¶ 鋼構造建築物鋼結構設計技術規範｜極限設計法｜第一章 總則
發布機關：內政部
文件性質：鋼結構設計規範及解說
版本：96年6月11日訂定；99年9月16日台內營字第0990807042號令修正第13.2點。
官方來源：內政部主管法規共用系統 ｜ 國土管理署發布頁
查核日期：2026年8月28日。
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鋼結構極限設計法 第一章 總則 1.1 適用範圍 本規範依據建築技術規則建築構造編第235條之1規定訂定之。本規範適用於 建築之鋼結構設計。但不包括冷軋型鋼構造、鋼骨鋼筋混凝土結構及其它特殊結 構。 解說： 本規範適用於建築之鋼結構設計，而特殊用途結構物，如廠房及橋梁 等，其設計與一般建築物不同，應參考其相關之設計規定。對於冷軋型鋼 之構件設計，本規範亦不適用，其設計時可參照「冷軋型鋼構造建築物結 構設計規範及解說」或其它相關規範。對於鋼骨鋼筋混凝土結構本規範僅 將其併入第九章之合成構材設計，較詳細之設計規範可參考「鋼骨鋼筋混 凝土構造設計規範與解說」與相關之規範。對於特殊結構，或因研究資料 尚不完備及無統一之設計基準，或因規範無法針對特殊之個案而編寫，仍 有賴設計者依據實際的客觀條件及專業知識去設計。 本規範主要涵蓋設計人員經常會遭遇到之設計要件，而不包括於設計期 間內較少遭遇到之問題。 1.2 鋼結構接合型式 下列為鋼結構之基本接合型式，須分別依照本規範相關規定及設計假設以決 定其構材尺寸、接合型式及接合強度： 1.完全束制接合型式，係假設梁與柱之接合為完全剛性，亦即構材間之交角在 載重前後能維持不變。 2.部分束制接合型式，係假設梁與柱間，或小梁與大梁之端部接合無法達完全 剛性，亦即在載重前後其構材間之交角會改變。 本規範對於完全束制接合並無特別之限制條件；對於部分束制接合結構則與 所預期之端部束制程度有關；如果不考慮端部束制，一般稱為「簡支接合」，亦 即表示小梁或大梁之端部接合在垂直載重作用下，僅承受剪力並能自由轉動。使 用「簡支接合」時須滿足下列規定： 1.承受因數化垂直載重時，在接合處及所連接之構材須依簡支梁設計。 2.接合處及所連接之構材必須能夠抵抗因數化側向載重。 3.因數化垂直載重與側向載重同時作用時，接合處必須有足夠之非彈性轉動能 力，以避免螺栓或電銲處承受過大之應力。 設計接合構材或分析整體結構之穩定性時，如需考慮接合處之束制狀況，其 接頭之轉動特性必須以分析方法或實驗決定之。 解說： 本規範有關鋼結構接合之分類係將過去容許應力設計規範之剛性結合 1-1
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鋼結構極限設計法 方式改稱為完全束制接合型式，而將半剛性接合及簡支結合方式合併改稱 為部份束制接合型式。其中完全束制接合，可以採用彈性分析或非彈性分 析。部份束制接合若完全滿足「簡支接合」之規定時，接合處之束制可不 予考慮。若接合處具有抵抗彎矩之能力，且其彎矩強度及勁度大小皆為已 知時，可依接合之實際束制狀況加以設計，唯亦應考慮此部份束制接合對 結構穩定及構架二次效應之影響。 對於部份束制接合之彎矩強度與勁度之關係可經由分析或實驗來加以 決定，但因接合處受螺栓或銲接之影響，分析上較為困難，故一般較準確 之方法為以實驗求取這些資料，文獻(Kishi 1986)曾收集過去曾進行之試驗 資料並將其歸類整理得到數類彎矩轉角關係式，以供參考。 因數化載重乃指乘上載重因數後之載重。 垂直載重乃指垂直於構件主軸方向之各種載重。 1.3 品質要求 鋼結構施工由購料起以迄加工、接合、安裝完成，均應詳細查驗證明其品質 及安全，為確證施工能達到設計標準，應聘請專業人員辦理查驗工作，詳細記載 查驗事項，並剔除不合格部分。 解說： 本節之規定係依據建築技術規則建築構造編第239條之規定。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。 1.4 耐震要求 有關耐震設計之要求應依本規範第十三章之規定辦理。 解說： 因臺灣地處地震帶，故應加強有關耐震設計之要求。較詳細之耐震設 計規定請參閱本規範第十三章。 1.5 設計基準 鋼結構之設計應符合下列各項要求： 1.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。使用性極限係指正常使用下其使用功能 之極限狀態。 2.各類結構物之設計強度須依其結構型式，在不同載重組合下，可利用彈性分 析或非彈性分析決定之，唯用非彈性分析時，除其材料之降伏應力應小於 1-2
