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本站版本組:防波堤85年基準、碼頭原基準及89/99/102年修訂附件;共318個唯一官方頁面
官方來源:防波堤設計基準入口 | 碼頭設計基準入口 | 115年修訂盤點報告
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碼頭102年修訂|鋼鐵材料(1/2);原PDF第304–315頁。
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¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第304頁
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附件1
第二章 鋼鐵材料
2.1 鋼鐵材料之規格及性質
國內生產之鋼鐵材料,已制訂有中華民國國家標準(CNS)者,其規
格及性質依中華民國國家標準規定為準。非屬中華民國國家標準之鋼
材,國內已能生產製造者,須經公立檢驗機關或主管機關認可之單
位,就其所定之尺度標準、化學成份、物理性質及公差等,依中華民
國國家標準CNS 2608[鋼料之檢驗通則],不足時輔以國際通行之檢驗
規則 (如美國ASTM、日本JIS,…等),檢驗合格始得應用。鋼鐵材
料,由國外進口者,應符合原產製國之國家標準,進口時應具備原製
造廠家之品質證明書,必要時須經公立檢驗機關或主管機關認可之單
位,依中華民國國家標準CNS 2608 [鋼料之檢驗通則] ,不足時輔以
國際通行檢驗規則(如美國ASTM、日本JIS,… 等) ,檢驗合格始得
應用。
國內鋼鐵材料,已制訂有中華民國國家標準者如表2-1.1 所示,表
列若有變動以中華民國國家標準最新規定為準。
2.2 鋼鐵材料設計用常數
鋼材及鑄鐵之常數,可參考下列數值。下列數值為適用於一般鋼
材及鑄鐵的數值。設計時所用之材料常數,仍須以檢驗出之常數或產
品出廠時所附之常數為依據。以下數值僅供參考。
‧ 鋼材(鋼及鑄鋼)
彈性模數E:2.1×106kgf/cm2
剪力彈性模數G:8.1×105kgf/cm2
溫度膨脹係數α:1.2×10-5/℃
‧ 鑄鐵
彈性模數E:1.0×106kgf/cm2
剪力彈性模數G:3.8×105kgf/cm2
溫度膨脹係數α:1.02×10-5/℃
3-1¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第305頁
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表2-1.1 中華民國國家標準鋼鐵材料
鋼材種類 規 格 符 號
CNS 2473 一般結構用軋鋼料 SS330、SS400、SS490、SS540
SM400A、SM400B、SM400C、 SM490A(SM50A)、
CNS 2947 銲接結構用軋鋼料 SM490B、SM490C、SM490YA、SM490YB、SM520B、
SM520C、SM570
結構用鋼
SMA400AW、SMA400AP、SMA400BW、SMA400BP、材
銲接結構用耐候性熱 SMA400CW、SMA400CP、SMA490AW、SMA490AP、
CNS 4269 軋鋼料 SMA490BW、SMA490BP、SMA490CW、SMA490CP、
SMA570、SMA570P
CNS 4620 高耐候性軋鋼料 SPA-H、SPA-C
鋼管 CNS 4435 一般結構用碳鋼鋼管 STK290、STK400、STK500、STK490、STK540
一般用途之碳鋼鍛鋼 SF340A、SF 390A、SF440A、SF490A、SF 540A、SF
CNS 2673 件 590A、SF540B、SF590B、SF640B
CNS 2936 黑心展性鑄鐵件 FCMB270、FCMB310、FCMB340、FCMB360
FCMW330、FCMW370、FCMWP440、FCMWP490、
CNS 2937 白心展性鑄鐵件
FCMWP540
CNS 2906 碳鋼鑄鋼件 SC360、SC410、SC450、SC480
SCS1、SCS2 、SCS2A、SCS3、SCS4、SCS5、SCS6、
鑄鍛鋼材 SCS10、SCS11、SCS12、SCS13、SCS13A、SCS14、
