¶ 鋼構造建築物鋼結構設計技術規範｜容許應力設計法｜第13.2點修正規定
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
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鋼構造建築物鋼結構設計技術規範（一）鋼結構容許
應力設計法規範及解說第十三．二點修正規定
13.2 材料及構材強度 13.2.1 使用材料 1.用以抵抗地震力之鋼構材其材料規格應符合第三章之規定，且須符合下列規格： CNS 13812 (SN400A、SN400B、SN400C、SN490B、SN490C)，CNS 2947 (SM400A、SM400B、SM400C、SM490A、SM490B、SM490C、SM490YA、SM490YB、SM520B、SM520C、SM570)，CNS 4435，CNS 4269 (SMA400AW、SMA400BW、SMA400CW、SMA400AP、SMA400CP、SMA490AW、SMA490CW、SMA490AP、SMA490BP、SMA490CP)。 2.銲接組合箱型柱應使用符合CNS 13812 SN400B、SN400C、SN490B或SN490C規格之鋼材。 3.銲接組合箱型柱斷面板厚大於40mm時應使用符合CNS 13812 SN400C或SN490C規格之鋼材。 4.使用遮護金屬電弧銲接、潛弧銲接、氣體遮護金屬電弧銲接、包藥銲線電弧銲接等銲接方法之全滲透銲接，其相稱銲材於-29℃時至少具有27焦耳之衝擊韌性值。 |
解說：CNS 2947「熔接結構用軋鋼料」之規定主要沿用JIS G3106「熔接構造用壓延鋼材」，其鋼材編號前兩個字母為SM，一般以SM系列稱之。CNS 13812「建築構造用軋鋼材」之規定則主要沿用JIS G3136「建築構造用壓延鋼材」，其鋼材編號前兩個字母為SN，日本規範係鑒於既有建築銲接用SM鋼板的機械性能與銲接性能無法充分滿足耐震與施工性的需求，因此於1994年推出建築用SN鋼材，推廣初期因為價格與鋼廠的生產能力等因素而較少使用，但在1995年阪神地震發生後，SM鋼板的規格被認為無法適用於所有的建築耐震構材，日本通產省工技所已於同年11月公告取消SM材適用範圍中的「建築」項目，目前日本鋼構規範則規定耐震構材應使用SN材，其中SN400B及SN490B除基本性質分別與SM400及SM490相近外，還具有狹降伏強度及低降伏比之特性，更適合使用於耐震構材，造成層裂原因之一的磷、硫雜質含量標準也較為嚴格，故較適用於使用潛弧銲等高入熱量銲接之組合型鋼；而SN400C及SN490C則對鋼板厚度方向之性質與超音波檢驗有額外之要求，規格中並再降低磷、硫之成分含量，適用於鋼板較厚之巨型構材或需使用高入熱與高束制性銲接之構材。
另外JIS G3101「一般構造用壓延鋼材」亦規定有SS系列鋼材，SS系列鋼材對化學成分之限制不夠明確，無法評估其可銲性，因此應歸類於不可銲鋼材。目前大部分用以抵抗地震力之鋼構材會使用到銲接，考慮製作與施工管理之成本並減少錯誤之發生，本條文排除SS系列鋼材使用於耐震構材；但不使用銲接之非耐震構材（如小梁），可考慮選用SS系列鋼材。
美國傳統使用於耐震結構之鋼材主要為ASTM規格之A36及A572(Grade 50)， 1994北嶺地震發生後，美國因既有鋼材的變異性過高，在AISC推動下所開發的ASTM A992規格型鋼(不含鋼板規格)，因具有降伏強度範圍限制及降伏比要求(0.85)而被建議取代A36及A572(Grade 50)型鋼。由於美國地區以使用熱軋型鋼為主，鋼材的銲接性以滿足低入熱銲接為主，因此鋼板材質的基本規格相對於CNS規格仍然較低，但規範同時要求以較為嚴謹的細部設計與施工配合之，相對於日本地區，雖使用規格較佳之鋼板及較大之彈性設計地震力，但因配合較高效率的銲接施工，其細部要求仍漸趨嚴格，如設計時使用美規鋼板而細部要求採習用的日本寬鬆施工習慣，則會得到不安全的組合結果。國內所使用的構材以組合型鋼為主，銲接方法等則主要參考日本，因此耐震構材應以使用CNS 13812為原則。國內常用鋼材與美國常用ASTM鋼材之基本規格比較表如表C13.2.1（表中○代表有制式規定，X代表無規定或需協商）
