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「內政部委託辦理營造業工地主任 220 小時職能訓練課程講習計畫」 職能訓練課程教材

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「內政部委託辦理營造業工地主任 220 小時職能訓練課程講習計畫」 職能訓練課程教材. 課程內容: 工程材料檢測及判識 (鋼結構-1) 委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁 中華民國九十七年. 工程材料檢測及判識 (鋼結構). Material- 鋼鐵材料的組成特性會影響到鋼結構的特性 Machine- 鋼結構是需要精密機械來準確加工 Man- 加工人員的素質與程度是重要的影響因素 Money- 鋼鐵材料生產費用隨國際油價,礦砂激漲,成本負擔也愈形沉重 Methodology- 吊裝、電銲技術之方法程序及進度安排,每一環節都會對鋼結構品質產生嚴重影響。.

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「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材

課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-1)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

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工程材料檢測及判識(鋼結構)
  • Material-鋼鐵材料的組成特性會影響到鋼結構的特性
  • Machine-鋼結構是需要精密機械來準確加工
  • Man-加工人員的素質與程度是重要的影響因素
  • Money-鋼鐵材料生產費用隨國際油價,礦砂激漲,成本負擔也愈形沉重
  • Methodology-吊裝、電銲技術之方法程序及進度安排,每一環節都會對鋼結構品質產生嚴重影響。
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工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之焊接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判識
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鋼結構概論
  • 鋼鐵材料簡介
  • 鋼鐵材料組成成份和微結構
  • 力學特性
  • 腐蝕和腐蝕特性
  • 結構鋼之種類和特性
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鋼結構概論
  • 鋼鐵材料簡介
    • 鋼鐵材料依需求可製造成不同品質與形態 之鋼材。
    • 大部分結構鋼材斷面係經由連續輾軋製造而成,輾軋後鋼材之力學特性,除受到化學組成成份之影響外,將受到開始輾軋溫度、材料變形(應變)程度、和冷卻速率之影響,熱處理也會轉變鋼材的性質。
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鋼結構概論
  • 鋼鐵材料組成成份和微結構
    • 鋼鐵組成成份:

1.鋼鐵材料化學組成主要係為鐵和碳之合金,但為了符合不同特性之需求,可加入一些其他合金元素而製造成不同種類之合金鋼材。

2.鋼鐵之最大含碳量為2 %,一般結構鋼之含碳量小於0.3 %,依其化學組成而一般分成碳鋼和低合金鋼。

3.碳量增加,強度增加,但韌性及延展性降低。

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鋼結構概論
  • 鋼鐵材料組成成份和微結構
    • 顯微結構:

鑄鐵和合金之顯微結構由組成相態和/或晶粒之幾何排列、體積、結晶大小和形態所組成,可利用顯微鏡之觀察而間接判斷材料力學性質。

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鋼結構概論
  • 力學特性

設計結構鋼構件主要考慮為鋼材型式、使用環境狀況(例如抵抗大氣腐蝕)、鋼之等級、強度或組合型式。

鋼材由於製造過程(軋製循環之程度、熱處理之冷卻速率等)、機械或熱處理而形成不同之化學組成(鍛造和固化過程造成元素集中或分離),以致於兩者之內部和界面特性不同,造成品質變異,這是經結構鋼使用者和製造者所公認之變異性,設計時必須加以考慮。

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鋼結構概論
  • 力學特性
    • 應力-應變行為

1.彈性變形─曲線開始第一區域( OA )為線彈性行為(亦即應力和應變之關係為線性;當應力解除後,應變將回復至原來位置)

2.降伏強度(開始降伏、塑性或永久變形之應力),而降伏強度為工程設計時之最大依據,依其強度決定一般設計之容許或有效強度。

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鋼結構概論
  • 力學特性
    • 應力-應變行為

3.低碳或中碳鋼通常會有兩個降伏點,當應力超過降伏點後,則持續又一次地升高和下降,其中以第一個開始下降點(上降伏點)作為降伏強度。

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鋼結構概論
  • 力學特性
    • 應力-應變行為

