¶ 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說－第三章 材料
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第三章 材料
3.1 一般規定
3.1.1 冷軋型鋼構材
冷軋型鋼結構所使用之材料包括結構用鋼材(如鋼板、鋼片)及接合物(如螺栓、螺帽、墊片、
銲接材料、自攻螺絲等其他接合物)。鋼材應符合第3.2 節所列之中華民國國家標準，接合物則
需符合本規範第十一章之規定。
3.1.2 鋼材檢驗
未明列於第3.2 節之鋼材應依CNS2608 “鋼料之檢驗通則”及相關之中華民國國家標準檢
驗測試，或相關主管機關認可之國際通行檢驗標準檢驗，確認符合其原標示之標準，且證明達
到本規範之設計標準者方可使用。
解說：本規範有關冷軋型鋼構材之材料均以符合中華民國國家標準(CNS)為原則，但因世界各
國之鋼材不斷在發展及創新，且考慮我國目前及未來可能之需求，將難以禁止使用國外
進口材料。且其中部分材料尚未訂立中華民國國家標準，因此本規範亦容許經由國際通
行檢驗標準檢驗合格且達設計所需之最低檢驗標準者。
3.1.3 鋼材品質證明
冷軋型鋼構材所使用之各項鋼材，應由原生產廠家或公正之檢驗機構出具品質證明書或檢
驗報告，文件內應備有具體之數據及明確之陳述，足以證明該項鋼材符合所指定之材料標準。
各項鋼材如因特殊情況，必須使用同等規格品時，須經證明其材質及加工性均符合原規定，方
可採用。如對鋼材的品質有疑義時，應抽樣檢驗，其結果應符合中華民國國家標準的規定和原
設計之要求。
解說：冷軋型鋼構材所使用之各項材料其化學成分、機械性質、衝擊值特性等均須符合所訂定
之相關規定，若有未能符合CNS 規定需求之鋼材，不應使用。至於品質之認定方法，
通常可依原生產工廠所出具之品質證明書為準，或可以公正檢驗機構出具之品質證明書
或檢驗報告辦理。
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3. 2 適用鋼材
冷軋型鋼結構之構材應選用符合下列中華民國國家標準規定之鋼材。
CNS 6183（一般結構用輕型鋼）
結構用螺栓及螺帽除符合中華民國國家標準之製品外，亦可使用符合美國材料試驗標準
ASTM 相關規定之同級品。
中華民國國家標準對於應用一般結構用冷軋型鋼結構之構材，僅有CNS 6183 – SSC 400
之材質一種，考量冷軋型鋼結構應用之廣泛性，如符合下列要求之鋼材應可應用於構材之設計：
1. 降伏應力需介於16.9 至56.2 kg/mm2 (165 至550 MPa) 之間
2. 抗拉強度需介於29.5 至70.3 kg/mm2 (290 至690 MPa) 之間
3. 抗拉強度與降伏應力比不能低於1.08
4. 伸長率不得小於10 % (50 mm 標距長度)
解說：
依據美國鋼鐵協會(AISI)冷軋型鋼構材設計規範內[3.1]，所規定可使用作為冷軋型鋼材
料之種類甚多，大致可分為：
1. 一般結構用鋼 A36
2. 高強度低合金結構用鋼 A242、A588
3. 中低強度碳鋼板 A283
4. 冷軋銲接碳鋼管 A500
5. 加碳鎂高強度結構用鋼 A529
6. 加鈮釩高強度低合金結構用鋼 A572
7. 耐候性高強度低合金結構用鋼 A606（冷及熱軋鋼捲、冷及熱軋鋼片）
8. 熱浸鍍鋅鋼片 A653
9. 熱浸鍍鋁鋅(55% 鋁鋅)鋼片 A792
10. 耐候性高強度低合金冷軋銲接鋼管 A847
11. 熱浸鍍鋁鋅(5% 鋅)鋼片 A875
12. 用於冷軋型鋼框架的金屬與非金屬塗層鋼片 A1003
13. 冷軋高強度低合金與成型改善低合金鋼片 A1008
14. 熱軋高強度低合金與成型改善高強度低合金鋼片 A1011
15. 熱軋雙輥鑄軋鋼片 A1039
一如目前國內「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範」[3.2]，第三章材料篇所示 “結構