CNS 4000 不銹鋼鑄鋼件 SCS14A、SCS15、SCS16、SCS16A、SCS17、SCS18、
SCS19、SCS22、SCS19A、SCS20、SCS21、SCS23、
SCS24
CNS 7143 銲接結構用鑄鋼件 SCW410、SCW480、SCW450、SCW550、SCW620
SCC3、SCC5、SCMn1、SCMn2、SCMn3、SCMn5、SC
結構用高強度碳鋼及 SiMn2、SCMnCr2、SCMnCr3、SCMnCr4、SCMnM3、
CNS 7145
低合金鑄鋼鋼件 SCCr M1、SCCr M3、SCNCrM2、SCMnCr M2、SCMn
CrM3
SWM-B、SWM-F、SWM-A、SWM-P、SWM-R、
CNS 1468 低碳鋼線 SWM-I、SWM-N
SWPR1AN、SWPR1AL、SWPR1BN、SWPR1BL、
線材 預力混凝土用應力消 SWPD1N、SWPD1L、SWPR2N、SWPR2L、SWPR3N、
CNS 3332 除無被覆鋼線及鋼絞 SWPR3L、SWPD3N、SWPD3L、SWPR7AN、
線 SWPR7AL、SWPR7BN、SWPR7BL、SWPR19N、
SWPR19L
SR240、SR300、SD280、SD280W、SD420、SD420W、
CNS 560 鋼筋混凝土用鋼筋
SD490
鋼筋混凝土用再軋鋼
CNS 3300 SRR240、SRR300、SDR280
鋼棒 筋
SBPR785/930、SBPR785/1030、SBPR930/1080、
CNS 9272 預力混凝土用鋼筋 SBPR930/1180、SBPR1080/1230、SBPR1080/1320、
SBPD930/1080、SBPD1080/1230、SBPD1275/1420
CNS 7934 鋼管樁 SKK400、SKK490
鋼樁 CNS 7851 熱軋鋼板樁 SY295、SY390
CNS 5083 H型鋼樁 SHK400、SHK400M、SHK490M
鏈條 CNS 3291 鏈條用鋼棒 SBC300、SBC490、SBC690
3-2¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第306頁
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2.3 設計強度
2.3.1 概要
鋼鐵材料之容許應力,除考量材料特性外,尚應考量下列各
因素後決定之。
‧設計理論與實際結構之不同。
‧結構物施工期間與完工後載重條件之不同。
‧有發生疲勞與腐蝕現象之材料其歷年變化。
‧設計載重與實際載重之不同。
‧發生破壞時之後果。
‧結構物之重要性。
‧維護、修護及補強之難易。
‧無法預料載重之安全性。
設計強度之決定須根據鋼結構容許應力法設計規範或鋼結構
極限設計法設計規範。
2.3.2 結構用鋼鐵材料
港灣結構物一般很少以結構用鋼鐵材料為主要構件,然若使
用結構用鋼鐵材料為主要構件,其設計強度之決定,須根據鋼結
構容許應力法設計規範或鋼結構極限設計法設計規範。
2.3.3 鋼樁及鋼管板樁
鋼樁及鋼管板樁之容許應力如表2-3.1 所示。
2.3.4 鋼板樁
鋼板樁之容許應力以表2-3.2 所示為準,惟仍應參考表2-3.3
中其他鋼鐵材料之降伏強度與容許應力而決定。
3-3¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第307頁
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表2-3.1 鋼樁、鋼管板樁容許應力
單位:kgf/cm2
鋼鐵材料種類 SKK400,SHK400 SKK490,SHK490M
應力種類 SHK400M,SKY400 SKY490
最小降伏強度(降伏點) 2,400 3,200
軸方向拉應力(依淨斷面積
1,400 1,900
計算)
L L
≤ 20 1,400 ≤ 15 1,900
r r
軸方向壓應力(依總斷面積 L ⎛ L ⎞ L ⎛ L ⎞ 15 < 20 < < 80 1,900 − .013⎜⎜ − 15 ⎟⎟ < 93 1,400 − 0.084 ⎜⎜ − 20 ⎟⎟ r r ⎝ r ⎠ ⎝ r計算) ⎠
L ≥ 93 12,000,000 L ≥ 80 12,000,000