4.均勻塑性變形─AB區域之試樣,產生永久變形且斷面均勻減少產生大量之塑性變形。應力之增加使試樣深一層降伏或變形,此過程稱為「應變硬化」。

5.局部塑性變形(頸縮)─DE區,當最大載重發生後,材料較弱之部分則產生伸長變形和斷面減少之現象,導致塑性不穩定;此現象係集中於試樣局部斷面,稱認「頸縮」(necking),最後試樣生破裂或破壞。

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鋼結構概論
  • 力學特性
    • 破裂韌性

破裂韌性係為材料突然承受應力(衝擊狀況),在破裂前產生塑性變形所能吸收之能量,工程設計上並不完全考慮韌性,但它對於必須承受載重和/或環境狀況,而導致脆性破裂之結構鋼斷面而言,則相當重要。

鋼材承受衝擊載重而抵抗脆性破裂時,必須吸收相當多之能量,會造成應力集中。

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鋼結構概論
  • 力學特性
    • 可銲性

鋼結構常使用銲接以接合鋼材斷面或鈑塊方法,以熔銲最佳也最普遍,其方法係將被銲接金屬接合處加熱至再結晶或熔合溫度,再使用或不使用壓力,將金屬填入而使結合處凝固成為一體

銲接對金屬材料附近所造成之區域稱之熱影響區(HAZ),此區域之顯微結構將有所改變,而且力學特性變差,其改變係依據:( l)兩金屬之組成成份, ( 2)原來或可能發生之狀況,( 3)銲接後之冷卻速率而定。當鋼之含碳量和合金含量增加時,可銲性將隨之降低。

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鋼結構概論
  • 腐蝕和腐蝕特性
    • 腐蝕機理

腐蝕係金屬受到環境作用產生化學或電化學反應,而造成有害侵蝕或退化之現象。

氧化後所形成之含鐵氫氧化合物(Fe2O3、H2O)即為鐵銹。

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鋼結構概論
  • 腐蝕和腐蝕特性
    • 腐蝕型式

(1)一般腐蝕:一般腐蝕或鐵銹是鋼腐蝕最常見之型式,通常在腐蝕表面形成無數微細腐蝕組織之均勻腐蝕過程,氧通常為氧化劑,而來自於雨水、凝結水或濕氣之水份,則有效地幫助其產生反應;原來已存在之腐蝕產物(鐵銹)並無法阻礙鐵銹繼續產生,但是腐蝕將滲入鋼表面之下而鐵銹繼續循環產生。

(2)坑洞腐蝕:為一種非均勻之局部腐蝕,係由於坑洞之瑕疵所造成;暴露於沿海地帶結構物之含氯化物腐蝕即為此種型式

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鋼結構概論
  • 腐蝕和腐蝕特性
    • 腐蝕型式

(3)流電腐蝕:當被接合或雙極電力之兩種不同電位金屬存在於濕氣或水溶液中,即形成陽極-陰極,鋼和銅接觸為最常見之例子。

(4)應力腐蝕:在應力作用下,腐蝕過程相當快,當其形成局部腐蝕時,將導致材料脆性破裂;混凝土中之預力鋼鍵即為此腐蝕型式。

(5)裂隙腐蝕:當濕氣和污染存在於裂隙中,則造成腐蝕加速。

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鋼結構概論
  • 腐蝕和腐蝕特性
    • 腐蝕控制

(1)塗膜保護:使用塗料將鋼和大氣層隔絕,而達到防止腐蝕之方法。

(2)電鍍保護:將鐵和鋼浸泡於鋅電鍍液中,熱電鍍使鋅附著於鐵和鋼之表面而形成保護膜;而金屬處理則是利用噴槍將鋅噴灑於鋼表面而達到保護效果。

使用鋅做為保護塗膜之原因為:

1.鋅氧化薄膜將形成有效之障壁,阻擋鋼和大氣層接觸。

2.鋅腐蝕之速率較鐵或鋼快。

3.鋅做為犧性材料而保護鐵(因為在大氣溫度下,鋅比較容易氧化,相較之下鐵為陰極而鋅則為陽極)。

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鋼結構概論
  • 腐蝕和腐蝕特性
    • 腐蝕控制

