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第一章 介紹 過去試驗結果顯示，設計適當的梁柱交會區可在剪力降
伏後仍具有很穩定的消能特性。為了更明瞭交會區之行為與其在整個梁柱
接頭消能中所扮演的角色，本研究以不同梁彎矩強度作為設計彎矩設計四
組交會區強度較弱之梁柱接頭試體，且以新建議[SAC 1995]製作試體之梁
柱接合進行試驗，並進行非線性有限元素程分析，期能對梁柱接頭與交會
區之抗震行為有更進一步的瞭解。 本研究之主要目的在探討梁柱交會
區之韌性行為與抗震設計建議，主要的研究項目包括：1. 研究採較弱梁
柱交會區之梁柱接頭整體力學行為。2. 進行實尺寸梁柱接頭試體受反覆
載重之試驗，藉以瞭解梁柱交會區與梁柱接頭之韌性能力與 消能行為
。3. 探討梁柱接頭在軸力作用下之行為。4. 探討梁與柱之斷面性質包括
深度、翼板厚度以及疊合板(doubler plate)厚度對交會區彈性勁 度及
降伏後強度之影響。5. 探討梁柱交會區與梁之間相對強度之適合比例，
以使兩者能達共同消能之抗震目的。6. 藉由非線性有限元素分析，探討
梁柱交會區之受剪力反應與非線性行為，以及腹部疊合板銲 接細節之
影響。第二章 梁柱交會區力學行為與韌性設計 在兩端之不平衡力矩
作用下，交會區受剪力作用而產生剪力變形。其降伏強度Vy：
Vy=0.55Fydct此即常見梁柱交會區剪力初始降伏強度[Krawinkler 1978]
。而交會區之彈性剪力勁度，Krawinkler將之簡化成： Ke=0.95
dctG 為了找出降伏後的勁度，Krawinkler提出力學模式模擬交會區
降伏後的勁度。因此，Krawinkler定義在4ry時交會區之剪力強度為Vu，
Vu=Vy(1+3.45tcf2/dbdct)實際上欲求出交會區變形rp，可利用
rp=dDa/dbdc 其中d為交會區為變形前之對角距離，db、dc分別為梁深及
柱深，Da為對角線之伸長與縮短量之平均值。依UBC[1994]之規定，鋼構
件斷面之剪力降伏強度為 Vs = 0.55Fydct 設計載重部份，
UBC[1994]指出，梁柱交會區須能抵抗重力加上1.85倍地震力所引致的剪
力，但此剪力強度不須超過0.8SMs所引致之剪力，其中Ms = Z Fy，為梁
傳遞至柱翼之彎矩。交會區之設計剪力強度可由下式獲得 第三章 實尺
寸鋼骨梁柱接頭實驗 本研究之試體由中國鋼鐵結構公司負責製作，於
國立台灣大學土木工程學系大型結構實驗室進行試驗，共含四組實尺寸梁
柱接頭試體。梁柱接合部份，包括梁翼與柱翼、梁腹與剪力板、剪力板與
柱翼，皆以銲接接合；梁翼與柱翼之銲接細節，乃以美國加州結構工程師
為主之組織（簡稱SAC）於1995年建議之細節[SAC 1995]接合。試驗時共
使用四支千斤頂，其中二支分別於兩梁端施加反向之反覆載重，直到梁柱
接頭破壞或韌性變形程度足夠為止；一支於柱頂施加軸力， 另一支則架
於柱頂側邊以承受柱剪力。至於腹部疊合板部份，則參考美國加州工程師
組織（簡稱SEAOC）於1996年所建議之標準腹部疊合板接合細節[SEAOC
1996] 。 本試驗共採四組試體，共採用四支柱和八支梁，試體梁柱尺
寸如表1。試驗時是由分接於東西兩梁端之兩支垂直千斤頂施加方向相反
之反覆載重直至試體破壞或韌性變形足夠為止。另有一水平千斤頂架於柱
頂側邊，以維持側位移為零，但其接頭可轉動。於柱頂處則有施加柱軸力
之軸向千斤頂。第四章 試驗結果與討論 梁柱交會區之最大剪力變形
可遠超過4gy，試體BB3甚至超過13ry。交會區在如此大的剪力變形之下，
雖發生腹部疊合板對角挫屈（試體BB3），但其剪力消能行為仍非常穩定
且沒有明顯的下降。試體BB4試驗所得彈性剪力勁度與Ke值較為接近，然
而在試體BB1、BB2與BB3中，理論值有高於試驗值的情形，且四組試體之
彈性勁度幾乎相同。然而試體BB1之梁柱交會區總厚度（加上腹部疊合板
）卻比BB4厚16mm，這顯示腹部疊合板並未確實產生效果。顯示，
Krawinkler所提之理論值普遍高估交會區的剪力強度，尤其Vy在計算有腹
部疊合板的情形時更是明顯。第五章 有限元素分析 為了與試驗結果
相比較，本研究採用SASI公司的ANSYS非線性有限元素分析程式[SASI