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鋼結構極限設計法 2 4.55tf/cm ，並須符合本規範有關結實斷面、穩定性及有效無支撐長度之規 定。 除混合梁外，小梁和大梁，包含有合成作用之構材，其材料之降伏應 2 力小於4.55t/cm ，並符合本規範有關結實斷面、穩定性及有效無支撐長度之 規定，且支承處為連續或以螺栓或銲接與柱剛接時，除懸臂梁外可依其承受 垂直荷重端支承處最大負彎矩之9/10設計，同時其正彎矩應增加平均負彎矩 之 1/10 。 柱 與 梁 剛 接 並 由 柱 抵 抗 負 彎 矩 時 ， 若 柱 之 軸 壓 載 重 不 大 於 ，則其彎矩可減少1/10設計之，其中，φ 為柱之強度折減因子， φ0.15 A F c g y c A 為柱之斷面積， F 為材料之標稱降伏應力。 g y 3.各構材及接頭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 ， 設 計 強 度 係 由 標 稱 強 度 乘 上 強 度 折 減 因 子 φ而 得 ， 即 φR R n n ，其中， 為材料或構件的強度折減係數， ； 為標 φR ≥ ∑ r Q φ φ < 1.0 R i i i i i i i 稱強度； 為載重放大係數， ； 則為標稱載重。強度折減係數及 r r ≥ 1.0 Q i i i 載重放大係數應依照本規範相關章節之規定決定之。 4.使用性及其他考慮：整體結構及每一構材、接合部及螺栓須依本規範第九 章及第十一章之規定檢核其使用性。 解說： 當整體結構或其部份構件在受力狀態下，未能滿足原設計之目的與功 能時，此結構可能已進入其極限狀態（limit state）。一般結構之極限狀態可 分為：(一)強度極限狀態（strength limit state），如結構元件或整體結構受 外力作用或其它原因而未能保持原設計之承載能力。(二)使用性極限狀態 （serviceability limit state），如變形、撓度或振動太大以致影響其使用性。 而結構設計之主要目標在於防止結構物在預估使用期限內產生上述之極限 狀態。但結構物之設計、施工至使用過程中有甚多之不確定因素皆可能影 響其強度極限或使用性極限，諸如：在結構分析上所作之近似假設、載重 預估之不準確性、施工過程品質之控制等，而實際結構物之使用狀態亦可 能與原設計上之功能有所差誤。針對這些可能導致結構物進入極限狀態之 因素，一般設計規範均以安全係數來加以防範，過去常用的設計理念，是 以 折 減 材 料 之 強 度 來 作 為 設 計 之 安 全 係 數 ， 此 即 為 容 許 應 力 設 計 法 （Allowable Stress Design）(AISC 1978)；亦有將工作載重乘上載重係數（安 全係數）以涵蓋設計上之不確定因素者，如塑性設計法（Plastic Design）(AISC 1978) 。 影響結構安全的因素甚多，較主要者為材料強度及載重預估，前述容 許應力設計法或塑性設計法常以折減材料強度或放大載重作為設計之安全 係數，對結構安全的掌握並非最佳的方法。近年來，設計方法逐漸傾向採 取以可靠度分析為基礎之極限設計法，此法以機率模式，將材料強度之變 異性與載重之變異性當作決定強度折減係數與載重係數的依據，使結構物 1-3
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鋼結構極限設計法 的整體安全性，較能達到一致之水準。此種方法可以下式來說明(Ravindra 1978)： φR ≥ r Q (C1.5-1) ∑ i i i i 其中， 為材料或構件的強度折減係數， ； 為標稱強度； 為載 φ φ < 1.0 R r i i i i 重放大係數， ； 則為標稱載重；而 及 皆以可靠度之方法決定 r ≥ 1.0 Q φ r i i i i 之。以可靠度分析為基礎之極限設計法可在不同的設計情況下（如張力構 件，壓力構件等，或不同的載重組合時），保持預先設定的安全性或可靠 度。此法亦可由設定之可靠度來反應預期的破壞型式，例如設定梁構材比 柱構材先達降伏，可提供預警作用。設計者經由可靠度設計的步驟，能更 了解功能需求和結構行為的相互關係。 