(3)陰極保護:此方法通常使用於深入地面以下或水中之結構物,並和塗膜保護膜法合併使用。由於腐蝕之發生,必須在陽極和陰極間有流動之電子流,因此可控制電流方向和大小以降低或消除腐蝕反應;在原來陽極鋼之表面給予相反方向電流,使其成為陰極而無腐蝕反應作用。

(4)抗腐蝕鋼:利用合金元素添加於鋼材內,使其形成氧化保護膜,而延長鋼材暴露於大氣環境(風化作用)之使用壽命,對於抵抗大氣腐蝕之效益而言,含銅之合金鋼為純碳鋼之4~8倍;因此可添加銅、磷、鉻、鎳和矽於碳鋼中,以達到抗腐蝕之性能。

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鋼結構概論
  • 結構鋼之種類和特性
    • 一般結構用鋼:在台灣最常用之結構鋼料(Structure Steel, SS)為中國國家標準之CNS SS400 及CNS SS490 等,其抗拉強度分別為400N/mm2 (MPa)以上及490N / mm2 (MPa)之以上,降伏強度則分別為235N/ mm2(MPa)及275N/mm2(MPa)以上與日本工業標準之JIS SS400及SS490相同。此種SS級材質之鋼材化學成分均限制磷、硫之含量,但不限制碳、錳含量,適合於栓接用之鋼結構。
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鋼結構概論
  • 結構鋼之種類和特性
    • 銲接結構用鋼:銲接結構用鋼屬造船專用(Steel Marine, SM)之銲接鋼料,其標準為中國國家標準之CNS SM400及CNS SM490等,其抗拉強度亦分別為400 N/mm2(MPa)以上及 490 N/mm2 (MPa)以上,降伏強度則分別為235 N/mm2(MPa)及275 N / mm2(MPa) 以上與日本工業標準之JIS SM400 及SM490相同。如標示符號為SM490A則代表材料韌性A 級;而標示符號為SM490YA者代表高降伏強度材料且韌性屬於A級。此種SM級材質之鋼料化學成分限制碳、矽、錳、磷、硫等之含量,適合電銲接合。
    • 美國材料試驗協會之ASTM A36及A572等鋼種,亦屬於適合電銲接合之材質。高層建築物鋼梁或斜撐使用ASTM A36的材質,而鋼柱常用ASTM A572材質。
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鋼結構概論
  • 結構鋼之種類和特性
    • 建築結構用鋼:鋼料之降伏強度以往僅規定最低值,而部份煉鋼廠所生產的鋼料,為了達到此一標準,其降伏強度都有偏高的現象,造成了降伏強度與抗拉強度過於接近,以致降低了材料的韌性。高層建築之鋼結構其韌性要求比較嚴格,使用韌性鋼料是一大趨勢,所謂的SN(Steel New)材質即是,如SN400A、SN490B等,其抗拉強度雖亦分別為 400N/mm2及490N /mm2以上,但是其降伏強度最高值限制不得高於抗拉強度的80%。
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鋼結構概論
  • 結構鋼之種類和特性
    • 銲接用材料:銲接用之材料有人工電銲之銲條、二氣化碳(CO2)助熔電銲之銲線、包藥電銲之銲線及潛弧電銲之銲線等四種。傳統式人工電銲之銲條呈棒狀,中心為鋼條,外側包覆砂質之助熔劑,助熔劑的功能係用來保溫以促成銲條及鋼料之間的緊密熔合。二氣化碳助熔銲接法之銲線比較細,直徑約0.9mm至2.4mm,呈盤捲狀,每捲銲線的重量約為15至25kg。包藥銲線亦為盤捲狀,其助熔劑係包裹在管狀的銲線中心,故稱為「包藥銲」。此種銲線之材質比較特殊,成本亦比較高。潛弧式電銲之銲線亦呈盤捲狀,銲線之直種約2.4mm 至 6.4mm,因為銲線之直徑比較大,故適合電銲量比較多之場合。電銲時,採用散狀或粉狀之銲劑作為助熔劑,銲線之熔解均潛躲在銲劑下面進行,銲接時看不到電銲火花,亦名「沉弧式電銲」。
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「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材