1996]進行分析。分析模型採用與試體相同尺寸之寬翼梁接寬翼柱強軸的
梁柱接頭子結構來模擬，亦即一支柱與兩支梁組成一組子結構模型。元素
採用具塑性行為的三維結構固體元素（3-D structural solid）。在子結
構模型中，柱頂中央之節點束制其水平自由度，柱底中央之節點則束制其
水平 與垂直自由度，以模擬試驗時柱頂與柱底之鉸接。至於腹部疊合
板與柱腹板之接合，則以三種不同之非線性有限元素模型進行分析，分述
如下：(a) BB1S、BB2S、BB3S與BB4S：試體編號後之S代表single layer
，假設腹部疊合板與柱腹板完全相連為一單板。(b) BB1T、BB2T、BB3T
：T代表two layers，將腹部疊合板與柱腹板分離。(c) BB1TD、BB2TD、
BB3TD：D代表銲道有瑕疵，用以模擬銲道未填滿疊合板左右兩側與柱翼之
間隙時的瑕疵情形。 分析結果顯示，假設腹部疊合板與柱腹板完全相
接合的S模型，其梁柱交會區彈性剪力勁度並無法由Krawinkler所提出之
Ke,K準確預測，顯示梁柱交會區彈性勁度與梁柱交會區總厚度的關係並非
成線性正比，值得再進一步研究。 S模型與T模型之彈性剪力勁度幾乎
相同，而T模型與TD模型間則有4%至7%的差距，由此可知，若腹部疊合板
左右兩側與柱翼板間未確實以銲道填滿，而僅與柱腹板銲接，將使梁柱交
會區之彈性勁度有所折減。 再進一步對BB1S、BB1T、BB1TD與BB4S進
行非線性分析，分析結果顯示，無論S模型、T模型，還是TD模型，其梁柱
交會區之剪力彈性勁度與強度、降伏後之強度皆無法達到前述
Krawinkler[1978]的理論值。第六章 結論與建議1. 試驗結果顯示，梁
柱交會區具有相當穩定之剪力消能行為，其剪力變形甚至可達0.04弧度
。2. 試驗結果與非線性有限元素分析結果皆顯示，梁柱交會區腹部疊合
板之效能是否發揮，取決 於疊合板與柱腹及交會區周圍接合之緊密程
度。3. 試驗結果顯示，梁柱交會區的剪力彈性勁度與剪力降伏強度與交
會區的總厚度有關。而非線 性有限元素分析結果則顯示，交會區總厚
度對交會區之彈性剪力勁度之貢獻並非成線性正比。4. 有限元素分析結
果顯示，S模型與T模型之梁柱交會區彈性勁度與降伏後之整體行為極為接
近， 顯示銲接良好之疊合板應能發揮與柱腹相同之強度與勁度。然而
TD模型之彈性勁度與降伏後之 剪力強度皆減少甚大。5. 使用
Krawinkler提出之2.1式及2.3式進行梁柱交會區韌性設計時，尤其在腹部
疊合板較厚時， 應予適度折減而採較保守之作法。腹部疊合板應確實
與柱腹板及柱翼板以填角銲緊密接合。參考文獻1. Krawinkler, H., "
Shear in Beam-Column Joints in Seismic Design of Steel Frames. "
Engineering Journal, American Institute of Steel Construction,
3rd quarter, 1978.2. SAC "Interim Guideline-- Evaluation ,
Repair , Modification and Design of Welded Steel Moment Frame
Structure ", SAC Joint Venture , Report No. SAC-95-02 , Aug.,
1995.3. SASI, " ANSYS Reversion 5.2 ", Swanson Analysis System
INC., Feb., 1996.4. SEAOC " Recommended Lateral Force
Requirements and Commentary ", Sixth Edition, Structural
Engineers Association of California, Oct., 19965. UBC, " Uniform
Building Code", International Conference of Building Officials,
1994.
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