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1、 1鋼結構工程之工地管（二） 陳純森 鋼結構工程之工地管（二） 陳純森 高雄市結構技師公會學術委員會主任委員 第 五 節 安裝方法與技術（續） 第 五 節 安裝方法與技術（續） 5-5 鋼橋之接合型式 5-5 鋼橋之接合型式 橋與建築最大的差是者之材為同。橋屬於動態結構，隨時有輛駛，橋停的振動與往返變形，且振動之頻很高，容造成鋼與銲道之疲破壞，輕微者造成銲道或鋼的損，嚴重者會造成橋斷倒塌。美國的鋼橋於 2007 曾經發生鋼橋疲破壞的掉事件。由於工地的電銲較難控制施工品質，如有銲道瑕疵，在高頻之往返載重下很容產生疲癆破壞，甚或斷倒塌，所以鋼橋宜在工地電銲。圖 5-9 為鋼橋之工地接頭多採栓接頭。
2、 圖 5-9 鋼橋之工地接頭【1】 鋼橋之另一特性為跨距比較長，垂直向之變位比較大，一般的設計考慮預拱，安裝時必須將鋼橋微微上揚，待施工完成後其橋下垂至設計之高程，工地之安裝必須特別意。 至於鋼橋的接頭設置位置，由於鋼橋之加工製造屬於板片加工，鋼板割時，可以將主鋼材以割技巧直接延伸至應比較小之部位，工地2的結合處無是栓接或銲接，是應較小之部位，自無多層建築鋼結構接頭位置之設置問題。 5-6 工地結合方法 5-6 工地結合方法 鋼 結 構 之 工 地 接 合 方 法 以 栓 接 （ bolt connection ） 與 銲 接（welding）為主，早期之鋼結構接合還有鉚釘接合（rivet j
3、oint）。由於鉚釘之施工技術國內幾乎失傳，善於鉚釘技術的師傅寥寥無幾，設計案件亦甚少，故規範已刪除，惟外國則尚有相關之規範。圖 5-10 為多層建築工地之栓結合。栓鎖固後之檢查方法詳第九節之明。 圖 5-10 栓接合【1】 至於電銲之方法，雖然一般鋼結構之銲接方法有七種，但工地常用的方法則僅有種，即手銲（shield metal arc welding，簡寫 SMAW） 與包 藥 銲 （ flux cored arc welding ， 簡 寫 FCAW ） 。 其 餘 之 潛 弧 銲（submerged arc welding，簡寫 SAW）則因為散裝之砂質助熔 劑（flux）容散，工地操
4、作方，甚少使用；而 CO2電銲（gas metal arc welding， 簡 寫 GMAW ） 則 怕 吹 風 ， 工 地 也 無 法 使 用 ； 電 渣 銲（electro-slag welding，簡寫 ESW）與電氣銲（electro-gas welding，簡寫 EGW）屬於工廠製作箱型柱內隔板所專用之銲接方法，會在工地使用；剪釘電銲（stud welding，簡寫 SW）偶或在工地施作。圖 5-11 為3工地鋼柱與鋼柱對接所常用之包藥電銲方法。電銲之檢查方法亦詳於第九節之明。 圖 5-11 工地電銲施作【1】 5-7 鋼承板安裝 5-7 鋼承板安裝 鋼結構建築之板或橋樑之橋面板雖
5、然亦採用鋼筋混凝土設計，但常用鋼承板作為支撐混凝土的模板。鋼承板的吊裝速比較快，而且施工後也拆除，節許多拆卸的工作。大部分的鋼承板作為模板用途而非結構性模板，所以也很少噴塗防火被覆。鋼承板的端部收頭有採用壓扁式處，如圖 5-12 所示。也有採用端部封板方式收尾，如圖 5-13 所示。前者的密閉性能比較優，澆築混凝土時比較會漿。 鋼承板於舖設前，工程師必須檢討板厚，斷面強、板跨拒與板縫固定方式，預防因灌漿造成爆模或漿之現象。一般之木模板即使爆模，拆模後仍可剷修改善，並用水砂漿粉刷整平。可是鋼承板爆模，因礙於無法拆模的關係，卻是無法處，所以只能事前加以防範，事後則是無法治。 4圖 5-12 端部壓