2 r 2 r L L 6, 700 + ( 5, 000 + ( r ) r )
彎曲拉應力(依淨斷面積計
1,400 1,900
算)
彎曲壓應力(依總斷面積計
1,400 1,900
算)
(1)軸方向為拉力時
σt+σbt≦σta 且-σt+σbc≦σba
構件承受軸向力及彎曲力
(2)軸方向為壓力時
矩
σc σbc + ≤.10
σca σba
剪應力(依總斷面積計算) 800 1,100
上表各項符號說明如下:
L:構件之有效彎曲長度(cm)
r:構件總斷面之迴轉半徑(cm)
σt:作用於斷面軸方向之拉應力(kgf/cm2)
σc:作用於斷面軸方向之壓應力(kgf/cm2)
σbt:作用於斷面之彎曲力矩產生之最大拉應力(kgf/cm2)
σbc:作用於斷面之彎曲力矩產生之最大壓應力(kgf/cm2)
σta:弱軸軸方向之容許拉應力(kgf/cm2)
σca:弱軸軸方向之容許壓應力(kgf/cm2)
σba:容許彎曲壓應力(kgf/cm2)
3-4¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第308頁
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表2-3.2 鋼板樁容許應力
單位:kgf/cm2
鋼鐵材料種類
SY295 SY390
應力種類
最小降伏強度(降伏點) 3,000 4,000
彎曲拉應力(依淨斷面積計算) 1,800 2,400
彎曲壓應力(依總斷面積計算) 1,800 2,400
剪應力(依總斷面積計算) 1,000 1,300
表2-3.3 鋼板樁與結構用鋼鐵材料之容許應力之比較
最小降 容許彎 容許彎曲應力 容許剪應力
容許剪應力
鋼 料 伏強度 曲應力 / / (kgf/cm2)
(kgf/cm2) (kgf/cm2) 最小降伏強度 最小降伏強度
SS400
2,400 1,400 0.58 800 0.33
(16<t≦40時)
SM400
2,400 1,400 0.58 800 0.33
(16<t≦40時)
SS490
2,800 1,600 0.57 900 0.32
(16<t≦40時)
SM490
3,200 1,900 0.59 1,100 0.34
(16<t≦40時)
SM490Y
3,600 2,100 0.58 1,200 0.33
(16<t≦40時)
SM520
3,600 2,100 0.58 1,200 0.33
(16<t≦40時)
SY295 3,000 1,800 0.60 1,000 0.33
SY390 4,000 2,400 0.60 1,300 0.33
註:t 為厚度(mm)。
2.3.5 鑄鍛鋼材
凡經適當控制品質之鑄鍛鋼材,其設計強度,可參考其相當
降伏強度結構用鋼材之設計強度。
3-5¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第309頁
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2.3.6 銲接及螺栓接頭
銲接部份與螺栓接頭設計強度之決定須根據鋼結構容許應力
法設計規範或鋼結構極限設計法設計規範,唯考慮港灣工程因工
作場地欠佳且易受浪花影響等因素,故現場銲接之設計強度可以
工廠銲接之80%計。但作業可靠性極高時,則可依實際情況加以
認定。
2.4 防蝕
2.4.1 概要
由於港灣結構物所處之環境,其對鋼材之腐蝕條件,一般均
較為嚴重,故於設計時,對鋼材之腐蝕及防蝕應予注意,平均低
潮位下方之局部集中腐蝕,更應特別注意。
2.4.2 腐蝕現象
1. 鋼材因其周圍環境的作用而腐蝕,PH 值為微鹼性,水和氧氣
為鋼材腐蝕之重要角色。鋼材在水溶液中,表面會因陽極及
陰極反應而產生腐蝕其反應作用如(2-4.1)式與(2-4.2)式所示。
Fe → Fe2+ + 2e- (2-4.1)
1/2 O2 + H2O + 2e- → 2 (OH )- (2-4.2)
(2-4.1)式係鋼材腐蝕溶解之陽極作用,(2-4.2)式之還原
則稱為腐蝕之陰極作用,而鋼材之腐蝕作用則如(2-4.3)式所
示,(2-4.3)式之 Fe (OH )2 再經反應與水合作用形成Fe2O3‧
3H2O 之化合物沉澱於鋼材表面上,即俗稱之鐵鏽。
Fe + 1/2 O2 + H2O → Fe (OH )2 (2-4.3)
2. 鋼材於海水中其深度方向的腐蝕分佈示意如圖2-4.1 所示。於
