【問】預拱量計算
現行鋼結構設計規範對梁構材預拱量之計算法未規定,請問應如何考量才適當?
【答】
跨度較大好梁構材施工時應予以預拱,其目的係為抵消靜載重及部份活載重所產生之撓度,使梁構材在載重狀態下,不致有明顯下垂現象,或造成積水或其他使用上不便或不舒適之情況。但如何決定預拱量確是一件不容易的事,其理由如下:
任何構材承受載重均會產生撓度,但計算撓度所採用之斷面慣性矩(I)只有在均勻斷面之桿件才較能夠較精確計算。若桿件為非均勻斷面,或桿件有與樓版結合成「合成構材」,或有與非結構構材(例如隔間牆)接觸等情況,則很難估算正確之撓度。
施工順序也是預拱量不容易正確估算的主因之一,結構構材施工時施加載重之先後順序,或有無臨時支撐等均會導致結構桿件在不同施工階段之斷面慣性矩均不同之情況(例如;樓版底有臨時支撐者,所需預拱量較小,樓版底無臨時支撐者所需預拱量較大)。
設計活載重通常並非即是實際載重,僅為設計規範所要求之最低需求,一般情況設計活載重均會略大於實際載重,且可能隨時變換載重位置及大小。
由以上探討可知欲決定適當的預拱量非常困難,僅能概略估計可符合使用需求之預拱量,一般實務上估計預拱量之載重可採用「靜載重另加二分之一設計活載重」,桿件之斷面慣性矩則應考慮實際施工情況,採用「不同施工階段之載重配合該階段之桿件斷面慣性矩分別計算再予叠加。有些情況尚須考量屋面排水坡度,避免產生水池效應(ponding)及考量使用年限內可能產生之變化(例如乾縮、潛變或環境改變、路面加鋪增高對橋梁淨高之影響)及視覺或美觀等因素,以及結構物本身之特殊需求等,而據以酌量增減預拱量。在實務設計上為避免預拱量不足時不易改善,建議在不影響使用性及美觀的條件下可酌予增加預拱量。
【參考資料】
營建署(2006),鋼結構施工規範及解說,4月
營建署(2006),鋼結構容許應力設計法規範及解說,12月
營建署(1991),建築技術規則,10月