¶ 新版鋼結構設計技術規範中因應我國載重與工程特性之相關參數研究｜第三章 研究內容（3／7）
發布機關：內政部建築研究所
受委託單位：中華民國鋼結構協會
研究主持人：王炤烈；共同主持人：林克強
版本與性質：111年12月；委託研究報告（11115G0019、PG11102-0058）
官方來源：研究成果發布頁 ｜ 官方原始PDF
閱讀提醒：本件為111年12月研究成果，不是現行設計規範。原報告所提載重、安全係數、材料與草案內容均須連同研究假設閱讀，不可直接當作法定設計要求。
受委託單位：中華民國鋼結構協會
研究主持人：王炤烈；共同主持人：林克強
版本與性質：111年12月；委託研究報告（11115G0019、PG11102-0058）
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研究報告目錄 ｜ 建研所研究報告與技術資料 ｜ 結構設計與材料
本件採分範圍收錄，未重製附錄三、四；原檔文字、圖表與頁序依出版時內容保留。
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第三章 研究內容 圖 3-3 本研究案十九層鋼結構建築物分析例 33
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新版鋼結構設計技術規範中 因應我國載重與工程特性之相關參數研究 圖 3-4 本研究案七層鋼結構建築物分析例 表 3-8 本研究案鋼結構建築物樓板載重設定 樓板載重荷重表 2 屋頂層: 鋼筋混凝土樓板 AVG. t= 15 cm 0.36 tf/m 2 泡沫混凝土隔熱 AVG. t= 5 cm 0.05 tf/m 2 PU防水層 AVG. t= 2 mm 0.001 tf/m 2 舖水泥磚面材 0.03 tf/m 2 天花板或粉刷層 0.02 tf/m 2 靜載重 0.461 tf/m 2 活載重 0.5 tf/m 2 一般層: 鋼筋混凝土樓板 AVG. t= 15 cm 0.36 tf/m 2 水泥砂漿粉底 AVG. t= 4 cm 0.08 tf/m 2 舖面材(含打底) 0.03 tf/m 2 靜載重 0.47 tf/m 2 活載重 0.2 tf/m 建築結構分析方法很多，這些方法亦均透過不同的假設來模擬結構物受力的實際情 形。雖然這些假設或多或少都會造成若干誤差，但相較於一般正統的分析方法，經過假 設簡化後的方法卻有使用簡單及執行快速的優點。因此，使用這些方法前勢須了解這些 假設所造成之誤差情形、影響之程度，才能正確而快速地加以運用。本研究以靜力分析 34
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第三章 研究內容 的方式，配合 ETABS 結構設計及分析軟體建構模型，探討 2 種不同的 SMRF(韌性抗彎 矩構架)系統結構之鋼結構設計與檢核，其間需先行檢核各構件之各種載重作用下之受 力特性，其值係以現行建築技術規則、建築物耐震設計規範、建築物耐風設計規範來加 以設訂，並進行分析，主要考量以線性分析為主，其後對於 ETABS 程式所計算出之鋼 結構檢核，進行最佳化之鋼結構配置，再根據實際的鋼結構桿件斷面，求各斷面的塑性 彎矩，間接求得各層柱剪力強度，集合各層柱剪力強度當作該層剪力強度，再與建築物 耐震設計規範所求得各層設計地震力相除，比較上、下層之極限層剪力強度是否滿足規 範規定有弱層存在，進行耐震檢核與設計，了解其設計成果在 ASD 與 LRFD 設計法下 之差異，變化兩種國內常見建築物結構樓層形式，檢核容許層間相對側向位移角後，求 得各桿件塑性彎矩，間接求得各柱桿件水平剪力強度，進而探討地震力對載重組合之影 響研究。樓版活載重，以現行國內建築相關規定進行設定，包含棋盤載重等效應，而地 震力與風力之側向力分佈等各種會影響結構反應的因素考慮進分析模型中，比較在不同 建築高度之下建築物結構構件受力的差異。 本研究將以四個不同位置之鋼結構構件案例，選擇不同位置與受力型態的結果進行 比較探討，分析不同選擇位置之構件受力特性結果，本研究依分析結果建議選擇合宜之 容許應力設計法選用參數，以訂立本土化鋼結構建築物容許應力設計法之一致性安全係 數。同時亦探討現階段規範草案所建議之容許應力設計法主要之安全係數考量，是否適 合於國內建築環境使用。 一般而言，對於位於高樓層之梁構件，其受力行為係以彎矩為主，而受力來源梁中 點主要為靜載重與活載重，梁端則受結構側向力所引致的彎矩為主，因此，高樓層之梁 構件其載重組合受力成分與低層梁構件受力模式有不同之來源組成，在柱構件的比較方 面，高樓層柱構件，以承受垂直載重為主要來源，低樓層之柱構件，則須負擔較多之結 構側力作用下引致之軸力與彎矩，故其梁柱構件行為較為明顯。經由各類型不同結構構 件類型，在樓層位置不同設定下進行設計，對於軸力(張力、壓力)、彎矩、扭矩、剪力 之各種載重組合與構件對應之強度折減係數，將對 ASD 設計法之合理一致安全係數有 顯著差異，故分析統計不同部位桿件其取用之安全係數，對規範草案統整考量 LRFD 與 35