由表C13.2-1 常見結構鋼材之比較可見美系之鋼材規格相較於JIS、CNS之鋼材規格寬鬆，日系規格中則以SN-C最為嚴格。表C13.2-1 所列之各種化性物性之比較，其中較為特殊之規定為:降伏強度之範圍、拉力強度之範圍、降伏比、厚度向斷面縮減率、及嚴格規定之磷、硫含量。由表中之各項規格可見影響鋼材之耐震性能除銲接性外，降伏強度及拉力強度之範圍，降伏比，及厚度方向(Z方向)之性質亦甚為重要，但傳統之鋼材對此並無明確規定。降伏強度之範圍規定在於避免鋼材之強度遠高於規範值致產生非預期之破壞，低降伏比則在於希望提供較佳之塑性區，但事實上塑性區亦受力量分佈所影響，僅低降伏比並無法確保結構之韌性，且降伏比太低亦易於造成銲道斷裂，目前鋼材之降伏比規定在0.80~0.85。Z方向之斷面縮減率規定則在於避免鋼板受面外力量時產生撕裂現象，其亦受硫含量(硫化物)所影響，因此對於採高入熱銲接之銲接箱型柱應採用SN-B，SN-C或SM570M-CHW之鋼板。而若採高入熱銲接且厚度在40mm以上(含)之銲接箱型柱應採用SN-C或SM570M-CHW之鋼板。而受較大塑性變形之桿件，如梁桿件，則應採用SM-B，SMC，SM570，SM570M-CHW，SN-B，或SN-C之鋼材。
近年來鋼材亦逐漸往高強度發展，如SM570系列之鋼材亦受重視，使用高強度鋼時應注意採用匹配銲材，其銲接程序亦較嚴格，如其預熱溫度通常較高，銲接作業應確實依檢定合格之銲接程序施作。
若採用不同於上述規格之鋼材，或採用新開發之鋼材，則可比照前述之鋼材規定，考量其物性與化性，厚度方向特性等，若其結構行為皆可等同或優於現行之鋼材，亦可使用。
表C13.2-1 常用結構鋼材之比較
規格 種類 |
適用範圍 |
碳當量或冷裂敏感係數 |
降伏強度範圍限制 |
拉力強度範圍限制 |
降伏比 |
軋延向衝擊試驗 |
厚度向斷面縮減率 |
超音波檢驗 |
含磷量 |
含硫量 |
|
台灣
日本 |
SM-A系列 |
型鋼 鋼板 |
X |
X |
○(1) (5-6.2 tf/cm2) |
X |
X |
X |
X |
0.035 |
0.035 |
SM-B系列 |
型鋼 鋼板 |
X |
X |
○(1) (5-6.2 tf/cm2) |
X |
○ （27焦耳@0℃） |
X |
X |
0.035 |
0.035 |
|
SM-C系列 |
型鋼 鋼板 |
X |
X |
○(1) (5-6.2 tf/cm2) |
X |
○ （47焦耳@0℃） |
X |
X |
0.035 |
0.035 |
|
SM570 |
鋼板 |
○ |
X |
○ |
X |
○ （47焦耳@-5℃ |
X |
X |
0.035 |
0.035 |
|
SM570M-CHW(2) |
鋼板 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
0.02 |
0.008 |
|
SN-A系列(無50KG級) |
型鋼 鋼板 |
X |
X |
○ |
X |
X |
X |
X |
0.050 |
0.050 |
|
SN-B系列 |
型鋼 鋼板 |
○ |
○(1) (3.3-4.5 tf/cm2) |
○(1) (5-6.2 tf/cm2) |
○ (0.80) |
○ （27焦耳@0℃） |
X |
X |
0.030 |
0.015 |
|
SN-C系列 |
