¶ 冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說－第四章 肢材設計（1／3）
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第四章 肢材設計
4.1 適用範圍
本章涵蓋了肢材平板寬厚比的設計要求，加勁受壓肢材、未加勁受壓肢材、具邊緣加勁材
的受壓肢材與中間加勁的受壓肢材的有效寬度計算式分別於本章規範內予以說明。
解說：冷軋型鋼構材之斷面可視為由許多個斷面肢材(element)所組成。與熱軋型鋼構材比較之
下，冷軋型鋼構材的肢材平板寬厚比則顯得相當大，即肢材過於寬而薄。當構材在承受
撓曲力、軸向壓力、剪力或支承壓力時，構材肢材可能產生挫屈應力小於該構材降伏應
力的局部挫屈。圖C-4.1-1 顯示梁及柱在受力時的局部挫屈型態[4.1]。冷軋型鋼壓力構材
之應力行為較熱軋鋼複雜，分析理論也不盡相同。因為冷軋型鋼構材的壓力肢材使用了
相當大的平板寬厚比，同時受壓肢材在產生局部挫屈後，冷軋型鋼構材仍然能繼續承載
相當大的力量，這就是所謂的後挫屈強度，因此局部挫屈在設計冷軋型鋼構材當中是極
須考慮的一個因素。
圖C-4.1-1 受壓肢材的局部挫屈-(a)撓曲構材、(b)受壓構材
冷軋型鋼壓力構材之應力行為較熱軋型鋼複雜，分析理論也不盡相同，因為冷軋型鋼構
受壓肢材
受壓肢材
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材的受壓肢材(compression element)使用了相當大的寬厚比，同時壓力肢材在產生局部挫
屈後，冷軋型鋼構材仍然能繼續承載相當大的力量，這就是所謂的挫屈後強度
(post-buckling strength)，因此局部挫屈在設計冷軋型鋼構材當中是極須考慮的一個因素。
冷軋型鋼構材在局部挫屈問題上採用有效斷面之觀念，當壓力構材之寬厚比超出最大限
制值時，構材之使用斷面積不可視為全部有效，需將斷面各單元之平板寬(flat width)乘上
折減係數得到有效寬度，依據有效寬度計算構材之有效斷面積，以降低構材之容許載
重。對於未加勁受壓肢材與加勁受壓肢材有效寬度的示意圖可參考圖C-4.1-2 與圖C-4.1-3
[4.2]。定義及計算公式詳4.3 節與4.4 節。
圖C-4.1-2 未加勁受壓肢材有效寬度的示意圖
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圖C-4.1-3 加勁受壓肢材有效寬度的示意圖
4.2 肢材尺寸之限制與考量
4.2.1 翼板平板段之寬厚比
1. 翼板平板段寬厚比之限制 - 無論撓曲構材或受壓構材之翼板平板段是否具有中間加勁材，
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翼板平板段之容許寬厚比(w/t)之上限值須符合下列規定：
(1)加勁受壓肢材一長邊連接腹板或翼板肢材，另一長邊以下列肢材加勁者：
a.突唇為60
b.其他之加勁材，當Is ≥ Ia為90
當Is < Ia為60
(2)加勁受壓肢材二長邊皆與其他加勁肢材連接者為500
(3)未加勁受壓肢材為60
其中
w = 翼板平板段寬度
t = 翼板之實際厚度
Ia = 加勁材的適用慣性矩，即加勁之部分可視為加勁肢材
Is = 加勁材的全斷面慣性矩(對平行於被加勁肢材之加勁材中性軸)
註：未加勁受壓肢材之w/t 大於30 及加勁受壓肢材之w/t 大於250 時，在完
全承受全部設計強度載重之情況下，會產生相當大之變形，但不致影響
