[課程--建築構造(二)]   

│授課大綱│課程進度│1設備一(代謝系統種類)│2設備二(綠建築手法)│3構法總論│4構法一(圬工構造)

│5構法二(木構造)│6構法三(鋼構造)│7構法四(RC預鑄構造)│8實務專題│

《建築構造》

參、構法與材料

一、構法與相關之建築計畫

二、建築生產階段流程與工作內容

三、構法之分類、與構造之形式

四、各種構造材料、形式與表現

      -1疊砌式---磚石構造

      -2支架式---木構造、鋼構造

      -3整體式---RC & SRC構造、鋼骨構造、預鑄房屋

      -4複合材料­­­­---膜構造、空間桁架 

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參考書目：

1.《營建法與施工(上下)》葉基棟、吳卓夫等著，台北茂榮圖書公司，1994.7 ：ch6，pp292-400

  2.《建築構造的基本原則—材料和工法》Edward Allen ed.，台北六合出版社，2001.09 ：ch11，pp329-396；ch12，pp397-416

5.《綠建築鋼結構推廣研討會》中華建築中心承辦，1999.12

  6.《鋼結構建築工地安裝作業手冊》內政部建研所成果報告，2000.10

 

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支架式---鋼構造(Steel Construction) 

一、定義：利用鋼鐵優良之勁度(抗拉耐壓)及延展性，發展為為主要構材之建築物構造方法。

二、優缺點比較(略)

 

三、鋼料規範與製成品

  (一)碳素含量：

        鑄鐵—--1.7%以上

        一般鐵—1.7%以下

        軟鋼----0.15~0.3%　　

  (二)加工材：

     1.型鋼—軋製型鋼(Rolled H)，係由煉成的鋼塊加熱軋壓成型

      L，C，W，S，WT，ST，Z，PL，□，φ，TS，PP，HS

     標示φ-d，PL-t，Fb-B*t，L-A*A*t，

H(I)-H*b*t1*t2

              組合型鋼(Built-up H)：利用鋼鈑組銲為型鋼斷面，拜電渣銲(Electrod Slag Welding)技術成熟之故

      2.輕型鋼—將鋼版或扁鐵經過軋壓滾軸冷作加工成型為薄斷面之輕型鋼。

                端部或邊緣作”突唇”補強

      3.鋼管及筒鋼(角形鋼管)—因焊接，故不宜採用高碳素鋼

      4.耐候性鋼(weather steel)—須常年曝露於大氣中之鋼料，在表面生成棕紅色鐵銹，但在紅銹底下產生一層獨特的黑褐色銹層，與鋼材表面堅牢密接無剝落現象，防止棕紅色鐵銹繼續滲透腐蝕，因而達到耐蝕效果。耐蝕性約為一般鋼料之4-6倍。多用於橋梁、水閘門、水塔、鐵塔、油庫等。

      5.淬火鋼(quenching steel，Q)—經過熱處理之鋼材加溫至變態點726℃以上，並急速冷卻，產生硬化作用，使硬度較大、摩擦抵抗性增強。

      6.回火鋼(annealing steel，N)—一般將鋼料加熱至600℃左右，並徐徐降溫冷卻。目的為除去鋼料因急速冷卻而產生的硬化殘留應力，並使鋼材結晶粒質細膩化，提高品質，使鋼料在常溫下易於加工。

      7.高拉力鋼(high strength steel)—高強度之鋼料，以利現代產業運用。

 

四、力學應用形式：

  (一)常見鋼構材之破壞形態：

1.   材料降伏(Yielding)

2.   挫屈變形(Buckling)

3.   疲勞斷裂(Fatigue & Fracture)

4.   過大變形(Exceeding Deflection)

  (二)鋼構材應用形式：

               1.拉力構件—拉桿(樞接、套管、緊鬆螺栓、環式)

        鋼纜、鋼鍵(尾端囓合器)

               2.壓力構件—柱、人形梁、斜撐、支桿

        型鋼----H(I)型、○型、□型

        組合式—單綴條、雙綴條、開口蓋板、繫板格子材

               3.撓曲構件—梁

        型鋼----H(I)型、C型、雙C型

        組合—桁架梁、格子梁、組合板式

        加勁版(水平、垂直)、翼版

               4.剪力連接物(shear connector)