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新版鋼結構設計技術規範中 因應我國載重與工程特性之相關參數研究 ASD 設計法之設計結果一致性有重要貢獻。 圖 3-5 內柱位置之鋼結構構件不同載重種類加載差異表 圖 3-6 角柱位置之鋼結構構件不同載重種類加載差異表 36
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第三章 研究內容 表 3-9 本研究案 19 層鋼結構建築物活靜載重比統計表 Floor No. Column Beam P V2 V3 M2 M3 V2 V3 M2 M3 19 F 0.684~0.519 0.554~0.410 0.656~0.016 0.301~0.479 0.052~0.532 0.299~0.581 0.309~0.583 0.147~0.482 0.445~0.563 18 F 0.376~0.381 0.776~0.486 0.335~0.191 0.087~0.507 0.314~0.584 0.337~0.536 0.252~0.451 0.256~0.518 0.327~0.513 17 F 0.198~0.617 0.794~0.422 0.315~0.955 0.069~0.473 0.195~0.413 0.054~0.553 0.175~0.504 0.277~0.554 0.258~0.392 16 F 0.539~0.306 0.165~0.420 0.404~0.512 0.251~0.534 0.187~0.507 0.291~0.440 0.162~0.421 0.042~0.544 0.146~0.429 15 F 0.361~0.451 0.174~0.434 0.542~0.023 0.113~0.533 0.080~0.467 0.210~0.452 0.185~0.481 0.240~0.430 0.387~0.475 14 F 0.318~0.357 0.120~0.442 0.506~0.086 0.283~0.501 0.289~0.509 0.065~0.483 0.163~0.487 0.286~0.376 0.338~0.481 13 F 0.510~0.660 0.635~0.356 0.478~0.539 0.271~0.564 0.159~0.391 0.157~0.516 0.025~0.400 0.146~0.381 0.134~0.459 12 F 0.381~0.362 0.639~0.351 0.335~0.378 0.305~0.369 0.037~0.411 0.272~0.559 0.267~0.534 0.018~0.425 0.266~0.413 11 F 0.398~0.416 0.277~0.346 0.378~0.154 0.266~0.450 0.066~0.412 0.136~0.362 0.152~0.430 0.155~0.451 0.297~0.502 10 F 0.448~0.278 0.305~0.396 0.233~0.166 0.231~0.352 0.107~0.390 0.280~0.367 0.268~0.386 0.031~0.503 0.152~0.358 9 F 0.378~0.567 0.435~0.327 0.147~0.233 0.011~0.455 0.266~0.525 0.241~0.526 0.096~0.455 0.248~0.422 0.367~0.416 8 F 0.451~0.555 0.524~0.328 0.593~0.251 -0.00~0.497 0.243~0.376 0.004~0.505 0.040~0.384 0.155~0.411 0.225~0.400 7 F 0.399~0.542 0.207~0.360 0.211~0.223 0.098~0.345 0.245~0.530 0.023~0.522 0.191~0.456 0.086~0.380 0.362~0.478 6 F 0.398~0.316 0.160~0.326 0.175~0.471 0.215~0.424 0.027~0.501 0.117~0.380 0.246~0.460 0.176~0.365 0.105~0.368 5 F 0.371~0.397 0.162~0.265 0.222~0.164 0.251~0.418 0.169~0.517 0.112~0.433 0.266~0.503 0.194~0.510 0.214~0.386 4 F 0.545~0.368 0.269~0.306 0.267~0.369 0.240~0.431 0.185~0.437 0.135~0.485 0.050~0.423 0.101~0.424 0.254~0.493 3 F 0.245~0.386 0.046~0.293 0.029~0.520 0.213~0.398 0.124~0.510 0.183~0.491 0.219~0.396 0.155~0.489 0.109~0.313 2 F 0.126~0.345 0.086~0.213 0.164~0.579 0.209~0.499 0.127~0.377 0.121~0.360 0.008~0.364 0.056~0.482 0.235~0.357 1 F 0.232~0.467 0.388~0.212 0.173~0.411 0.065~0.434 -0.03~0.331 0.095~0.301 0.233~0.498 -0.01~0.355 0.341~0.423 圖 3-7 本研究案 19 層鋼結構建築物活靜載重比統計分佈圖(柱構件) 37
