鋼構剪力接合設計
模組簡介
提供鋼結構梁端剪力板（Shear Tab）螺栓接合的完整強度檢核，支援承壓型與摩阻型兩種螺栓接合形式。計算涵蓋螺栓剪力、梁腹板與連接板的剪力降伏/撕裂/塊狀剪力、承壓強度、偏心螺栓群分析，以及填角焊強度檢核。系統會自動建議螺栓配置與板件尺寸，你也可以手動調整後重新檢核。
適用情境：
- 梁端簡支剪力接合設計，快速確認接合強度是否滿足需求剪力
- 透過自動建議功能取得初步設計方案，再微調細部參數
- 檢核既有接合的各項極限狀態，找出控制性破壞模式
輸入參數限制
部分參數有輸入範圍限制，超出範圍時系統會提示錯誤：
| 參數 | 限制 |
|---|---|
| 螺栓總顆數 | ≥ 1，≤ 30 |
| 螺栓排數 | ≥ 1，≤ 4 |
| 螺栓間距 S | 30 – 200 mm |
| 螺栓邊距 Le | 15 – 100 mm |
| 剪力面數 | 1 或 2 |
| 連接板高 H | ≥ 50 mm |
| 連接板厚 t | ≥ 6 mm |
| 摩擦係數 μ | 0 < μ ≤ 1.0（摩阻型適用） |
計算流程簡述
1. 設計建議（第一階段）
輸入梁斷面、需求剪力 $V_u$、螺栓規格後，系統自動計算建議方案：
- 依梁腹板淨高與螺栓最小間距，推算最大螺栓數量
- 建議連接板高度、寬度、厚度與焊道尺寸
- 超過單排上限時自動切換為雙排或三排配置
2. 螺栓剪力強度
承壓型螺栓
單顆螺栓設計剪力強度：
$$\phi R_n = 0.75 \times F_{nv} \times A_b \times N_s$$
其中 $F_{nv}$ 為螺栓標稱剪力強度、$A_b$ 為螺栓桿斷面積、$N_s$ 為剪力面數。
摩阻型螺栓
$$\phi R_n = 1.0 \times 1.13 \times \mu \times T_b \times N_s \times k_h$$
其中 $\mu$ 為滑動係數、$T_b$ 為最小螺栓預拉力、$k_h$ 為孔型係數。
3. 偏心螺栓群分析
當勾選「考慮偏心」時，剪力板偏心距 $e$ 產生的彎矩 $M_u = V_u \times e$ 會分配到各螺栓：
$$R_u = \sqrt{V_y^2 + (V_{Tx} + V_{Ty})^2}$$
其中 $V_y = V_u / n$ 為直接剪力分量，$V_{Tx}$、$V_{Ty}$ 為偏心彎矩產生的附加剪力。
4. 剪力降伏與剪力撕裂
剪力降伏（梁腹板與連接板）
$$\phi V_n = 0.9 \times 0.6 \times F_y \times A_g$$
剪力撕裂
$$\phi V_n = 0.75 \times 0.6 \times F_u \times A_n$$
$A_n$ 為扣除螺栓孔後的淨斷面積。
5. 塊狀剪力
依拉力面與剪力面的斷裂/降伏組合，取控制值：
$$\phi R_n = 0.75 \times \min ( F_u A_{nt} + 0.6 F_y A_{gv} , \ 0.6 F_u A_{nv} + F_y A_{gt} )$$
分別對梁腹板與連接板進行檢核。
6. 承壓強度
依螺栓孔邊距與間距，計算各螺栓位置的承壓強度：
$$\phi R_n = 0.75 \times \min(k \times F_u \times L_c \times t,\; 2.4 \times F_u \times d_b \times t)$$
$k$ 為孔型係數（標準孔 $k = 1.2$，長槽孔 $k = 1.0$）。
7. 填角焊強度
有效喉厚 $t_e = 0.707 \times a$（$a$ 為焊道尺寸），單位長度焊道強度：
$$\phi R_{nw} = 0.75 \times 0.6 \times F_{EXX} \times t_e$$
總焊道強度 $= \phi R_{nw} \times L \times n_{welds}$。
8. 剪力-彎矩互制
連接板端部同時承受剪力與彎矩時：
$$\left(\frac{V_u}{\phi V_n}\right)^2 + \left(\frac{M_u}{\phi M_n}\right)^2 \leq 1.0$$
9. D/C 比與控制破壞模式
系統彙整所有檢核項目的 D/C 比，找出控制性極限狀態。所有項目 D/C < 1.0 為設計通過。
參考設計規範
- 鋼結構極限設計法規範及解說 民國 99年
- AISC 360-16
輸出結果說明
計算完成後，結果報告包含以下區塊：
設計參數與接合配置圖
- 梁斷面資訊：規格、尺寸、鋼材等級
- 連接板資訊：高度、寬度、厚度、鋼材
- 螺栓配置：規格、等級、排列方式（幾排×幾列）、間距與邊距
- 接合配置 SVG 圖：視覺化顯示螺栓排列
強度檢核表
以表格呈現各檢核項目：
| 檢核類別 | 檢核項目 |
|---|---|
| 螺栓檢核 | 螺栓剪力、偏心螺栓群 |
| 梁腹板 | 剪力降伏、剪力撕裂、塊狀剪力 |
| 連接板 | 剪力降伏、剪力撕裂、塊狀剪力、承壓強度 |
| 連接板端部 | 剪力-彎矩互制、填角焊 |
每項顯示：計算參數、設計強度 $\phi R_n$、D/C 比、通過/不通過。
操作指南
基本操作流程
- 選擇梁斷面：從常用斷面下拉選單選擇，或手動輸入 H、B、tw、tf
- 設定載重與螺栓：輸入需求剪力 $V_u$，選擇螺栓直徑、等級與接合形式
- 第一次計算：點擊「計算」，系統自動產生設計建議（螺栓數量、板件尺寸、焊道）
- 調整細部參數：根據建議值微調螺栓間距、邊距、板件尺寸等
- 第二次計算：點擊「計算」進行完整強度檢核
- 查看結果：檢視各項 D/C 比與控制破壞模式
兩階段設計流程
本模組採用兩階段輸入：
- 第一階段：輸入梁斷面、載重與螺栓基本規格，取得系統建議方案
- 第二階段：在建議值基礎上調整細部參數（間距、邊距、板件尺寸），執行完整檢核
常見問題
Q: 承壓型和摩阻型螺栓有什麼差別？ A: 承壓型靠螺栓桿與孔壁承壓傳力，摩阻型靠預拉力產生的摩擦力傳力。摩阻型適用於承受反覆載重或不允許滑動的接合。
Q: 偏心效應一定要考慮嗎？ A: 建議勾選「考慮偏心」。剪力板的偏心距會在螺栓群產生額外的彎矩效應，忽略偏心可能低估螺栓需求。
Q: 焊道尺寸怎麼選？ A: 系統會依梁深自動建議最小焊道尺寸（8–15 mm）。你可以增加焊道尺寸以提高焊接強度。