¶ 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說－第十一章 接合設計
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第十一章 接合設計
11.1 一般規定 ..........................................................................................................
11.2 銲接接合 ..........................................................................................................
11.3 螺栓接合 ..........................................................................................................
11.4 螺絲接合 ..........................................................................................................
11.5 撕裂 ..................................................................................................................
11.6 其他材料的接合 ..................................................................................................
第十二章 製作、安裝、品管
12.1 適用範圍 ..........................................................................................................
12.2 一般規定 ..........................................................................................................
12.3 製造 ..................................................................................................................
12.4 安裝 ..................................................................................................................
12.5 品質管制計畫 ..................................................................................................
第十三章 耐震及耐風設計特別規定
13.1 適用範圍 ..........................................................................................................
13.2 冷軋鋼輕型剪力牆之耐震及耐風要求 ..........................................................
13.3 應用條件 ..........................................................................................................
13.4 設計抗剪力 ......................................................................................................
13.5 耐震設計規定 ..................................................................................................
附錄一 專有名詞中英對照 ........................................................................................
附錄二 符號說明 .........................................................................................................
附錄三 日本薄板輕量型鋼構造設計準則 ................................................................
附錄四 以直接強度法設計冷軋型鋼構材 ................................................................
參考文獻 .........................................................................................................................
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冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說
第一章 總則
1.1 適用範圍
本規範適用於以冷軋型鋼構材設計之建築物結構，該構材係由碳鋼或低合金鋼板或鋼片冷
軋成型，其鋼材厚度不得超過25.4 mm。
解說：冷軋型鋼構材(cold-formed steel members)乃由碳鋼或低合金鋼板或鋼片(carbon or low alloy
steel sheet, strip, plate or flat bar)在室溫下經由輾軋或滾壓(cold roll forming, press brake or
bending brake operation)製造而成。冷軋型鋼構材可應用的範圍相當廣泛，其使用於建築
方面亦相當的普及。在目前的建築構材考量上，除非為低層住宅建築，一般而言，冷軋
型鋼構材的使用大都為次結構構材或為非結構構材，其應用之部位可區分如下:
1. 結構構材(structural member，beam or column)
2. 屋頂桁條與橫桿(roof purlin and side rail)
3. 牆體立柱 (wall stud)
4. 樓板格柵梁 (floor joist)
5. 門或窗之過梁(lintels)
6. 牆板(wall claddings)
7. 屋頂板(roof panels)
8. 樓承板(floor deck)
9. 桁架(truss)
冷軋型鋼構材的結構強度計算時，採用”有效斷面”的設計，因此構材斷面內各肢材(如
翼板、腹板)的有效寬度皆須先以予計算，肢材尺寸的限制及其設計則依第四章規定計
算。
本規範係針對以冷軋型鋼構材設計之建築結構物，對於一般結構用熱軋型鋼構材設計，
可參照國內建築技術規則[1.1]及鋼構造建築物鋼結構設計技術規範[1.2]或其他相關規
範。冷軋型鋼構材的斷面形狀、製程及接合方式皆與熱軋型鋼結構有所不同，通常在室
溫下經過輾壓或滾壓而成的冷軋型鋼構材與熱軋型鋼有下列之顯著的差異性：
1. 由於製造的方式不同，冷軋型鋼構材不如熱軋型鋼構材製造時在熱軋(hot-rolling)後，
經由不均勻的冷卻(uneven cooling)而造成之殘留應力。
2. 冷軋型鋼構材在冷軋加工過程中會造成冷軋殘留應力，即是在斷面隅角處及其周邊的
材料機械性質，如降伏應力與抗拉強度將明顯的增強，相反地延展度亦相對的降低。
3. 冷軋型鋼材在其製造過程中經冷軋作用(cold-rolling)後，在未完全退火(anneal)時，其材
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料本體應力將略為減少(cold-reducing stress)。
4. 由於厚度薄，冷軋型鋼構材內之肢材(element)擁有較大之寬厚比，也因此在受到壓力之
下極容易產生局部挫屈。
5. 冷軋型鋼材的應力與應變關係，可為尖銳降伏形式(sharp-yielding type)或平緩降伏形式
(gradual- yielding type)。
6. 冷軋型鋼構材之隅角處(corner)為圓弧形，而非填角(corner fillet)。
冷軋型鋼材與一般熱軋型鋼材的厚度相比較之下相差甚多，其本體之厚度通常介於 0.38
mm (0.0149 in)至6.35 mm (0.25 in)之間。在澳洲與紐西蘭的冷軋型鋼規範內則指出，針對
結構之需求，某些厚及25 mm 的鋼板或鋼棒(steel bar)成功地經過冷型作用而成為結構用
型鋼。
由於國內冷軋型鋼構材之研究資料尚不齊全，本規範內容係主要參考美國鋼鐵協會所編
定之「北美冷軋型鋼構材設計規範」(North American Specification for the Design of
Cold-Formed Steel Structural Members)制定[1.3]，同時，本規範內所使用之相關資料，如圖
表與符號等亦主要參考該規範。適用於本規範之冷軋型鋼構材設計，其斷面厚度之限制
可參考研究文獻[1.4、1.5]。
1.2 品質要求
冷軋型鋼構造施工由購料起以迄加工、接合及安裝完成，均應詳細查驗證明其品質及安
全，為確證施工能以達到設計標準，設計人、監造人及承造人應依其權責辦理查驗工作，詳細
記載查驗事項，並剔除不合格部分。在工廠施作鋼構部分，其品質要求亦須符合規定。
解說：冷軋型鋼結構之品質管制要求亦如熱軋型鋼結構之規定。由於鋼結構之品質管制影響結
構安全甚鉅，其材料、加工、接合、安裝中所造成之瑕疵均可能對結構產生不利之影響，
並導致結構無法達到設計標準，故本規範將品質要求列入主文內。
1.3 設計基準
本規範的設計基準包括載重及強度係數設計法及容許強度法。
容許強度及設計強度分別依第1.3.1 節及第1.3.2 節的設計方法計算，當構材或接合的強度
計算不適用於本規範的規定時，得依下列方式求取：
1. 相關規範建議之實驗。