用鋼板、鋼棒及型鋼應選用符合下列中華民國國家標準規定之鋼材”，並名列相關可使
用之鋼材料。但依據中華民國國家標準CNS 6183(一般結構用輕型鋼，修正日期：84 年
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2 月16 日)之陳述，輕型鋼由鋼板或鋼帶以冷軋成型製造，而其適用之材料僅限於 “SSC
400”。
目前我國CNS 規範對於冷軋型鋼構材之定義，除了在 CNS 6183 內所包含的構材如槽
型、Z 型、L 型、C 型及帽型構材外，有矩形及圓形鋼管、鋼承板(steel deck，浪形鋼板 –
CNS 9704)、屋頂鋼板(steel panel for roof，鋼製屋頂嵌板 – CNS 8182)、牆面鋼板(steel panel
for wall，鋼製牆壁嵌板 – CNS 8184)、樓承板(steel panel for floor，鋼製樓板嵌板 – CNS
8186)、屋頂承板(steel roof deck，鋼製屋頂折板 – CNS 8339)等亦屬冷軋型鋼之構材。在
CNS 9704 浪形鋼板的標準中明定可使用之鋼材為 CNS 4622(熱軋軟鋼板)、CNS 9278(冷軋
碳鋼鋼片及鋼帶)、CNS 2473(一般結構用軋鋼料)、CNS 4620(高耐候性軋鋼料)，在CNS
8182、CNS 8184、CNS 8186 標準中，則明定可使用之鋼材為CNS 1244(熱浸法鍍鋅鋼片)、
CNS 10804(著色鍍鋅鋼片)及CNS 12005(聚氯乙烯金屬積層板)，而在CNS 8339 中則建議
使用折板材料可為CNS 4620(高耐候性軋鋼料)、CNS 1244(熱浸法鍍鋅鋼片)、CNS 10804(著
色鍍鋅鋼片)、CNS 9998(熱浸鍍鋁鋼片及鋼帶)、CNS 9265(冷軋不銹鋼帶)與CNS 12005(聚
氯乙烯金屬積層板)。
另外，在CNS 11984 標準中所說明之 “建築用暗架式牆及平頂輕鋼架”(一般所謂之輕
隔間及輕鋼架)，則另有規定其可使用之材料。歸納上述之構材類型，國內使用冷軋型鋼
構材的鋼材應不僅限於 CNS 6183 之 SSC 400。
在美國的冷軋型鋼設計規範 [3.1]，定義冷軋型鋼材料特性在選擇上的限制為：
(1) 降伏應力需介於16.9 至56.2 kg/mm
2 (165 至 550 MPa)之間
(2) 抗拉強度需介於29.5 至70.3 kg/mm
2 (290 至 690 MPa)之間
(3) 抗拉強度與降伏應力比不能低於1.08
(4) 伸長率(elongation)不得小於10 % (50 mm 標距長度)，不得小於7 % (200 mm 標距長度)
澳洲的冷軋型鋼規範內亦定有類似的要求：
(1) 降伏應力需介於20.4 至51 kg/mm
2 (200 至500 MPa)之間
(2) 抗拉強度需介於30.6 至51 kg/mm
2 (300 至500 MPa)之間
(3) 抗拉強度與降伏應力比不能低於1.08
(4) 伸長率不得小於8%
當然，在此二種規範內對於應力超出規定值或伸長率小於規定值的鋼材，在使用上則另
予以限制或規範之。
對於抗拉強度與降伏應力比低於1.08 的鋼材，僅可考慮應用在如屋頂桁桿(purlin)、牆體
橫桿(girt)、帷幕牆立柱(curtain wall stud)等非結構用途的構材，其使用限制可參考美國的
冷軋型鋼設計規範[3.1]。
對於伸長率低於10%的鋼材，可考慮應用在內彎半徑較大的構材，如浪板(deck)與折板
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(panel)，其使用限制可參考美國的冷軋型鋼設計規範[3.1]。
3.3 降伏應力
經由實驗所得之鋼材降伏應力，或考慮第3.4 節規定所得之鋼材降伏應力，在結構設計時
所使用之鋼材降伏應力(或降伏點)Fy，不得大於第3.2 節內材料所規定之最小降伏應力值。