型鋼 鋼板 |
○ |
○(1) (3.3-4.5 tf/cm2) |
○(1) (5-6.2 tf/cm2) |
○ (0.80) |
○ （27焦耳@0℃） |
○ （3個平均25％） |
○ |
0.020 |
0.008 |
|
美國 |
A36 |
型鋼 鋼板 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
0.040 |
0.050 |
A572-50 |
型鋼 鋼板 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
0.040 |
0.050 |
|
A913-50 |
型鋼 |
○ |
X |
X |
X |
○ （54焦耳@21℃） |
X |
X |
0.040 |
0.030 |
|
A913-65 |
型鋼 |
○ |
X |
X |
X |
○ （54焦耳@21℃） |
X |
X |
0.030 |
0.030 |
|
A992-50 |
型鋼 |
○ |
○(1) (3.5-4.55 tf/cm2) |
X |
○ (0.85) |
X |
X |
X |
0.035 |
0.045 |
|
註：(1)：表中規格值係以抗拉強度為50KG級40mm以下之鋼材為代表。(2)： SM570M-CHW為中鋼公司之規格，
見表C13.2-2。
表C13.2-2 SM570與SM570M-CHW鋼材之化性、物性與適用範圍
鋼種 |
厚度 範圍 (mm) |
化 學 成 分 % |
||||||
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Ceq |
Pcm |
||
SM570 |
13≦t ＜50 |
0.18以下 |
0.55 以下 |
1.60 以下 |
0.035 以下 |
0.035 以下 |
0.44以下 |
0.28 |
50≦t ≦80 |
0.47以下 |
0.30 |
||||||
SM570M -C HW
|
16≦t ＜50 |
0.020 以下 |
0.008 以下 |
0.44以下 |
0.29 |
|||
50≦t ≦80 |
0.46以下 |
0.29 |
||||||
鋼種 |
厚度 範圍 (mm) |
機 械 性 質 |
||||||||
降伏 強度 N/mm² |
抗拉 強度 N/mm² |
降 伏 比 % |
伸長率 % |
ZRa% 註1 |
-5℃衝擊試驗 |
|||||
平均值 |
個別值 |
試驗 位置 |
衝擊值 ( J ) |
試片 |
||||||
SM570 |
16≦t ＜40 |
450 |
570~ 720 |
|
19~ 26註2
|
－ |
t/4 47以上
|
4 號 平行 軋延 方向 |
||
40≦t ≦75 |
430 |
|||||||||
SM570M -C HW 註3 |
16≦t ＜50 |
420~ 540 |
570~ 720 |
85 以下 |
19~ 26註2
|
25 以上 |
15 以上 |
t/4 |
47以上 |
|
50≦t ≦80 |
t/4 t/2 |
47以上 27以上 |
||||||||
備註: (1). 厚度向斷面縮率ZRa要求標準：三塊一組平均值25% min，個別值15% min。
(2). 板厚≦16mm時用No.5試片，伸長率EL(%)19以上。板厚>16mm時用No.5試片，伸長率EL(%)為26以上。板厚>20mm時用No.4試片，伸長率EL(%)為20以上。
(3). SM570M-C HW高入熱銲接用板其銲接熱影響區（HAZ）可於承受入熱量≦880KJ/CM時，衝擊值達-5℃15J以上。
(4). SM570M-C HW鋼須進行建築結構用鋼之超音波(UT)檢測JIS G0901 CL.Y。