輕量型鋼計算強度比較

賴映宇 技師

冷軋型鋼質輕、體積小，廣泛地應用在次結構及附屬結構中。廠房結構的桁條(Purlin)、外牆石材的支撐骨架等。

國內於民國93年3月頒布「冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說」，對冷軋型鋼的力學行為與設計方法皆有詳盡的介紹。冷軋型鋼由鋼板冷彎而成，板厚相對較薄，鋼板折彎半徑對整體之斷面性質影響也越大，另由於冷軋型鋼寬厚比較高，需考量局部挫屈及後挫屈強度，也因此使得冷軋型鋼的設計變得相當複雜。一般次結構或附屬結構工程的預算較少，重要性也較低，設計人員不一定會花費較多的時間以「冷軋型鋼構造建築物結構設計規範與解說」進行設計。

筆者比較C型鋼與2-C型鋼合併成之H型鋼在鋼結構設計規範與冷軋型鋼設計規範所得結果的差異。比較方式如下：(a)以槽型鋼方式計算C型鋼的斷面性質，再依據鋼結構設計規範計算標稱強度(AISC-LRFD)；(b)將相同的斷面性質依冷軋型鋼規範計算標稱強度(AISI-LRFD)；(c)完全按照冷軋型鋼規範計算斷面性質與標稱強度(CF-LRFD)。

取用的斷面如下C-100x50x20x3t(以槽型鋼方式即視為C-100x50x3t)；2-C-100x50x20x3t(以槽型鋼方式即視為H-100x100x6tx3t)，分別如下圖1.a~1.d所示。

鋼材降伏強度為2,520kgf/cm²，楊氏係數為2,040,000kgf/cm²，K、Cb、Cm、Ctf等係數皆為1.0，無側撐長度由0.5m至5m檢視標稱強度的變化。鋼結構設計規範之標稱彎矩(ФMn)上限為0.9*Fy*S；冷軋型鋼設計規範之標稱彎矩(ФMn)上限為0.9*1.25*Fy*S。

結論

1.        採用(a)(b)(c)三種方式所得之標稱軸力相近。

2.        採用(a)方式所得之標稱彎矩較為保守，在較短的無側撐長度下約有1.7倍的差異，建議可採用槽型鋼的方式計算斷面性質，忽略折彎半徑及有效面寬等，再採用冷軋型鋼設計規範之相關規定進行檢核，可在作業時間與安全性之間取一平衡。

參考文獻

[1]         鋼結構極限設計法規範及解說 。

[2]         冷軋型鋼構造建築物結構設計規範及解說。

[3]         “Cold-Formed Structural Design Manual”, AISI, 1974.

[4]         “Cold-Formed Structural Design Manual”, AISI, 1989.