解說：冷軋型鋼結構的構材強度通常是取決於鋼材之降伏強度，此外，彈性局部挫屈或是整體
挫屈亦是影響構材強度的原因。圖C-3.3-1 代表鋼材之應力-應變曲線，其中(a)圖是尖銳
降伏型式（sharp – yielding type），(b)圖是平緩降伏型式（gradual - yielding type），冷軋型
鋼材通常具有如(b)圖之應力-應變特性。
非彈
性區
彈性區
應變硬化區
應
力
應 變
應 變
應
力
σ
σ
圖C-3.3-1 鋼材之應力-應變曲線 (a)尖銳降伏型式；(b)平緩降伏型式
由於平緩降伏型式的應力-應變曲線上並無明顯之降伏點(yield point)，這類材料之降伏應
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力的取得則需採用橫距法(offset method)或定距法(strain–under–load method)。如圖C-3.3-2(a)
所示，在offset method 中，一般在降伏點的抉擇上乃使用0.2% offset，而虛線的斜率則與
此應力-應變曲線之初始線段之斜率相同。另在strain–under–load method 中(圖C-3.3-2(b))，
降伏點的決定則是在0.5%的固定應變處向上劃垂直線，此線與應力-應變曲線之交接處
即為降伏點。影響構材挫屈強度的因素除了降伏強度之外，鋼材之彈性模數(E)也是主要
因素之一。冷軋型鋼構材之E 值通常介於20000 與21000 kg/mm
2之間，為便於設計，本
應 變
應
力
應變
應
力
σ
σ
圖C-3.3-2 平緩降伏型式之應力-應變曲線示意圖
3.4 冷作成型之影響
本規範於第五章、第6.2.1 節、第七章、第八章、第九章、第10.4 節及第10.6.1 節中之構
材設計，其使用之鋼材降伏應力(Fy)得以較高值之平均降伏應力(Fya)用於構材之分析設計。
Fya 可由下列條件決定：
1.在軸向壓力構材及彎曲構材斷面之每一肢材，依第4.2 節之規定計算出折減
係數 ρ值均為1.0 時，且為載重設計之用時，其設計降伏應力Fya 可透過全斷
橫距法
定距法
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面的拉力實驗或短柱實驗取得，或依下式計算：
Fya = C Fyc + (1-C)Fyf ≤ Fuv
(3.4-1)
其中
C = 受壓構材為所有隅角斷面積之和與全斷面積之比值；撓曲構材為所
有控制翼板之隅角斷面積之和與所有控制翼板斷面積之和之比值
Fyf = 平板段權重平均張力降伏應力(可使用原始鋼材之降伏應力)
Fyc = 隅角處張力降伏應力
= BcFyv /(R/t)m
(3.4-2)
其中，Bc = 3.69(Fuv/Fyv)-0.819(Fuv/Fyv)2 -1.79
(3.4-3)
m = 0.192(Fuv / Fyv)-0.068
(3.4-4)
R = 內彎半徑
t = 鋼板厚度
Fyv = 原始鋼材降伏應力
Fuv = 原始鋼材極限張力
2.軸向張力構材之降伏應力應使用全斷面的拉力實驗或依上述公式決定之。
3.具有銲接的構材，其降伏應力應使用全斷面的拉力實驗決定之。
解說：冷軋型鋼材與平鋼板之機械性質有所差異，圖C-3.4-1 顯示冷軋型鋼斷面試驗結果有較
高之抗張強度及降伏應力[3.3]，此乃由於鋼材受到冷作之過程所致。
圖C-3.4-1 冷軋效果對槽型鋼材料性質之影響
進一步的研究得知該機械性質的改變是由於冷作過程後造成應變硬化(Strain Hardening)
及應變老化(Strain Aging)所致[3.4]，如圖C-3.4-2 所示。在圖C-3.4-2 中，A 曲線代表原有
鋼材之應力-應變曲線，B 曲線代表鋼材在應變硬化區域時釋載，C 曲線是在釋載後立刻
回載時之應力-應變曲線，而D 曲線則是在釋載，經過一段時間的應變老化後回載時之
