第五章构材设计

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1、第五章　構材設計5.1一般規定5.1.1應力計算　　各構材之斷面應力，應小於第4.3節至4.6節規定之容許應力值。5.1.2剛性檢討　　設計結構物各構材及接合部時，其受力後之變形不得妨礙建築物使用性。5.1.3結構物之增強　　在考量結構設計之假設條件、製造及施工狀況、材料缺點、劣化等因素時，結構物構材及接合部必要時得予增強之。【解說】1.由結構計算所得各構材之應力最大值（及），皆不得大於相對應之長期與短期容許應力（及），即：2.構材與接合部除強度上需滿足安全性外，尚需避免因剛性不足引致之使用性障礙，例如樓板梁振動過大引起之不適感或作業障礙

2、、門窗等開關之障礙、天花粉飾材之龜裂等，故剛性或撓度之計算檢討乃為必要。3.在設計風力或地震力作用下，各構材之應力將有可能達到比例限度，屆時變形量將劇增，應力之容許餘裕不多，故需注意因計算上之誤差或其他考慮不周而引起這類之問題。另外，如木材腐朽等可能發生之劣化現象亦需考慮，尤其是重要之結構體，應以增加斷面來因應。5.2受拉構材5.2.1斷面設計　　受拉構材之斷面積依（5.1）式計算（5.1）式中　N：設計用軸拉力（kgf）；　　　Ae：依5.2.2節規定之有效淨斷面積（cm2）；　　　ft：容許拉應力（kgf/cm2）。5.2.2有效淨斷

3、面積1.受拉構材之有效淨斷面積，應由全斷面積中扣除斷面欠缺總和（包含切口、孔洞、榫槽及螺栓、接合圈等接合器所產生之斷面欠缺），對應各欠缺狀況採取適當之折減值。2.受拉構材之斷面欠缺總和應在全斷面積之1/4以下。5.2.3注意事項　　在受拉構材材端之接合部，應檢討木材之剪斷、劈裂等安全性。【解說】（一）斷面計算木材之節、構材中所設之切口或孔洞等，致使斷面欠缺、偏心，使其在拉力作用下，構材之強度減低，故有效斷面積之計算有其必要。（二）有效斷面積之計算（1）切口在木材邊緣形成切口時，會引起應力偏心，軸向拉伸強度會顯著降低。切口處之有效淨斷面積A

4、e，依（5.2）式求出（參考圖5.2-1）。Ae=b（h-h￠）×0.5　　　　　　　　　（5.2）圖5.2-1切口斷面（2）開孔受拉構材中央部位存有如圖5.2-2所示圓孔時，其有效淨斷面積Ae，依（5.3）式求出。但圓孔位置由中央部位偏向構材邊緣時，其有效淨斷面應再予折減。　　　　　　　（5.3）圖5.2-2受拉構材之圓孔（三）設計木材之拉力接合時，應使應力能完全傳遞及確保必要之剛性。木材中年輪之傾斜、節或乾裂等存在時，其強度及安全性會降低。圖5.2-3所示之接合部，因會受偏心應力作用，可取充分之餘長，以墊木與輔助螺栓加固之即可。圖5.

5、2-3受拉構材之材端加固範例5.3受壓構材5.3.1斷面設計　　受壓構材之斷面設計，其挫屈應依5.3.2及5.3.3節之方法檢核；端部與其它構材接觸面之部分受壓（壓陷）應依5.3.4節計算。【解說】　　針對受壓構材，其對於挫屈之安全性檢核應屬必要；在長期持續載重作用下之潛變，於設計時應核算之；另外，與其他構材正交之接合部，接觸面構材之部分壓陷亦需檢討。5.3.2單一受壓構材（1）承受軸方向中心載重之單一受壓構材，其斷面依下式計算N/Ag≦fk　　　　　　　　　　（5.4）式中　N：設計用軸壓力（kgf）；　　　Ag：全斷面積（cm2）；　

6、　　fk：容許挫屈應力（kgf/cm2）。（2）容許挫屈應力fk（a）容許挫屈應力fk值依（5.5）式計算fk=ηfc（5.5）式中　η：挫屈折減係數；　　　fc：容許壓應力（kgf/cm2）。挫屈折減係數η與構材細長比λ有關，依下式計算λ≦30η＝130＜λ≦100η＝1.3－0.01λ　　　　　（5.6）100＜λη＝3000/λ2 （b）λ在100以上，由實驗求得彈性模數時，短期容許挫屈應力Sfk依下式求之Sfk＝π2E/λ2（5.7）式中　E：設計用彈性模數（kgf/cm2）；　　　　　對於各個材料進行試驗時E＝2/3E0，　　　

7、　　抽樣試驗時E＝1/2E0，E0為實驗求出之彈性模數。（3）細長比受壓構材之細長比λ依下式計算，但λ在150以下。　　　　　（5.8）i=矩形斷面構材　　　　 =D/4.0圓形斷面構材式中　λ：受壓構材之細長比；：（4）項所示之挫屈長度（cm）；i：挫屈方向之斷面迴轉半徑（cm）；I：挫屈方向對總斷面積之斷面慣性矩（cm4）；A：總斷面積（cm2）；h：矩形斷面在挫屈方向之厚度（深）（cm）；D：圓形斷面之直徑（cm）。（4）挫屈長度受壓構材之挫屈長度，依構材長度及材端狀況而定。（a）構材兩端不會移動，且材端可視為鉸支承時，其挫屈長度與

8、構材長度相等。（b）構材材端會移動，或構材變形受束制，或材端迴轉受束制時，視其狀況將挫屈長度予以增加或減小。（c）一般情形可依下列方式計算(i)柱構材取主要構架間之中心距離。(ii)桁架構材構