2. 基於適當的學術理論、試驗的數據佐證、工程的判斷評估下的合理的工程
分析。
當構材或接合的強度經由實驗或合理的工程分析取得時，安全因子及強度折減因子的應用
值則須符合下列規定：
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1. 構材：Ω = 2.00（容許強度法），φ = 0.80（載重及強度係數設計法）。
2. 接合：Ω = 2.50（容許強度法），φ = 0.65（載重及強度係數設計法）。
解說：日本在冷軋型鋼構造建築已有相當的成效，考量本規範的適用性與廣泛性，附錄三提供
了日本薄板輕量型鋼構造設計準則，做為以冷軋型鋼構造(框組構造)建築物的替代設計
規定和方法。
冷軋型鋼構材的標稱軸向強度及撓曲強度的計算規定於本規範第六章與第七章，其替代
計算方法可參考附錄四。於附錄四D.2.1 及D.2.2.節分別提供了冷軋型鋼構材柱及梁斷面
之強度計算，但其斷面幾何性質及材料使用限制則分別規定於D.1.1.1 及D.1.1.2 節。
1.3.1 容許強度法 (ASD)
本規範中各構材及接合之容許強度必須大於或等於由載重組合所得之需要強度：
其中
R = 所需強度
Rn = 標稱強度，見第四章至第十一章之規定
Ω = 安全因子，見第四章至第十一章之規定
Rn/Ω = 容許強度
解說：容許強度法（Allowable Strength Design）的計算中，結構構材的所需強度（撓曲彎矩、
軸力、剪力等）係以工作載重組合依合理的結構計算取得。
1.3.2 載重及強度係數設計法 (LRFD)
載重及強度係數設計應檢核強度極限狀態和使用性極限狀態。強度極限係指結構之最大承
載能力，其與結構之安全性密切相關，而使用性極限係指正常使用下其使用功能之極限狀態。
本規範中各構材及接合之設計強度必須大於或等於由因數化載重組合計得之需要強度：
其中
Ru = 所需強度
Rn = 標稱強度，見第四章至第十一章之規定
φ = 強度折減因子，見第四章至第十一章之規定
φRn = 設計強度
解說：當結構體或其構材在受力狀態下，無法滿足原設計之安全與功能時，此結構可能已進入
其極限狀態(Limit State)。一般冷軋型鋼構材之極限狀態可能由於過量的撓度、降伏、挫
屈或是後挫屈(post-buckling)之故。這類的極限狀態已經過充分的研究及分析證實，相關
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之研究報告可參考文獻[1.6、1.7]之說明。
載重及強度係數設計法(Load and Resistance Factor Design, LRFD)的設計法是考慮下列二種
極限狀態：(1)強度極限狀態，是指結構所能抵抗最大承載能力；(2)使用性極限狀態，是
指結構在使用功能的狀態，結構設計之主要目標亦在於防止結構物於預估使用期限內產
生上述之極限狀態。
一般若考慮強度極限狀態，LRFD 的公式可依下列說明：
或 Ru ≤ φRn
其中，Rn是標稱強度，由標稱斷面依其分析模式計算而得之值，φ是構材強度折減係數(考
慮標稱強度存在的變化性)，φ<1.0；Qi 是標稱載重，依載重狀況進行結構分析而得，ri
是載重放大係數（考慮載重之不定性）。LRFD 設計法有如下之優點：(1)針對構材強度及
載重分別考慮其不定性而使用不同的係數；(2)以機率理論設計，使結構的安全性，較能
達到一致之水準。
(a)機率模式
安全係數及載重因子是為了考量在設計過程中所存在的不定性及變化性。結構設計乃包
含了二個隨機變數Q 及R 的關係(詳圖C-1.3-1)，若R<Q 時，則極限狀態成立。一種合
適的結構設計是允許存在極小機率的極限狀態發生。然而，Q 及R 的實際機率分佈並不
確知，只有其中平均值Qm及Rm，與標準偏差δQ及δR是可得知的。
機率密度
載重因子 Q
抵抗強度 R
圖C-1.3-1 隨機變數Q 與R 之定義
依據圖C-1.3-2 所示，吾人即可決定不用構材設計之相對可靠度，圖中所示之分部曲線
為ln(R/Q)，當ln(R/Q) ≦ 0 時，極限狀態即發生，圖中斜線部分即為極限狀態發生之機
| Q m | R m |
|---|
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率。當統計數據Rm、Qm、δR、δQ為已知， 且βσln(R/Q) = ln(R/Q)m，那麼在ln(R/Q) ≦ 0
之條件下的面積是決定β值的變化，β值可概約地以下式表之：
)
Q
R
ln(
β
+
=
(C-1.3-2)
其中
VR =δR / Rm 偏差係數
VQ =δQ / Qm 載重偏差係數
β為可靠度指數
ln(R/Q)m
ln(R/Q)
圖C-1.3-2 可靠度指數β之定義
對結構設計之安全性可作相對性的指標，在比較二種設計時，有較大之β值者，代表其
設計較為可靠。
利用可靠度指數的概念可以得知對現有設計所存在的相對可靠性，並可用來測試新設計
公式的可靠度，上述可用下例有一梁承受靜重及活重之簡支、側撐來作說明。
針對此型梁，吾人用容許應力法設計可得：
SeFy /Ω=（LS
2 S/8）（D+L）
其中
| R ln( m ) Q m | |
|---|---|
| V2 +V2 R Q | |
| β σ ln(R/Q) | ||
|---|---|---|
| 極 限 率 | 狀 |
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Se=依有效斷面得之彈性斷面模數