6、扁式鋼承板 圖 5-13 端部封板式鋼承板 第節 特殊韌性之接頭第節 特殊韌性之接頭【1】【1】 1994 於美國加州所發生之地震，部份建築鋼結構之損壞發生在樑柱接頭的介面，且有的損位置恰在電銲道，嚴重喪失鋼結構的韌性特質。其原因外乎： 1. 樑柱接頭之銲接處方式佳，工地所採用之包藥電銲（flux cored arc welding）施工品質太差，造成接頭容受損。 2. 樑柱接頭有應集中現象，特別於接頭介面之、柱斷面變化太大時，應集中太明顯，無法發揮韌性功能。 3. 樑柱接頭之介面強低於體本身，形成強弱柱之系統。 為提高鋼結構之韌性特質及防止上述似災害，遂有下之改善建議： 51. 避免應集中：
7、 鋼結構之與柱接合處，與柱的寬宜相差太懸殊，避免應過集中，而產生構材受時急速破壞，以致結構系統毫無韌性可言。且接頭之圓弧形鼠（rat hole or scallop）、背墊板（back bar）、起弧導板（end tab）亦應妥善設置，宜採用順暢之應工法，以減少應集中現象。圖 6-1 為一般之接頭工法。 AAA - A 剖 面圖 6-1 一般常用接頭【1】 2. 加強工法： 一般的翼板加強工法，在鋼與鋼柱的接合介面，儘將鋼的翼板放寬或加厚，使翼板能傳遞比較多的彎矩應到箱型鋼柱橫隔板，而減少鋼腹板的彎矩分配，因為鋼腹板在箱型鋼柱內的相對位置，並無續板接續腹板所傳遞之應，故容導致箱型鋼柱的面板被急
8、速撕。加強工法之處如圖 6-2 所示。 6M翼板加寬工法翼板加厚工法箱型柱箱型柱H鋼H鋼圖 6-2 加強工法【1】 3. 減弱工法： 建築結構的設計應儘採用強柱弱原則，如結構體在受時損壞，應該先從鋼破壞，而非柱子先破壞，始免於倒塌。基於此項原則，施工應如何誘導受時鋼先伏十分重要，所以部分設計將鋼之翼板事先削減，或鑽孔以減少其斷面慣性矩（或減少斷面模），使本體於大地震時先發生塑性鉸，而致於在柱界面損壞，稱為減弱工法。如圖 6-3 即為典型之減弱工法。 AAA - A 剖 面翼板削減弱圖 6-3 減弱工法【1】 7無施工時柱接頭採用何種特別處措施，均應事先調查有無涉專之問題，避免無謂之紛爭與困擾。
9、 近日本之多層建築比較重視牆體抗震或消能，萬一發生大地震而造成損壞時，修牆體顯然比修柱容許多。 第 七 節 工地電銲符號之別 第 七 節 工地電銲符號之別 國內曾經發生三鋼結構建築於施工中完全倒塌之意外事故，且倒塌之時間甚為短暫，事故發生時並無任何地震或颱風之侵襲，而是受鋼架本身之靜重所壓垮，十分可思議。究觀其原因外乎接頭之栓與電銲品質。其中電銲品質與施工標準相去甚遠，尤其是應該全滲透之電銲施作盡確實。謹將與工地全滲透電銲之相關符號作一介紹，以別管。 鋼結構之電銲符號包括基本符號與加工符號，其標示位置如圖 7-1 所示： RS(E)L-PTF A(N)加工方法符號 開槽角 根部間繫 基本符號位
10、置現場銲接有效喉深(尖端向尾叉)全周銲符號 引線 箭頭表面形符號 跳銲銲接長 跳銲中心間距特別明事項點銲接或浮凸 銲接目銲接尺基線尾部記號圖 7-1 電銲符號 常用之基本符號如表 7-1 所示，而加工符號則如表 7-2 所示，無施工人員或管人員應該熟諳標示，以管控工地電銲品質。 8表 7-1 電銲基本符號表 種 符 號 種 符 號 填角銲接 背剷銲接 孔銲接 堆積銲接 方形槽 V 形槽 U 形槽 X 形槽 雙 U 槽 單斜槽 叭槽 K 形槽 開 槽 銲 接 雙叭 開 槽 銲 接 斜叭表 7-2 銲道加工符號表 名 稱 符 號 名 稱 符 號 背面墊板 M鑿 平 C 全周銲接 研 磨 G 現場銲