課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-2)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

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工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之焊接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判識
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鋼結構材料之加工
  • 製造流程
  • 放樣作業
  • 下料切割
  • 開孔
  • 組合
  • 電銲
  • 螺栓接合
  • 試安裝
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鋼結構材料之加工
  • 製造流程:

鋼結構之製造項目包括鋼板切割、鑽孔、組裝、電銲及塗裝等

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鋼結構材料之加工
  • 放樣作業

施工廠商於完成施工圖後,須進行放樣或展冊檢查,確實核對施工圖之所有細節,以防止工廠誤製或吊裝錯誤。放樣檢查方式為原圖檢查及展開圖查核,必要時並準備製造用「樣鈑」供工廠下料或鑽孔之用。

為確保鋼結構之施工品質,放樣檢查之工作甚為重要,務必詳實。可以利用電腦軟體核對檢查,提升製造圖的品質。

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鋼結構材料之加工
  • 下料切割
    • 落樣:落樣為在鋼鐵材料表面繪製記號以供製造,一般鋼結構的加工精度均以mm量度,精度標準非常細膩,放樣工作直接影響加工之品質,故放樣作業務必須十分嚴謹。
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鋼結構材料之加工
  • 下料切割
    • 冷作: 鋼鈑、型鋼等原材料之切割、開孔、組合及點銲等工作皆屬冷作,目前鋼鐵材料的切割或開孔工作採用數據控制自動作業,精度甚高。將切割與開孔完成之鋼料零件依照施工圖組合為鋼構件,並加以點銲即為組合工作。
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鋼結構材料之加工
  • 下料切割
    • 瓦斯切割: 瓦斯切割的工作效率最高,工廠內可採用大量輕便型的瓦斯切割機器作業,除了可以大量生產以外尚可節省許多作業空間。但由於瓦斯切割係利用高溫氣體搭配機器的移動將鋼料切斷,故切割表面常有不同程度的粗糙面,。
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鋼結構材料之加工
  • 下料切割

開槽角度

粗糙度

切割凹痕

切割面垂直度

開槽面根部

熔渣

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鋼結構材料之加工
  • 下料切割-切割方式比較—氣體火焰切割
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鋼結構材料之加工
  • 下料切割-切割方式比較—機械切割
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鋼結構材料之加工
  • 開孔

鋼結構之開孔有鑽孔、沖孔與切孔等三種。

螺栓接頭之開孔直徑應比螺栓直徑大1.5公厘,而裝設之精度必須非常確實才能妥善安裝。

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鋼結構材料之加工
  • 組合

組合作業係將裁切及鑽孔妥善之鋼材,放置在構台固定之,再依照施工圖組合成鋼件加以點銲之。

樑:鋼橋的組合作業約分為四個步驟,即平鈑組合、隔鈑組合、圍鈑組合及封鈑組合及翻轉加工。

柱:建築物方型鋼柱之橫隔鈑作為傳遞鋼梁應力之用,其位置與鋼梁上下翼鈑之位置相齊,厚度亦與翼鈑之厚度相同。為使橫隔鈑之四側均能與柱面鈑確實銲接,橫隔鈑之兩側通常設置電熱熔渣銲接(ESW)或電熱氣體銲接(EGW)之預備缺口。

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鋼結構材料之加工
  • 電銲

組合鋼構件後,利用電銲熔解之方法,緊密將鋼構件組合在一起,電銲結合包含角銲、部分滲透電銲及全滲透電銲等方式。

使構件內各金屬間部份或完全熔合接著,採金屬接合銲接方式。

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鋼結構材料之加工
  • 電銲

銲接方法

    • 被覆電弧銲接(SMAW--Shield Metal Arc Welding)
    • 氣體遮護電弧銲接(GMAW--Gas Metal Arc Welding)
    • 包藥銲線電弧銲接(FCAW--Flux-Cored Arc Welding)
    • 潛弧銲接(SAW--Submerged Arc Welding)
    • 電熱熔渣銲接(ESW--Electro Slag Welding)
    • 電熱氣體銲接(EGW--Electro Gas Welding)
    • 植釘銲接(SW--Stud Welding)