工程系統的可靠度可藉由工程系統失敗的或然率推導之，功能函數一 般可定義為多變數函數如 。函數 可以決定系統 g( X ) = g( X , X ..., X ) g( X ) 1 2 n 的狀態， 安全狀態 (C1.5-2) g( X ) > 0 ≡ 失敗狀態 (C1.5-3) g( X ) < 0 ≡ 系統達極限狀態 (C1.5-4) g( X ) = 0 ≡ 在二維變數中可以下式代表： g(R，Q) = R − Q 其中， 、 分別為系統抵抗力及外力。若假設 與 的或然率分佈為已 R Q R Q 知，而且假設 與 為統計上獨立且連續事件，則系統失敗的機率 可寫 R Q P f 成： P = P(R < Q) f ∞ = F (x) f (x)dx (C1.5-5) ∫ R Q 0 其中， F ( x) 為隨機變數 之累積或然率分佈函數（cumulative probability R R distribution function，cdf），而 f ( x) 則為隨機變數 之或然率密度函數 Q Q （probability density function，pdf）。若 及 皆為常態分佈，則 R Q ⎡ ⎤ R − Q m m ⎢ ⎥ P = Φ − = Φ (− β) (C1.5-6) f 2 2 ⎢ ⎥ σ +σ R Q ⎣ ⎦ 其中， 、 分別為 及 之平均值，而 、 則分別為 及 之標準 R Q R Q σ σ R Q m m R Q 偏差，Φ 為標準常態或然率分佈函數， 則稱為安全指標（safety index）或 β 可靠度指標（reliability index）。上式使用於早期以或然率為基礎之設計規 範中，而AISC極限設計法規範則使用圖C1.5-1所示之方法，且因 [ln(R / Q)] m 2 2 ≒ ，σ ≒ ，所以 ln(R / Q ) V + V m m ℓn(R/Q) R Q 1-4
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鋼結構極限設計法 ln(R / Q ) m m β≈ (C1.5-7) 2 2 V + V R Q 2 2 上式中之 V + V 可利用分離係數 將其線性化。茲定義分離係數 α R Q RQ 如下： α RQ 2 2 V +V R Q α = (C1.5-8) RQ V +V R Q 對一般常用之 與 而言， 值可取為0.55 (Ravindra 1978)，因此 V V α R Q RQ (C1.5-7)式可改寫如下： R = exp[βα (V + V )]Q m RQ R Q m 或 (C1.5-9) exp[−βα (V )]R = exp[βα (V )]Q RQ R m RQ Q m 上式中等號左邊為強度之函數而等號右邊為載重之函數，亦即 φR = rQ (C1.5-10) m m 其中，φ為強度折減係數， 為載重放大係數。一般設計規範常以標稱值 r R n 及 來表示，因此(C1.5-10)式可寫為 Q n φR ≥ r Q (C1.5-11) n n R m 其 中 φ= exp(− 0.55βV ) R R n (C1.5-12) (C1.5-12)式即為目前規範中強度折減係數φ之表示方法。 對於載重係數 之求取，本規範採用一階線性二次矩的方法來計算 r （First-Order-Second-Moment Method）。由於在二維變數中，安全指標 相 β 當於安全界限距離原點最短之距離(Ellungwood 1980)，而 或 表示臨界 α α R Q 點上各參數軸的方向餘弦，因此在失敗面上的臨界點為： Q = −α β (C1.5-13) Q R = −αβ (C1.5-14) R 方向餘弦為： (∂g / ∂Q) α = (C1.5-15) Q 2 2 (∂g / ∂Q) + (∂g / ∂R) 當安全指標的界限已知後，便可利用上式求得設計時的外力Q 和臨界 * 點上所求得之外力 比值，得 Q 1-5
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鋼結構極限設計法 * Q γ = (C1.5-16) i Q * 由於 在數學模式中為無因次向量，其無因次化的步驟為 Q * Q − Q Q = (C1.5-17) σ Q * 故 Q = Q − Q ⋅σ Q * = Q −α ⋅β⋅σ Q Q * = Q(1 −α ⋅β⋅V ) (C1.5-18) Q Q 因此載重放大因子 可依下式求得 r * γ = 1 −α ⋅ β⋅V (C1.5-19) i Q Q * 其中，α 表示在臨界點上的臨界方向餘弦。求得φ及 之後再依式(C1.5-11) r Q 即可進行結構設計。此種基於可靠度分析，以載重放大係數和強度折減係 數來彌補無法預見的標稱值偏差，將可使設計的結構較能達到預先設定的 安全程度，且不致過於保守或造成危險。 1-6
