中華民國九十七年九月二十七日

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鋼結構山型廠房設計原則介紹（中）

陳正平技師

4.2   載重組合-天車走道與支承結構之設計

廠房之桿件及接頭必須根據下列三種載重情況加以設計，每一種載重形式（例如：靜載重、活載重、吊重偏心、吊車橫力、風力等）之彎矩與剪力等，先作載重組合再設計之。

1. 第一種情況

用於反復載重下之構材設計，其應力範圍（Stress Range）之決定係根據一部天車（連棟時只處理一棟即可）之垂直衝擊力、吊重偏心效應與50％的側向衝擊力等校核之，此情況不適用於D級廠房建築物。

2. 第二種情況

所有的靜載重與活載重，包括屋頂活載重加一部天車（或在特別情形下具一部以上的天車）之最大側向衝擊力、一部天車之縱向拖曳(或剎車)力，加上所有的偏心效應及下列的垂直天車載重之一：

(1) 一部天車的垂直載重包括全部的衝擊力。

(2) 由儘可能之多部所設置天車之垂直載重，加以排列，以使欲設計之桿件產生最大應力者，惟可不考慮衝擊力。

此情況可提高容許應力，不考慮疲勞之折減（此情況應用於所有等級之廠房建築物）。

3. 第三種情況

所有的靜載重與活載重及一部天車的衝擊力與下列所述載重之一：

(1) 全部的風力，無側向衝擊力，但有一部天車排列使其產生最大的垂直載重效應。

(2) 50%的風力，加上由一輛天車所產生的最大側向衝擊力與垂直載重效應。

(3) 全部的風力而無活載重或天車載重。

(4) 在天車走道之一端由一部天車產生之緩衝撞擊（Bumper Impact）效應。

(5) 將所有天車之靜載重停放於每一列廠房（aisle）使其產生最大的地震效應。

本情況可適用於各級工廠建築物，容許應力允許增加1/3。 

五、設計重點

5.1   結構型式

鋼結構廠房之構架型式可分為力霸式桁架構架、桁架構架、輕量型鋼構架及H型鋼構架等。鋼料使用量視結構系統、材料強度及跨度而定，由型鋼構架至重型H型鋼構架，其用量約為30 kg/m2至250kg/m2之間。鋼結構廠房施工快速，且可拆遷或擴建，相當方便，惟須視需要做防蝕、防火等措施。故維護費用較高，尤其臨近海邊等腐蝕性較高地區，須做防蝕處理，不易維修保養之部份宜以密封或鍍鋅等方式處理。構架選擇取決於跨度、機械設備或倉儲物等之使用空間、天車操作所需空間、載重大小、業主需求等因素而定。

1. 桁架（Truss）之使用條件

　(1) 用料較輕，但細料較多維護保養不易，製作安裝亦較不方便。

　(2) 可使用空間較小。

　(3) 適用於較大跨度較經濟。

2. H型鋼鋼構架之使用條件

　(1) 用料較重，但製作及安裝較方便，維護簡易。

　(2) 能充分發揮使用空間較美觀。

　(3) 適用於較小跨度較經濟。

5.2   廠房跨度與構架間距之配合

跨度與構架間距之配合決定於荷重、屋頂型式、跨徑、有無中間小梁及小柱、桁條尺寸及間距、天車道梁，以及基礎支承狀況等來決定，構架間距一般取3.5m～10m之間，其相關尺寸配合建議如下：

5.3   伸縮縫

廠房內如有煉鋼、或產生高熱之煱、爐或操作溫度變化範圍較大時，每隔120m至少需有橫向伸縮縫一處。如溫度變化不大之一般廠房可達150m一處伸縮縫。伸縮縫處可以設置二獨立相鄰柱或以長槽孔接合連接之桿件，惟須考慮偏心接合對支承柱之影響。

5.4   鋼構造廠房之設計步驟

廠房中常附設有天車以便吊運物品，或附設維修走道、平台、樓梯和爬梯等以供維修之用；附設天車之廠房須考慮天車之外加載重、衝擊力以及反復載重產生之疲勞效應，天車道梁及其支承架須檢核疲勞效應。