Ω=5/3=彎矩之安全係數
Fy=降伏強度
Ls=梁跨距長度
S=梁間距
D 及L 分別是規範中設定之靜重及活重
標稱強度之平均值Rm，可由下式定義[1.8]
上式中，Rn是標稱強度，在此例中為
是根據壓力翼板及腹板之後挫屈強度而計算得之標稱彎矩。
Pm=對實際材料及斷面之試體，其(試驗彎矩值 / 公式計算之彎矩)比值之平均值
Mm=(實際降伏強度 / 最小指定降伏強度)比值之平均值
Fm=(實際斷面模數 / 指定標稱斷面模數)比值之平均值
標稱強度R 之偏差係數等於
2
F
2
M
2
P
R
V
V
V
V
+
+
=
(C-1.3-6)
上述公式之數據，經由相關試驗、分析及量測得知[1.9、1.10]。
Pm=1.11， Vp=0.09， Mm=1.10， VM=0.10， Fm=1.0， VF=0.05
故可得，Rm=1.22 Rn及VR=0.14
載重效應之平均值為
Qm = (LS
2 S/8)(Dm+Lm)
(C-1.3-7)
及
m
m
2
L
m
2
D
m
Q
L
D
)
V
L
(
)
V
D
(
V
+
+
=
(C-1.3-8)
其中，Dm及Lm分別是靜重及活重的平均值，VD及VL分別是其偏差係數。依美國標準局的
不同載重統計研究分析指出Dm =1.5D，VD =0.1，Lm =L，VL=0.25[1.11]。將此載重設計數據
應用於上述公式(C-1.3-7)及(C-1.3-8)，可得
L
)1
L
D
05
.1
(
8
S
L
Q
2
S
m
+
=
(C-1.3-9)
)1
L
/
D
05
.1(
V
V
)
L
/
D
05
.1(
V
2
L
2
D
2
Q
+
+
=
(C-1.3-10)
由上式可知Qm及VQ與(D/L)之比值有關，冷軋型鋼梁通常有較小之(D/L)比值，為了檢核
LRFD 規範之可靠度，吾人假設(D/L)=1/5。故Qm=1.21L(LS
從(C-1.3-3)式及(C-1.3-5)式中，及D/L=1/5 及Ω=5/3，可得標稱強度，Rn=2L(LS
公式(C-1.3-2)之可靠度指數，β及Rm=1.22 Rn，吾人可得
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02
.2
8
/
S
L
L
.1
8
/
S
L
L
0.2
22
.1
Q
R
S
S
m
m
=
×
×
=
及
79
.2
)
21
(
)
(
)
02
.2
ln(
β
2
2
=
=
單獨的由此例中所得之β=2.79 是毫無意義的。但是當此β值與其他冷軋型鋼構材或與
熱軋型鋼設計，或與其他建材設計相比較時，則此例中之冷軋型鋼梁，可以說有達到平
均的可靠度[1.12]。
(b)冷軋型鋼結構LRFD 設計基礎
由於國內尚無相關之研究資料可供參考，本規範將採用美國AISI 規範作為本章之解說。
有關熱軋型鋼結構之研究結果及數據，可參考文獻[1.8]，對於冷軋型鋼構材之β值，美
國密蘇里大學有詳盡的研究結果及數據可供參考[1.13 - 1.17]。
文獻[1.11、1.12、1.18]中，對於熱軋型鋼、冷軋型鋼、鋼筋混凝土、鋁結構、複合木材
結構及磚造結構等設計之相關研究有極詳細之敘述，本章僅摘錄其主要之分析結果及要
點。可靠度指數會因不同之載重、不同之施工及不同之材料設計而有變化，為求能達到
更一致的可靠度文獻[1.18]，建議下列目標可靠度值，β0，作為對不同材質LRFD 設計
之依據。
基本型式：受重力載重，β0=3.0
接合設計：β0=4.5
風力載重：β0=2.5
由上例得知，在D/L=1/5，該例可得β=2.79，當使用不同的載重比例，或其他型式之冷
軋型構材時，其相對的β值可能與2.79 相差不多，本章建議使用較低之目標可靠度β
0=2.5，基本上，此值是構材實際所得β值之下限。為了避免在接合處提前發生破壞，故
建議使用較大之β0=3.5。這二個目標可靠度值與美國AISI 規範相同[1-3]
(c)強度折減因子
本規範所建議使用之強度折減因子φ，與第2 章使用之載重提供相互一致的可靠度指數
(當載重組合條件為1.2D+1.6L 及β0=2.5 於構材，β0=3.5 於接合處)。然而在實際的情況
下，當使用不同之強度折減因子時，實際之β值也會隨著設定目標值改變。即為以下之
解釋：
c = 轉換載重強度成為載重效應之影響係數
假設D/L=1/5，公式(C-1.3-11)及(C-1.3-9)可重新改寫為
故
φ值可由公式（C-1.3-2）、（C-1.3-4）及（C-1.3-14）計算而得知[1.19]：
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)
V
V
exp(
)
F
M
P
(
521
.1
2
Q
2
R
0
m
m
m
+
β
−
=
φ
(C-1.3-15)
β0是目標可靠度指數。
由已知的φ值及在1.2D+1.6L 的載重組合條件下，可求得在容許強度設計法中相對應之安
全因子，Ω：
Ω = (1.2D/L+1.6)/[φ(D/L+1)]
(C-1.3-16)
其中 D/L 是靜載重與活載重之比值。
1.4 常數
冷軋型鋼構材設計時所用鋼材之彈性模數(E)為20,700 kg/mm
2 (203,000 MPa)，剪力模數(G)
為7,950 kg/mm2 (78,000 MPa)，波森比(μ)為0.3，溫度伸縮係數為0.000012/oC。