其構材發展其設計所需強度；加勁受壓肢材之w/t 大於500 時，雖仍可
擁有適當之設計強度，但因會產生相當大之變形，本規範所列之有關計
算式皆不適用。
2. 翼板捲曲 - 冷軋型鋼載重梁翼板過寬，則可能產生翼板朝向中性軸方向上捲曲，其捲曲量
(cf)可由公式(4.2-1)計算之，此公式可適用受壓或受拉之加勁或未加勁翼板 。
其中
d = 梁之深度
fav = 以未折減之翼板全寬為基準計得的平均應力(如以有效翼板設計寬為基準計得之
應力，則應為其最大應力乘以有效設計寬度與實際寬度之比值)
t = 翼板之厚度
wf = 突出腹板外，懸挑之翼板寬；如為箱形梁或U 形梁，則為腹板間距的1/2
cf = 梁翼板之捲曲量，如已知cf 之限制值，則可求得容許之翼板最大寬度，cf 之限制
值可由設計人員自訂，一般假定為梁深d 之5%
E = 彈性模數
3. 剪力延遲 - 當梁之跨距小於30wf，同時，其所受之載重為單一集中載重或為數個集中載重
且其間距大於2 wf時，此梁之翼板(含壓力與張力面)的有效設計寬度與其實際寬度比的上限
值見表4.2.1。
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表4.2.1 短跨距梁承受集中荷重時翼板有效設計寬度與實際寬度比之上限比值
上表內，L 乃指全跨距;如為連續梁，L 則為反曲點間之距離;若為懸臂梁，L 為全長之一
半。wf為I 形梁(或類似斷面)突出腹板外之翼板寬；如為箱形梁或U 形梁，則為腹板間距的
1/2。若I 形梁或類似斷面的翼板具突唇者，則wf的計算為突出腹板外之翼板寬加上突唇之
深度。
解說：大體而言，未加勁受壓翼板的寬厚比超過30，加勁受壓翼板的寬厚比超過250，在到達
極限設計強度時，構材會產生相當大的變形。然而經由實驗的觀察，在構材達到極限設
計強度時，此二種情形的限制值各為60 與500 時其變形量尚在合理的範圍內。當受壓
肢材超過此限制值時，試驗的進行是必需的。
如果冷軋型鋼載重梁翼板過寬或翼板厚度較薄時，可能產生翼板朝向中性軸方向上的捲
曲，因而減低梁的承載能力。造成翼板捲曲的原因，乃在於梁在其長向上撓曲，於翼板
之內產生撓曲應力。經實驗證明，翼板捲曲會減低梁的承載能力。在已知cf之條件下，
公式(4.2-1)則可用以計算wf值。另對於此類翼板捲曲問題的分析運算，可參考文獻[4.3]。
剪力延遲乃意指短梁受彎曲荷重時的行為表現。在冷軋型鋼構材中，剪力變形對載重梁
斷面的應力分布影響通常皆可以予忽略不計，但與梁跨距相比之下，如果梁翼板過寬，
剪力變形對於彎曲應力的影響將甚為顯著，也就是說，如果載重梁的跨距與翼板寬度比
過小，其由彎曲所造成之翼板長向(軸向)應力將呈現不均勻之分布情形(如圖C-4.2-1)。
如圖所示，翼板的彎曲軸向應力，隨著離腹板距離愈遠則愈小。為簡化計算，不均勻的
應力可轉換為均布應力，再以有效寬度的觀念而計算之[4.4]。表4.2.1 則明列有效設計寬
度與實際寬度比的對照表。
表4.2.1 僅適用於短跨距梁承受集中荷重時翼板的有效設計寬度計算，由圖C-4.2-2 中的
B 曲線可發現，承受均布載重的有效設計寬度與實際寬度的比值，與AISI 設計標準所計
算的曲線差異甚大。
| L/w f | 上限比值 | L/w f | 上限比值 |
|---|---|---|---|
| 30 | 1.00 | 14 | 0.82 |
| 25 | 0.96 | 12 | 0.78 |
| 20 | 0.91 | 10 | 0.73 |
| 18 | 0.89 | 8 | 0.67 |
| 16 | 0.86 | 6 | 0.55 |