近年來隨著都市更新，都市建築有高層化趨勢，超高層建築基底樓層之柱必須承受較高的軸壓力及彎矩，使用鋼管混凝土柱比其他類型構件更能符合此需求。由於鋼管可提供混凝土極佳的圍束力以提升其強度及韌性，並且更可有效抑制局部挫屈及側向扭轉挫屈之產生，進而增加室內可用空間，在這寸土寸金的時代裡具有一定的優勢，即使承受火害其核心混凝土不易喪失垂直承載力，故可降低其防火被覆需求，加上鋼管材料比較容易回收，具有環保優勢。填充型鋼管混凝土柱可分為組合箱型、矩形及圓形鋼管斷面，組合箱型柱及矩形鋼管推廣應用已行之有年，而圓形鋼管混凝土柱則因其與H型鋼梁在梁柱接頭交會區施工不易，應用上受到限制。
由於傳統鋼管柱與鋼梁接合的梁柱交會區大多採取外加勁之方式製作，在梁柱接頭區因為受力較複雜，因此在外部銲接了大量的加勁板，目的就是為使其能在地震力作用下，有效傳遞力量並不致產生破壞，但此種接頭設計複雜施作困難，並且在接頭區使用了大量之銲接，使得施工成本增加且品質難以控制，在邊柱施工時又有外凸影響美觀之問題。而本專利建議於梁柱交會區，採用鋼板貫穿鋼管柱面板之方式施作，再將鋼板與鋼梁翼板連接，可大幅減少位於梁柱交會區加勁板的使用與銲接量，較傳統接合形式更具施工性及經濟性。
本項發明專利係由本所101年「圓形鋼管混凝土柱之梁柱接頭區細部設計與耐震行為研究」委託研究之成果，以梁翼板貫入梁柱接頭方式研擬一簡單可行之接合型式，並且設計4組試體，分別以內灌混凝土與否、內藏加勁板與否與不同翼板寬度作為變異參數，藉此除了驗證接頭細部設計之可行性及接頭剪力強度外，並對內灌混凝土、加勁板與翼板寬度之影響作進一步之研究。實驗結果顯示本研究所研擬之接合方式兼顧安全性、經濟性及施工便利性，接頭內灌混凝土對於接頭之剪力強度有顯著之提昇，內藏加勁板與增加梁寬對於接頭剪力強度貢獻亦為顯著。實驗結果數據與規範比對發現，以現行SRC規範之條款計算此種接頭之剪力強度，結果安全且保守。
本專利所提出之梁柱接頭施工流程(以圓形鋼管混凝土柱內部接頭為例)，如圖1所示為一圓型鋼管柱，首先將縱向加勁板銲於翼板連接板上(若無縱向加勁板則可省略)，再將圓形鋼管開孔，由開孔位置將翼板連接板送入並以全滲透銲接合，接下來將腹板連接板以全滲透銲接於柱面上，接著在另一方向以相同之步驟將翼板連接板及腹板連接板銲接於柱體上。待兩方向之翼板連接板及腹板連接板皆與圓鋼管柱組裝完成後，接下來將兩方向之鋼梁以翼板全滲透銲接、腹板螺拴接合方式連接於試體上，再將混凝土以逆打壓力灌漿方式灌入。
圖1 填充型鋼管混凝土梁柱接頭施工流程
本專利梁柱接頭中之翼板連接板為最重要之元素，因此在翼板連接板的設計上應更為謹慎，研究數據顯示當翼板連接板寬bb與柱寬bc之比值bb／bc越小時，所計算出之剪力強度就會越接近真實實驗強度，安全係數會降低，結果會越危險。反之 越大時，設計就越安全，但增加翼板連接板寬在雙向構架時會造成混凝土灌入之施工困難。
因此在翼板連接板寬度之上限提出2項規定，第1項為RC規範中規定兩鋼筋淨間距為1.33倍骨材最大粒徑之條款，來確保圖2中所示接頭區每一個角落剩餘之面積可順利供給砂漿及骨材通過，第2項規定則為顧及壓力灌漿時入料之順暢，因此圖2中所示剩餘之總面積需大於圖3中所示灌漿入料閥之面積，設計翼板連接板之寬度時，應同時滿足以上2項規定，方可使灌漿施工順利進行。翼板連接板之下限則因實驗數據有限，因此就現有之實驗數據等比例保守建議，bb／bc之值須大於0.45。
圖2 接頭區剩餘面積示意圖
圖3 柱體灌漿入料閥示意圖
另外，當接頭區受地震力作用下時，若翼板連接板有太多之塑性變形，則容易造成接頭區熱影響區開裂之產生，因此在設計翼板連接板厚度及鋼材時，除了要確保所需設計力量足夠外，尚要在確保梁端塑鉸機制產生時，翼板連接板保持在彈性階段，以降低因翼板連接板變形所導致之破壞產生機會。