     —突起物，使得以剪力形式傳遞力

     --應用最普遍為植焊(stud welding)：將焊接材(螺栓、鋼條)插入植焊槍管，並以耐熱陶管將焊材尖端套住，通電使產生電弧焊接並在達成後自動切斷電源。

              5.波形鋼鈑(Decking)

     —鍍鋅鋼鈑

     —封口、封邊處理

 

五、鋼結構類型：

  (一)低層鋼結構之建議：

      1.桁架系統、

      2.剛架系統、

      3.斜撐剛架系統

  (二)高樓層鋼構之建議：

 1.抗彎矩剛框架系統(MRFS)

 2.斜撐構架系統(BFS)

   同心斜撐構架(CBFS)、偏心斜撐構架屋(EBFS)

 3.韌性剪力牆構架系統(Shear-Wall)

   預鑄狹縫剪力牆(Slit Wall)、鋼鈑剪力牆

 4.框管束系統(Tube)

   構架管系統(Frame Tube)、管中管(Tube in Tube)、斜撐與管束系統(Braced Tube)、剪力牆管束系統(Shear-Wall Tube)、束管系統(Bundled Tube)

5.巨構架系統(Mega Frame)

 6.帶形桁架與核心亙制系統(Belt Truss with Core Interaction)

 7.合成型

註：新發展之△鋼鈑消能機構(TDAS)、鋼棒消能機構

 

  (三)廣泛之鋼構應用類型：1.建築物、2.橋梁，高架橋、3.石化槽體、4.鋼構廠房、5.機械(機台)設備，如港埠起重機。

  (四)一般應用於建築之鋼構架工法：

                  1.鋼桁架—接合採樞接或節點板(gusset plate)配合不同角度以銲接或螺栓接合，有必要繪製各部份之設計詳圖。

                  2.剛構架---人字型構架(山形構架，gable frame)

                  3.SRC工法(steel reinforced concrete method) 

                  4.H-C工法

                  5.H-T-H工法

          改良之H-(W.S)-H工法

                  6.G-H工法

                  7.輕型鋼架：a)力霸型(Rebar)鋼架(二鉸拱)、

                              b)仿2*4之輕鋼構組合屋、

                              c)空間桁架

 

六、接合部之設計法：

  (一)柱與梁之接合：

      1.完全束制--—係假設梁柱之接合為完全剛性，亦即構材間之交角在載重前後能維持不變。「剛接」

      2.部份束制--—係假設梁柱間、小梁大梁之端部接合無法達完全剛性，亦即載重前後其構材間之交角會改變。「簡支接合」「簡接」

 

註1：(舊)剛  接--固接，保持交角不變者

半剛接--接合處能承受部份彎矩，介於兩者之間

樞  接--構件接合採用樞接(Pin)，梁端僅承受剪力、且可轉動。

註2：1994嶺北及1995阪神之鋼結構破壞多屬「脆性破壞」，破壞部位多在：1.柱底之錨固拉拔破壞、2.梁柱接合部位之銲接處撕裂及局部挫屈、3.鋼構材斷裂。

 

             (二)柱梁剛接合之型式之設計方式：

       1.美系接合法—柱梁接合處先設剪力連接鈑並預先製孔，運至工地作螺栓接合後再於翼鈑(Flange)施銲完成。

       2.日系接合法—梁以一部份於廠中與柱預組施銲，運達工地後以繼接鈑利用高強度螺栓栓緊中段梁而完成。

            註：減弱型韌性接頭設計(陳生金教授專利)—以適當切削梁翼鈑引導塑性鉸發生在減弱區域，避免美式接頭之塑區緊臨柱面，致因梁翼全滲透銲接處撕裂而失敗。(圖)

             

   (三)柱腳形式與錨定：(pp357-361)

                1.柱腳---a)鉸接合

    b)錨栓固定接合

                2.錨栓埋設—a)固定埋設法(精密度高)

       b)可動埋設法(可微調，易有間隙)

       c)自由埋設法(工作度高)

       d)與RC基礎一體澆置埋設法

  (四)冷軋鋼之聯結(Joining of Cold-formed Steel)：

      1.電弧熔接

      2.電阻熔接

      3.螺栓接合

      4.自攻螺栓(薄板螺栓)

 

七、鋼構接合部(接合媒介物)：

  (一)鉚釘接合--熱擊及冷擊

  (二)螺栓接合--

  (三)強力螺栓接合--係指將經過熱處理的高強度螺栓以螺帽作強迫性的緊密接合，使接合母材達到一定值的設計強度，利用接合母材間的摩擦力以傳遞構件應力。(雙層螺帽扭斷)