浪花作用而氧氣供應充足的飛沬帶腐蝕最為嚴重,其中高潮
位上方附近的腐蝕速率最快。如圖2-4.1 所示,在潮間帶正下
方的腐蝕速率亦很大,此部份的腐蝕速率,依鋼材所處的環
3-6¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第310頁
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境條件或斷面形狀等有很大之差異,腐蝕顯著時甚至超過飛
沫帶之腐蝕速率,故須加以注意。此種顯著的局部腐蝕稱為
集中腐蝕。
圖2-4.1 深度方向腐蝕分佈示意圖
2.4.3 鋼材腐蝕速率
鋼材腐蝕速率,因環境、氣海象條件而異,參考過去鋼結構
物調查結果,鋼材之腐蝕速率可參考表2-4.1 所示之值,表中之值
僅為一平均值,依鋼材之使用條件,常有超過此值者,故決定鋼
材之腐蝕速率時,應儘可能參考類似條件下腐蝕調查結果。表
2-4.1 之值是單面之腐蝕速率,使用時須考慮鋼材之雙面狀況,估
算腐蝕速率。鋼材依環境條件,在平均低潮位下方,可能產生集
中腐蝕。集中腐蝕之腐蝕速率,表2-4.1 之值不能適用,而集中腐
蝕處以外之鋼材表面腐蝕速率則可依表2-4.1 之值估算之。
3-7¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第311頁
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表2-4.1 鋼材單面腐蝕速率
鋼材所處之位置 腐蝕速率(mm/年)
朔望平均高潮位以上 0.3
海 朔望平均高潮位~朔望平均低潮位下一公尺 0.1~0.3
側 朔望平均低潮位下一公尺~海底 0.1~0.2
海底泥層中 0.03
陸 陸上大氣中 0.1
側 殘留水位以上之土中 0.03
土
殘留水位以下之土中 0.02 中
2.4.4 防蝕方法
1. 概要
(1) 海岸地區適用之防蝕工法以採用陰極防蝕工法與塗覆裝工法
為主。陰極防蝕工法依電流類型可分為犧性陽極與外部電源
法。而塗覆裝工法則有許多種工法。
(2) 防蝕工法之選擇應就結構物之狀況、環境條件、防蝕工法所
需之耐用年限、施工性及經濟性等加以考慮,而選擇可靠性
高之工法。
(3) 在潮間帶上以塗覆裝工法,海中部位及海底土中部位以陰極
防蝕方法最為適用並最具實績,且其可靠性亦經證實。然在
海中部位亦採用塗覆裝工法時,則須注意塗覆裝材料之耐久
性,同時在施工時對漂流物之撞擊等更須加以注意,因此塗
覆裝工法之應用於海上部位與海中部位,在設計時對塗覆裝
材料之惡化或損壞等須寬加估計。而塗覆裝部位之惡化及損
壞部份則可以陰極防蝕工法予以彌補之。
(4) 在背填土中之鋼材,如鋼版樁等,因較海側之腐蝕速率為
小,一般可不加以防蝕。惟背填土有很強之腐蝕性廢棄物
時, 於設計時應予注意,並尋求適當之解決對策。
3-8¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第312頁
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(5) 鋼材腐蝕受環境條件之影響,其影響所及無法作定量估算,
而防蝕工法之效果及耐久性又受環境及外力影響,因此對鋼
材及防蝕材料須作定期檢查,若發現有異常情形時,須採必
要之修護措施,以保持良好之防蝕狀態。
2. 陰極防蝕工法
(1) 適用範圍
陰極防蝕工法之適用範圍,以平均低潮位以下為原則。
(2) 防蝕電位
應用陰極防蝕工法時,其參考防蝕電位如下:
‧飽和甘汞電極 -770mV
‧人工海水氯化銀電極 -780mV
‧飽和硫酸銅電極 -850mV
(3) 防蝕電流密度
防蝕電流因環境的改變會有很大之變化,故須選擇適當
之值。裸鋼材之陰極防蝕初始時之防蝕電流密度,於一般海
域中其參考值如表2-4.2:
表2-4.2 裸鋼材之陰極防蝕初始時之防蝕電流密度(mA/m2)
清靜海域 污染海域
海水中 100 130~150
拋石堆 50 65~75
海底土中 20 30
陸土中 10 10
鋼材經表面塗覆後之陰極防蝕電流密度,其參考值如
下:
.塗裝 20 + 100 S mA/m2
.混凝土 10 + 100 S mA/m2
.有機被覆 100 S mA/m2
3-9¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第313頁
