輕量型鋼計算強度比較

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.

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