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新版鋼結構設計技術規範中 因應我國載重與工程特性之相關參數研究 圖 3-8 本研究案 19 層鋼結構建築物活靜載重比統計分佈圖(梁構件) 表 3-10 本研究案 7 層鋼結構建築物活靜載重比統計表 Floor No. Column Beam P V2 V3 M2 M3 V2 V3 M2 M3 7 F 0.424~0.571 0.592~0.560 0.275~0.403 0.278~0.528 0.405~0.434 0.596~0.576 0.479~0.557 0.292~0.556 0.342~0.560 6 F 0.289~0.532 0.408~0.421 0.432~0.429 0.449~0.417 0.569~0.439 0.293~0.555 0.307~0.482 0.498~0.483 0.308~0.509 5 F 0.460~0.445 0.275~0.563 0.552~0.557 0.561~0.442 0.387~0.414 0.346~0.543 0.475~0.504 0.230~0.413 0.317~0.506 4 F 0.416~0.432 0.312~0.515 0.235~0.378 0.238~0.493 0.289~0.537 0.431~0.517 0.263~0.496 0.471~0.507 0.265~0.453 3 F 0.375~0.405 0.450~0.514 0.432~0.463 0.426~0.462 0.543~0.494 0.445~0.475 0.266~0.520 0.348~0.443 0.232~0.524 2 F 0.348~0.497 0.403~0.471 0.482~0.344 0.263~0.478 0.233~0.435 0.153~0.429 0.267~0.388 0.292~0.435 0.225~0.325 1 F 0.293~0.359 0.333~0.493 0.271~0.490 0.259~0.445 0.276~0.347 0.479~0.433 0.185~0.371 0.304~0.450 0.356~0.451 圖 3-9 本研究案 7 層鋼結構建築物活靜載重比統計分佈圖(柱構件) 38
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第三章 研究內容 圖 3-10 本研究案 7 層鋼結構建築物活靜載重比統計分佈圖(梁構件) 3.1.5 既有鋼結構建築耐震能力評估與補強 前期研究成果，提出「新版鋼構造建築物鋼結構設計技術規範之修訂草案」研擬(簡 稱新鋼構規範)，主要架構如圖 3-11 所示。該版規範草案是以美國 2016 年版的鋼造建築 結構設計規範(AISC 360-16)為依據，但美國鋼結構協會(AISC)對於鋼結構設計規範，長 期有委員會在追蹤國際設計規範之走向，亦經常與業界討論需求，並定期公布該協會修 改之各種規範與技術手冊，由最新資訊顯示，ASIC 360 委員會刻正進行 AISC 360- 22(draft)草案之意見徵詢彙整，並預定於 2022 年底審議後修編發行，而同時也進行 AISC 341-22(draft)草案意見徵詢，並將同時於 2022 年底修編發行。新鋼構規範係以 AISC 360 與 AISC 341 兩本規範將其合併，綜整編撰，並採用國內相關工程環境參數與慣例，統 整後編製出草案。AISC 360-16 其主要分工規範架構，如圖 3-12 所示，依其組成來說， 耐震設計之相關規定是另以 AISC 341-16 來加以規範，新版鋼構規範第十四章耐震設計 篇，其主體即為 AISC 341-16 之內容與架構，美國新版 AISC 341-22(draft)中新修訂之部 分並不多，故新版鋼構規範第十四章之內容仍適用於未來國際趨勢。而 AISC 360-16 中 之「附錄 E-既有鋼結構之耐震評估與補強」相關配套細節，則是藉助 ASCE/SEI 41-17 Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings 之內容第九章 STEELAND IRON 章 節加以規範，然而新版鋼構規範參照之 AISC 360-16 附錄 Appendix E 「既有構造物評 39