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.S 為塗覆之損壞率=預測塗覆之損壞面積/全部塗覆之面
積
(4) 防蝕率
表2-4.3 示依實驗結果估算之海水浸水率與防蝕率關
係,海水浸水率與防蝕率依下式計算之。
試片浸水時間
海水浸水率 = x 100% (2-4.4)
試驗時間
不通電試片之重量減輕量 − 通電試片之重量減輕量
防蝕率× 100%
=不通電試片之重量減輕量 (2-4.5)
表2-4.3 陰極防蝕工法之防蝕率
海水浸水率(%) 防蝕率(%)
0~40 40以下
41~80 41~60
81~99 61~90
100 90以上
(5) 犧性陽極防蝕法設計程序
ϕ防蝕面積計算
鋼材位於海水中、拋石中或海底土層中,由於其防蝕電流
密度不同,故應分別計算其防蝕面積。
κ防蝕電流計算
結構物鋼材所需防蝕電流依下式計算之。
所需防蝕電流(A)= (2-4.6)
防蝕面積(m2)×初始防蝕電流密度(A/m2)
λ陽極塊個數計算及配置
3-10¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第314頁
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所需陽極塊個數依下式計算之。
所需防蝕電流(A)
陽極塊個數(個)= (2-4.7)
陽極初始電流(A/個)
陽極配置應考量水深或結構物型式,以均勻配置並使結構
物鋼材有良好電位分佈為原則。
μ陽極塊使用年限估算
一般陽極塊均標示有其形狀尺寸、重量,有效電量、初始
電流等。陽極塊使用年限可依下式估算之。
W · Q
陽極塊使用年限(年)= (2-4.8)
I
式中,
W:陽極塊淨重量(㎏)
Q:有效電量(A-年/㎏)
I:平均產生之電流(A)
ν陽極材料及其檢驗方法
一般海水用之陽極材料選用可參考CNS 13519「陰極防蝕
用鋅合金犧牲陽極」或CNS 13520「陰極防蝕用鋁合金犧
牲陽極」。陽極材料之性能檢測則可參考CNS 13521「陰
極防蝕用犧牲陽極性能檢驗法」。
3. 塗覆裝工法
(1) 適用工法
塗覆裝工法基本上是將鋼材之腐蝕環境因素予以隔絕之
防蝕方法。
塗覆裝工法有許多種工法,惟適用於海岸地區結構物之
工法以本節所述為主。塗覆裝工法之應用範圍依工法之不同
而異,有可應用於潮間帶、飛沬帶、海上大氣部位,及海中
3-11¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第315頁
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部位為主要對象者,而且有與陰極防蝕法併用者,更有僅可
適用於新建結構物之工法,與亦可能適用於舊有結構物之工
法。
適用於海岸地區結構物鋼材之塗覆裝工法,基本上可分
為下列三大類:
‧無機物覆蓋面層
‧塗裝
‧有機物覆蓋面層
ϕ無機物覆蓋面層
無機物覆蓋面層以水泥漿覆蓋及金屬覆蓋為主。
水泥漿覆蓋法係以水泥砂漿覆蓋之總稱,有脫模板與不脫
模板兩種方法,不脫模板之保護法是採用高氣密水密性及
耐蝕性良好之材料製成模板,一般採用之材料為 FRP。
水泥漿之厚度,視鹽分之滲透、水泥漿中性化之惡化,並
考慮漂流物等撞擊破裂等因素,一般以10~15cm 者為
多。水泥漿覆蓋法,以往最具實績,其缺點為重量過重,
鋼材可能伴隨著產生變形,且有發生覆蓋面層剝離之可
能。金屬覆蓋面層其強度、耐衝擊性及耐摩損性均佳,且
維護簡便,更可與塗裝或陰極防蝕併用,其缺點為金屬覆
蓋面層材料與結構物材料接續部位由於屬不同類金屬之接
觸,易於從結構物原材料側發生腐蝕。
κ塗裝
塗裝適用於大型結構物或複雜形狀之結構物,其易於施
工,膜厚很薄且用量少,耐用年限雖較短,但價格低廉。
塗裝的防蝕效果因塗料的種類、塗裝系統、膜厚、品質控
制、環境條件等的不同而異。
一般常用之塗裝材料如下:
‧厚膜型鋅系油漆+環氧樹脂塗料
‧厚膜型鋅系油漆+焦油環氧樹脂塗料
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來源:交通部「港灣構造物設計基準-防波堤設計基準及說明」及「港灣構造物設計基準-碼頭設計基準及說明」官方附件。依交通部網站資料開放宣告註明出處;本站分章、加註版本與適用提醒,不代表交通部認可或背書。查核日期:2026年8月30日。