於圓孔或長圓孔的角焊縫。
(二) 對接焊縫（見第五十五條)
§ 完全焊透的對接焊縫－充填金屬完全焊透於連接母材整個厚度的對接焊縫；
§ 不焊透的對接焊縫－充填金屬不焊透於連接母材整個厚度的對接焊縫。
二、焊接的種類及其代號可參看表二十八。
| 表二十八 焊縫的基本類形 |
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焊縫種類 |
接頭種類 |
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對接接頭 |
Ｔ形接頭 |
搭接接頭 |
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槽焊縫 |
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完全焊透的對接焊縫 |
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不焊透的對接焊縫 |
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第五十三條
內力分析
焊縫內力分佈的計算必須考慮下列各點：
(一) 可使用符合第四十四條之彈性或塑性行為計算；
(二) 焊縫一般允許假設一個簡化的荷載分佈；
(三) 有可能形成塑性絞的焊縫必須提供不少於最弱連接部份的設計承載力；
(四) 因可能過度變形而要求有足夠轉動能力的焊縫，靠近焊縫之母材達至降伏時，焊縫不應先產生破壞；
(五) 若果焊縫的設計承載力大於最弱連接部份的80 %，則前一款之要求一般可以得到滿足。
第五十四條
角焊縫的強度計算
一、有效長度
角焊縫的有效長度應取擁有完整焊縫厚度的長度，包括末端轉角處。只要焊縫有完整厚度，焊縫起始處之有效長度不需要折減。
長度L>150a(a為焊縫計算厚度)的焊接接頭，其承載力設計值應按ENV1993-1-1第6.6.9條款折減。
二、焊縫計算厚度
角焊縫的計算厚度a應取在熔接面及焊縫表面內劃出最大三角形中的垂直高度，詳見圖四。
只要初部試驗證明熔深要求能夠達到，深溶角焊縫可考慮額外多出的厚度。
採用自動埋弧焊進行的角焊縫，在無初部試驗下其計算厚度可增加20 %或2 mm（取其中較小的值）。
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圖四 角焊縫計算厚度的定義
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三、焊縫每單位長度的強度設計
角焊縫每單位長度的強度設計值Fw.Rd應符合下列條件：
Fw.Sd£ Fw.Rd
式中：
(作用於焊縫之合力設計值)
NSd = 垂直於焊縫長度方向的軸心力設計值
Vl.Sd = 沿焊縫長度方向的剪力設計值
Vt.Sd = 垂直於焊縫長度方向的剪力設計值
(角焊縫的強度設計值)
fu = 連接點較弱部份的抗拉強度
bw = 修正係數（見表二十九)
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表二十九 角焊縫的修正係數bw |
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鋼材級別 |
抗拉強度 fu (N/mm2) |
修正係數bw |
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S235 |
360 |
0.80 |
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S275 |
430 |
0.85 |
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S335 |
510 |
0.90 |
第五十五條
對接焊縫的強度計算
一、完全焊透的對接焊縫設計
只要焊縫使用適當焊條（或熔接材料）製成的拉伸試樣，其最小屈服強度及抗拉強度大於母材規定的強度，則完全焊透的對接焊縫強度設計值應取連接點較弱部份的強度設計值。
二、不焊透的對接焊縫設計
不焊透的對接焊縫強度設計值應按深溶角焊縫的公式計算，(見第五十四條)。
焊縫的計算厚度應取熔接後可到達的厚度。
第五十六條
非加勁翼板的焊接強度設計
一、非加勁Ｉ形、H形或箱形截面與鋼板之T形接頭，截面母材及焊縫之寬度應考慮折減成有效寬度。(見圖五)
二、Ｉ形或H形截面的有效寬度應按下式計算：(圖五a)
並須符合
式中：
fy為截面的屈服強度設計值
fyp為鋼板的屈服強度設計值
三、如beff小於完整寬度的0.7倍，接頭應進行加勁。
四、箱形截面的有效寬度應按下式計算：（見圖五b）
並須符合
五、連接截面翼板與鋼板的焊縫，其每單位長度之強度設計值應超過鋼板每單位寬度之強度設計值。
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a.Ｉ形截面 |
b.箱形截面 |
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圖五 非加勁T形接頭的有效寬度 |
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構造配置及設計規定
一般規定
第五十七條
最小厚度
建築用鋼結構構材厚度不宜小於4mm。當結構在嚴重腐蝕環境下而沒有特別防銹蝕措施，構材之最小厚度應高於以上規定值。
第五十八條
構造配置
結構中主要構件之佈置應盡量對稱於結構平均面。另外在三角形結構中構件之連接應盡量將其中心軸相交於一點。當以上的規定不能符合，計算中應考慮由偏心所產生之次力。
第五十九條
構件截面的變化
結構構件應盡量避免截面突然發生變化或局部減弱。
第六十條
連接
一、結構構件間之連接一般採用焊接方式或螺栓連接。
二、連接部份應盡量避免同時使用焊接及螺栓連接傳遞內力。
第六十一條
支撐
結構主要構件間之支撐應確保能達到其整體性(見第十六條)。
第六十二條
維護
結構之設計應盡量避免維護時產生困難，即難於塗裝或出現不必要之積水位置。
螺栓連接
第六十三條
孔徑
一、螺栓連接所採用之螺栓直徑一般如下：
M12、M14、M16、M20、M22、M24、M27、M30、M36；其中M12為公稱直徑12mm之螺栓。
二、應避免使用非本標準所規定直徑之螺栓。
三、螺栓孔徑不應大於螺栓直徑加上孔隙。標準孔之一般間隙應為：
§ 1mm適用於M12及M14螺栓；
§ 2mm適用於M16至M24螺栓；
§ 3mm適用於M27及更大直徑之螺栓。
四、螺栓孔可使用少於以上規定之孔隙。
五、用於抗滑移連接之加大孔之一般間隙應為：
§ 3mm適用於M12螺栓；
§ 4mm適用於M14至M22螺栓；
§ 6mm適用於M24螺栓；
§ 8mm適用於M27及更大直徑之螺栓。
六、只有在指定情況下，加大孔及長圓孔方可用於抗滑移連接。
七、用於抗滑移連接之短形長圓孔，其標稱尺寸不應大於：
§ (d+1)mm x (d+4)mm適用於M12及M14螺栓；
§ (d+2)mm x (d+6)mm適用於M16至M22螺栓；
§ (d+2)mm x (d+8)mm適用於M24螺栓；
§ (d+3)mm x (d+10)mm適用於M27及更大之螺栓。
d為螺栓之標稱直徑，單位mm。
八、用於抗滑移連接之長形長圓孔，其標稱尺寸不應大於：
§ (d+1)mm x 2.5d適用於M12及M14螺栓；
§ (d+2)mm x 2.5d適用於M16至M24螺栓；
§ (d+3)mm x 2.5d適用於M27及更大之螺栓。