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應力-應變曲線。在圖中可觀察到C 與D 曲線的降伏點皆高於原鋼材的降伏點，同時，
延展度在經應變硬化及應變老化的影響下亦會減低。
應 力
原始母材延展度
圖C-3.4-2 應變硬化與應變老化對應力應變曲線之影響
冷軋型鋼構材乃由鋼板或鋼片經由滾壓或輾壓而成，與熱軋型鋼頗不相同，冷軋型鋼構
材在冷作加工過程中會造成冷軋殘留應力，這就是所謂的冷作效果(cold-work effect)，也
即是在斷面隅角處及其周邊的材料機械性質，如降伏應力與極限應力將明顯的增強，相
反地延展度亦相對的降低。由於在計算壓力肢材的承載能力，係乃依其兩側加勁狀況，
與其到達極限強度的應力而定。而冷作效果所造成轉角周邊材料性質的變化則依下列因
素而改變之：
1. 使用鋼的種類。
2. 壓力或張力。
3. 冷軋的方向與應力方向的差異。
4. 原始鋼材之極限應力與降伏應力之比值(Fu/Fy ratio)。
5. 內彎半徑與材料厚度之比值(inside-radius-to-thickness ratio, R/t)。
6. 冷軋的數量。
| 增加之Fy 應變老化 D A C A 應變老化後之延展度 應變硬化 B C | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 增加之Fy 應變老化 | |||||||||
| A | |||||||||
| C | |||||||||
| A 應變老化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| C | |||||||||
| A 應變老化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| C | |||||||||
| A 應變老化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| C | |||||||||
| A 應變老化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| A 應變老化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| A 應變老化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| 應變硬化 | |||||||||
| B | |||||||||
| C | |||||||||
| 應變硬化後之延展度 | |||||||||
| 應變硬化後之延展度 | |||||||||
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3.5 延展性
未列入本規範中所規定之鋼材，其材料之延展性必須符合下列之規定方得使用。
材料試驗應依據中華民國國家標準CNS 試驗標準，其中(1)抗拉強度與降伏應力之比值不
得小於1.08，(2)測點距離為50mm 長之標準試材，總伸長率不得小於10%，或為200mm 測點
距離之標準試材試驗，其總伸長率不得小於7%。
解說：伸長率的要求乃在確保結構的安全與冷軋的成型度，本節之規定乃依據美國AISI 規範
設定，其目的在於針對新開發之高強度鋼材，並應用於冷軋型鋼構材時，必須符合之性
質。
3.6 鋼材厚度
冷軋型鋼結構於現場進料之鋼構材，其厚度(不含被覆之厚度)不得低於該構材設計時指定
厚度之95 %，但構材隅角處之鋼材厚度不在此限。
解說：本節之規定提供冷軋型鋼材厚度之容許誤差，一般而言，應在構材翼板中央的部分量測。
在計算斷面的性質與承載能力時，除非有特別的考量，一般則考慮以材料本體的厚度為
基準。對於經由冷作作用而減少厚度的隅角處，亦使用原本之厚度計算之。另加諸於材
料上之被覆(coating)或塗料所增加之厚度，也不應考量計算。