11、接 削 M 平面 鎚 擊 H 凸面 銲 接 部 位 加 工 方 法 指定 加工法F 銲 道 表 面 形 凹面 第八節 鋼構件之防護 第八節 鋼構件之防護 從工廠運送到工地的鋼架多半已經塗裝，工地的防蝕工作僅為最後的面漆工作。鋼結構之工地防蝕工作約可分為三大型明。 8-1 多層建築鋼結構： 8-1 多層建築鋼結構： 按照鋼結構之施工規範，有四種場合得塗裝油漆，即： 1. 須灌注混凝土之鋼結構表面 2. 須噴覆防火被覆之鋼結構表面 3. 須電銲之部位 94. 須鎖栓之部位 依此規範，多層建築根本得塗裝油漆。因為建築法規規定三以上之多層建築必須防火時效至少二小時以上，均須噴覆防火被覆，地上層部分自然
12、無法塗裝油漆。而地下層則必須灌注混凝土，也得塗裝油漆。所以多層建築依規定是可塗裝油漆。坊間的多層建築如果塗裝油漆實是違規的權宜措施。因為多層建築之鋼構架，從工廠製造直到工地板灌注混 凝土完成，最快須要個月的工期才能噴覆防火被覆，可是鋼天閒置達個月以上勢必銹蝕非常嚴重，造成工地無法善後的嚴重問題。因此，許多的多層建築在甲、乙雙方的協商之下，勉強塗抹超薄之預塗底漆，其厚酷似水膜，外國慣稱為 wash primer，乾膜厚約為 1015m。採用此種超薄之預塗底漆必須事先施作粘著性試驗，其閒置外之有效時間僅約一至一半，如果超過太久仍會嚴重腐蝕。圖 8-1 為國內某 34 層超高層建築之鋼架閒置八後之嚴
13、重銹蝕情形，財務損失十分嚴重。 圖 8-1 多層建築之嚴重銹蝕【1】 一旦多層建築事先預塗底漆，工地就無須再塗裝油漆。反觀多層建築鋼架未預塗部分，固然是符合一般規範之規定，但是必須確保於噴覆防火被覆時，鋼架得有明顯銹蝕，否則依規範仍應設法除銹乾淨才能噴防火被覆。 8-2 工廠建築鋼結構： 8-2 工廠建築鋼結構： 10一般工廠建築之鋼結構均塗裝油漆，其油漆層除約另有規定外，約二至四層等，每層油漆膜厚約為 2540m，視油漆之材質而定，漆膜總厚約為 100150m。一般工廠建築之油漆約可分為三層特性，底漆層必須好之黏著性，中漆層應與底漆及面漆確實相容，這層油漆於工廠製造時已噴塗完畢，非屬工地之工
14、作範圍。面漆層因為直接與大氣外界接觸，防蝕效果須比較好，工地施作完後整體外觀較佳。坊間最佳防銹效果之無機鋅粉漆，因本身相容性太差，所以施工時必須噴足厚，萬一檢查厚足而須要補塗時，只能採用有機鋅粉漆補塗，其防銹效果大為低。表 8-1 為油漆相容性比較表，幾乎各種相同油漆均能相容，惟獨無機鋅粉底漆本身卻無法相容，工地施工時必須謹慎。圖 8-2 則為工廠建築於面漆噴塗完成之情形。 表 8-1 油漆相容性對照表 上層塗 底層塗 油性樹 脂塗 氯化橡膠 塗 聚氯乙 烯塗環氧樹 脂塗無機鋅 粉底漆無機鋅 粉底漆苯酚樹脂 塗 硝化纖維 塗 聚氨基甲 酸酯塗油性樹脂塗 -X X X - X X 氯化橡膠塗 X
15、 X- X X 聚氯乙烯塗 X X X X 環氧樹脂塗 X - X 無機鋅粉底漆 無機鋅粉底漆 X X X - X 苯酚樹脂塗 X X X X X 硝化纖維塗 X X 聚氨基甲酸酯塗 - X - X 11圖 8-2 工廠建築之塗裝完成【1】 部分鋼結構工程採用熱浸鍍鋅作為防蝕處者，於施工中鍍鋅剝者，也只能採用有機鋅粉漆予以補漆，因為無機鋅粉漆附著。另外，熱浸鍍鋅鋼構件於工地鎖栓時，應先在接合部位以手動鋼刷將其刮刷，讓鍍鋅面顯粗糙，栓方能鎖緊。有關熱浸鍍鋅之技術因屬於工廠製造之範圍，非屬工地權責，其施工要與管閱文獻【1】。 8-3 橋鋼結構： 8-3 橋鋼結構： 一般鋼結構橋採用厚塗型油漆，盼望完工之後儘減少油漆之保養工作。油漆之層須依約規定辦，一般包括底漆、中漆、面漆各層。每層之厚約 50m，故鋼橋之總膜厚約為 300m，約為廠房建築之二三倍。由於厚塗型油漆工地噴塗比較難掌控品質，