  (四)焊接接合(熔接)—壓焊法與熔焊法(氣焊及電弧焊)

 

八、電焊(arc welding)接合：

  (一)定義：以焊條為一電極，藉焊條尖端與焊接鋼材間的電弧產生約1500℃高熱，使接合處鋼材產生熔化現象，並將焊條熔成球滴狀與焊接的鋼材部份連成一體，冷卻後即形成剛性極高的接合。

  (二)基本焊接種類：(圖p308)

                1.對焊、2.填角焊、3.塞孔焊、4.緣角焊

  (三)降低焊接變形而產生殘留應力：(圖p310)

      1.對稱法、2.跳焊法、3.逆焊法

  (四)焊接的瑕疵：

1.   龜裂(crack)—縱向、橫向

2.   陷角(under cut，勾邊)—母材鄰近焊道處因過熱而被沖蝕致表面凹陷或呈溝狀

3.   焊池(crater)

4.   重疊搭疊(overlap)

5.   氣孔(porosity)，氣泡(blow hole，砂眼)

6.   焊道尺寸與外觀

7.   熔滲不足或尺寸不足

8.   焊渣(slag)濺渣(spatter)混入

  (五)良好焊接條件：(p333)

      1.焊接技術之監理人員

      2.接合母材

      3.電焊設備

      4.焊條

               5.焊接工

               6.施工條件

               7.施工作業空間、設備、安全管理。

  (六)焊接的檢驗方式(非破壞性檢測，NDT)：

      1.外觀檢查(VI, Visual Inspection)

      2.超音波檢測(UT, Ultrasonic Inspection)

          --以低能量高頻率的超音波對試件(內部)瑕疵加以檢測

          --採用1MHz-25MHz,藉分析反射或透射之衰減訊號並可定出檢測位置(直束與斜束法)

                3.射線檢測(RT, Radiography Inspection)

                    --X射線、珈瑪射線

                    --以具有穿透能力的射線穿透試件，達於底片或螢幕等介質，以再生影像之記錄，得以研判影像以瞭解試件品質。(能掌握內部缺陷)

                4.磁粒檢測(MT, Magnetic Particle Inspection)

                    --將磁粒適當的施用於經過磁化物件表面以檢測該物件表面附近的瑕疵(2mm表面)

                5.液滲檢測(PT, Liquid Penetration Inspection)

     --以特定的滲透液對物件表面瑕疵加以檢測

     --表面清潔，清潔液，滲透液(紅)10min，清潔液，顯影液(白)

               (6.渦電流檢測(ET, Eddy current Inspection))

                    --鋼構少用，1/4吋以下鋼鈑，臺灣地區未引入

註1：有檢測證據：RT、MT、PT

註2：破壞性檢驗(Destructive Tests)：疲勞試驗、拉力試驗、彎曲試驗、金相檢驗

 

九、鋼結構之施工與檢驗

  (一)鋼結構體之製作流程：(詳表)

  (二)工廠檢驗項目：

      1.鋼材料檢驗—規格、形狀、尺寸、保存型態

      2.施工圖及放樣檢驗—鋼料斷面、接合位置方式、確認附屬物

      3.鋼材加工檢驗—開孔、間距、準距

      4.組立檢驗—接合部、組立基準線、精度、電焊

      5.製品檢查—尺寸、接合部、安裝附件、外觀、修正及修正後再檢驗

  (三)現場檢驗項目：

      1.部位標示及運輸檢驗—部位符號標示、接合板的表面清除及安裝方式、輸送之安全措施

      2.安裝檢驗—安裝之配合計劃、查驗部位符號、數量、損傷、查驗安裝精度、柱中心距、柱垂直度、柱排列檢驗

  (四)吊裝銜接之注意要點：(傅文昌，p5)

 

十、防火披覆：

            (一)施工之工法別：濕式、半濕式及乾式

            (二)防火材料：蛭石、岩綿、石膏、水泥、玻璃纖維、防火塗料(漆)

            (三)構法：1.成形板張貼法

                      2.(岩綿)噴著覆蓋法

                      3.粉刷(塗刷)覆蓋法

                      4.澆置覆蓋法

                      5.隔膜(層)覆蓋法

                      6.疊砌覆蓋法   

   
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