一般廠房之設計步驟包括：

(1)規劃廠房之平面佈置，生產設備及天車等操作所需空間等，以決定廠房之尺寸。

(2)決定各種載重及組合情況。

(3)選擇結構系統及假設各桿件之斷面尺寸及重量。

(4)設計天車道梁並決定道梁作用於構架支承架之力量。

(5)設計桁條、圍梁及抗風柱。

(6)分析構架及檢核位移量是否符合需求。

(7)設計梁柱桿件。

(8)設計水平和垂直斜撐。

(9)天車道梁檢核疲勞效應。

(l0)核算構架之重量是否與假設重量相近。若否，則必須重複前述工作。

(11)基礎設計。

(12)作成設計圖說和工程預算並繪製製造圖。

(13)其他有關避雷接地等機電設施應另配合辦理。

5.5   屋面和牆面系統

屋面或牆面之材料一般習用之石棉浪板因石棉粉塵有礙健康，目前已漸廢棄不用而採用金屬浪板，亦有為保溫節省能源而採用雙層金屬板（中間填充絕緣材料），或將其在工場做成片狀運往工地組合；至於面板之安裝一般以自攻螺栓或扣壓式沿疊接處密接裝設。

桁條及圍梁之間距及其接合螺栓數量等，在屋面或牆面之角隅或轉折等受風力集中處應較密集，以防屋面或牆面板破裂或脫落。而屋面板之選用另須考慮採光問題。

桁條（purlin）與圍梁（girt）之設置間距取決於載重之大小及面板材料之強度及規格以及施工安全性而定，一般約在0.6M至1.8Ｍ之間。其構材一般採用C型鋼、槽鋼、H型鋼、Ｚ型鋼或空腹桁梁等。其設計亦得採用多跨連續跨度計算之。

5.6   防垂桿（sag rod）之設置

1. 依屋面載重、桁條跨度、及屋頂桁架之高跨比來決定設置防垂桿。

2. 當屋面斜度大於1：4時，宜設置防垂桿。

3. 防垂桿設置之位置如下：

(1) 輕型屋面於構架間距　L＞6M @1/3 L處。

                      L≦6M @1/2 L處。

(2) 重型屋面於構架間距　L＞4.2M  @1/3 L處。

                      L≦4.2M   @1/2 L處。

一般最小使用16mmφ防垂桿，設置時應依使用之目的來決定，儘量靠近桁條之上緣及圍梁之外側，續接處以左右錯開為原則，以便承載屋面板及牆面板之載重。防垂桿有效受力面積以車牙後所剩之有效面積(大約為全斷面之75%)為準。

 5.7   圍梁

圍梁之安排配置另需考慮配合門、窗等開口條件。有效受力面積亦以車牙後所剩之有效面積為準。 

5.8   屋頂透氣樓

為保持作業場所之空氣清新流暢，按勞工安全衛生設施規則需於屋頂設置自然透氣樓，如換氣量仍不敷時，應設置抽風機。

對於麵粉食品廠、煉鋼廠或易產生粉塵之生產工廠，應經常注意屋頂及透氣樓積塵狀況，並定期清除，以免產生設計外之載重，影響屋頂鋼架之安全。

5.9   主構架系統

廠房主構架系統主要分屋頂、支柱及圍牆等三部份。主要構件名稱如下：

1. 屋頂部份

　(1) 構架(framing)。

　(2) 抗風縱向構架(sway frame)。

　(3) 上弦斜撐(top chord bracing)。

　(4) 下弦斜撐(bottom chord bracing)。

　(5) 桁條(purlin)。

　(6) 背脊桁(ridge)。

　(7) 簷口桁(eaves)。

　(8) 防垂桿(sag rod)。

　(9) 屋面板(roofing)。

2. 支柱部份

　(1) 構架柱(building column)。

　(2) 天車柱(crane column)。

　(3) 抗風柱(wind column)。

　(4) 斜撐系統(bracing)。

3. 圍牆部份

　(1) 抗風柱(wind column)。

　(2) 圍梁(girt)。

　(3) 防垂桿(sag rod)。

　(4) 牆面板(siding)。

4. 其他(例如基腳等)。