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鋼結構極限設計法 1.6 製圖規定 1.6.1 設計圖 設計圖應依照結構計算書之計算結果繪製，至少應包含下列各項： 1.建築結構之平面圖、立面圖、剖面圖及必要之詳細圖。平面圖應註明方 位及與建築線之相關位置。圖上應註明使用尺寸之單位，尺寸之單位以mm 為原則。 2.構材之斷面尺寸及其相關位置。 3 . 接 合 詳 細 圖 或 接 合 所 採 用 之 接 合 型 式 及 其 接 合 處 所 承 受 之 剪 力 、 彎 矩、扭力及軸力等力量之大小、方向及作用點。 4.桁架、大梁等必要之預拱。 5.一般規定事項： (1)設計規範、設計載重及鋼構架型式。 (2)設計時所採用之活載重、靜載重、地震力、風力、施工載重及其他在 設計時已考量之特殊載重。 (3)使用鋼材之規格及其降伏強度與抗拉強度。 (4)銲材、螺栓等接合物之規格及強度。 (5)以高強度螺栓接合之接頭應註明摩阻式接合或承壓式接合。 (6)直接承壓之柱與柱、柱與底板及加勁板之承壓面，必要時應加註需要 加工之程度。 (7)加勁材或斜撐應註明繪製施工圖所需之資料。 (8)繪製施工圖所需要之標稱載重及設計強度。 1.6.2 施工圖 鋼結構施工前應依據設計圖說，繪製施工圖。 1-7
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鋼結構極限設計法 施工圖須註明各構材於製造、組合及安裝時所需之完整資料，至少應包含下 列各項： 1.安裝圖：標示結構物之方位、構件之編號，及其相關位置之尺寸、工地接合 之位置及其注意事項。必要時應提供吊裝重量、重心位置及順序。 2.製造圖：依設計圖說繪製，並註明下列各項資料： (1)構材之尺寸、重量、數量、編號、表面處理方式及相關位置。 (2)配件（含吊耳）之尺寸、位置、數量及編號。 (3)螺栓之孔徑大小、位置及數量。 (4)銲接之型式、尺寸、長度及相關技術。 (5)螺栓或銲接是否為廠製或現場施工及其他注意事項。 3.材料表：依製造圖，列表標示每一構材與配件等之斷面尺寸、長度、數量、 重量、材質等資料。 4.原設計圖與製造、安裝等有關之規定均應分別加註於製造圖及安裝圖中。 1.6.3 製圖比例 設計圖及施工圖之比例，以能明確標示各項資料為原則。 解說： 結構全圖之平面、立面之比例不宜小於1/100，而結構詳細圖之立面、 剖面之比例不宜小於1/20。 1.6.4 圖線規定 繪畫圖線，應依CNS B1001「工程製圖之一般準則」之規定。 1.6.5 構材符號 構材符號依下列規定以英文字母表示之： (B)代表梁，(C)代表柱，(F)代表基腳，(G)代表大梁，(GT)代表圍梁，(J)代表 柵梁，(LL)代表下弦構材，(P)代表桁條，(UL)代表腹構材，(UU)代表上弦構材。 1.6.6 鋼材符號 鋼材符號依下列規定表示之： (BH)代表銲接工型鋼，(C)代表槽鋼，(L)代表角鋼，(H)代表工型鋼，(T)代表 T型鋼，(I)代表標準I型鋼，(PL)代表鋼板，(PP)代表鋼管，(RH)代表熱軋工型鋼， (Z)代表Z型鋼，(□)代表箱型鋼，(RB)代表圓棒鋼。 1-8
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鋼結構極限設計法 1.6.7 銲接符號 銲接符號及標註符號方法應依CNS B1001-6－工程製圖之銲接（本規範以下稱 銲接）符號之規定。 1.7 常數 2 鋼結構所用結構鋼、鑄鋼、鍛鋼之彈性模數為2040 tf/cm ，剪力彈性模數為 2 o 810 tf/cm ，波森比為0.3，溫度伸縮係數為0.000012/ C。 1.8 符號說明 材料或構件的強度折減係數， φ = φ < 1.0 i i =標稱強度 R i =載重放大係數， r r ≥ 1.0 i i =標稱載重 Q i 1-9
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