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新版鋼結構設計技術規範中 因應我國載重與工程特性之相關參數研究 估」章節，係以原則性條文論述鋼構造建築之耐震評估與補強方向，AISC 組織已在 2020 年起推動新進一版鋼結構耐震評估與補強規範草案，已將該附錄之更完整內容與細節， 另以 AISC 342-22(Draft) Seismic Provisions for Evaluation and Retrofit of Existing Structural Steel Buildings 補充納入定義，並於 2022 年 3-4 月完成各方意見蒐集，預定於 2022 年底 完成審議與發行，亦即，未來 AISC 342-22 審議發行後，將取代 ASCE/SEI 41-17 之地 位，成為鋼結構建築物耐震評估與補強規範之主軸，脫離 ASCE/SEI 41 規範羈絆，AISC 342 與 AISC 360、AISC 341 等鋼結構建築專業規範同步更新與時俱進，也將更符合鋼結 構建築設計相關規範之獨立完整架構，如圖 3-13 所示。 圖 3-11 新版鋼構設計規範與 AISC 規範關聯圖 40
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第三章 研究內容 圖 3-12 AISC 360-16 相關規範架構圖 圖 3-13 AISC 360-22(draft)相關規範架構圖 對於既有鋼結構建築物耐震評估的相關規定，1996 年美國 ATC-40 採用容量震譜法 進行耐震評估；1997 年，美國 FEMA 273 補充定義鋼結構容量曲線模型，對不同的構件 (梁、柱、斜撐)依斷面性質、接頭形式等條件給予塑鉸性質參數設定的建議值。至 1999 年，CSI 使用 ATC-40 的容量震譜法作為結構分析程式 ETABS 中非彈性分析的理論來 源。國內國家地震工程研究中心於 2018 年提出了鋼構造建築物耐震能力詳細評估的辦 法，以容量震譜法與非線性靜力分析為基礎，並使用國內工程師普遍使用之 ETABS 程 式進行非線性靜力側推分析。美國至 2013 年，於 ASCE/SEI 41-13 中規定了建築結構之 耐震評估與補強準則，其中包含鋼筋混凝土、鋼結構、木構造、SRC 構造、複合構造等 41
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新版鋼結構設計技術規範中 因應我國載重與工程特性之相關參數研究 之既有構造物耐震評估細節與方法。後續另改版至現行之 ASCE/SEI 41-17 版本，相關 鋼構造之耐震評估方法，主要是對於抗彎矩系統之梁、柱非線性鉸參數，訂定評估應進 行之相關檢核項目，包含鋼柱之軸力、軟層、結構之週期、最大基底剪力強度、軟弱層 之檢核、結構之破壞模式及非線性鉸之參數等。ASCE 41-17 定義了三個性能層級 (performance level)，包括：可即時居住(Immediate Occupancy, IO)、生命安全(Life Safety, LS)及防止崩塌(Collapse Prevention, CP)等結構安全等級，再於構件的彎矩與轉角的非線 性關係曲線上，標示各性能層級如表 3.9 所示，在這些性能層級中，選擇一個作為耐震 性能目標，若側推分析過程中有構件的非線性轉角達到選定的性能層級，此時對應的容 量曲線上之性能點即耐震性能目標。上述之相關規定與後續改版，將由 AISC 342-22 之 內容與架構接手，由該規範草案內容來看，是針對 ASCE/SEI 41-17 所定義之鋼構件參 數依構件種類與受力特性，將其重新編排於章節 C 中，而結構形式對應之性能層級與容 許接受準則，將其重新編排於章節 D 至章節 I 中。 “Component permissible performance parameters shall be determined in accordance with the general requirements in ASCE/SEI 41, Section 7.5, this chapter, Chapter C, and any system-specific requirements set forth in Chapters D through I.” – AISC 342-22(draft) 有鑑於此，本研究參考 AISC 342-22(Draft) 所提之非線性鉸參數，並按照國內工程 習慣，建議將其轉換為本土常用單位，供塑鉸參數檢核或作為手動計算塑鉸參數以輸入 ETABS 之依據，以利進行側推分析。AISC 342-22 針對抗彎矩鋼構造建築，採用建議之 構件非線性鉸性質，考量傳統接頭及改良式接頭，研擬建議之性能目標，提出進行耐震 評估時須檢核之項目與方法。 AISC 342-22(DRAFT)草案內容，主要特色如下： • 如圖 3-12 所示之規範相互關聯圖，以及圖 3-13 之 AISC 342-22 章節架構表，可 以了解 AISC 342-22 後續將成為 AISC 360 附錄 E 既有結構評估內容之主軸支援 與細節文件。 • AISC 342-22 將原採用 ASCE/SEI 41-17 之耐震評估與補強內容加以重新編排，更 42
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