等7類

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鋼結構材料之加工
  • 螺栓接合

鋼結構之接合除了用電銲接合以外,尚可採用螺栓接合及鉚釘接合方式。

一般均採用品質控制較易之螺栓接合,材質為摩擦型強力螺栓。方法為扭力自動控制法,,當螺栓被鎖固後,螺稈之尾件會自動斷落,相當方便檢查。

強力螺栓之規格以美規ASTM A325或ASTM A490材質,而日規F10T、F11T、S10T或S11T之規格。

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鋼結構材料之加工
  • 試安裝

鋼結構構件尺寸都相當龐大,所以於工廠製造完成,為了安裝順利起見,在工廠製造後經常辦理「試安裝」工作,將每根梁、柱或斜撐等鋼構件先在工廠預裝妥當,並修正其製造誤差,然後再個別拆開,運送到工地正式安裝,建立完整之作業程序,保證鋼結構之品質及精度。

試安裝的目的在於確認鋼構件製造的品質,以減少工地修改,而試安裝時並非將所有的螺栓均予鎖固,也並非將所有之電銲接合均予銲完。而平面或立面比較規則的鋼結構,若信心十足,可免辦試安裝,

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假安裝(預組)之考量
    • 接頭調整困難之大型構件
    • 複雜之接頭型式
    • 組立時程要求
    • 構件施工環境嚴苛
    • 構件精密度確認
  • 假安裝(預組)之目的

即是進行接頭精度之確認,利用假安裝事前重現構件接合條件,配合檢驗標準進一步確認,將不符接合標準部分於工廠製造階段即予以修正,避去現場之修改作業。

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「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材

課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-3)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

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工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之焊接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判試
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鋼結構工地安裝

鋼結構工程為預製式施工,為了準確按照設計圖說達成結構構件,在吊裝前應先擬妥鋼結構施工計畫書,包括安裝圖繪製、人員組織、機具設備、運輸計劃、材料堆放地點、安裝程序、架設計劃與品質控制及工程預定進度表等等。

施工計劃也應包括可能互相干擾之相關工作事項,例如鋼結構與檔土支撐措施之介面,開工前應事先套繪圖樣,防止鋼梁、鋼柱與支撐、中間柱相衝突。

slide47
鋼結構工地安裝
  • 安裝流程

工地安裝之項目包括基礎螺栓埋設、成品點收、測量基礎中心、吊裝構件、精度調整、強力螺栓鎖固、必要電銲、安全網鋪設、品質檢驗及防護處理等。

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鋼結構安裝計畫及作業流程

銲接計畫

切割計畫

吊裝計畫

l

試拼裝

l

放樣

l劃線

l切割

l

組合

l銲接

l整修

辦理

鋼構廠

l

塗裝

檢驗

l

精度檢查

l膜厚檢查

l塗裝檢查

營造公司

監造單位

l

接鈑方式

l鈑邊加工

l

尺寸控制

l避免施工應力

l完整性檢驗

l外觀控制

抽驗

slide50
鋼結構工地安裝
  • 鋼柱吊裝

高層建築物鋼架之吊裝多半以「節」為單位,每節(根)柱的範圍約為二至四層樓高。如果低層區的柱子太重時,有時候一節柱僅包含一樓或二樓的柱子。

於大部分的設計,第一節柱都是埋入混凝土中,表面並無油漆。由於混凝土基礎表面粗糙不平,鋼柱底鈑無法與混凝土面密接,通常在兩者之間會灌入「無收縮性灌漿材料」。

slide51
鋼結構工地安裝
  • 鋼梁吊裝

為配合鋼柱吊裝工作進行,鋼梁的吊裝一次可以起吊三至五根,如圖3-16所示。當鋼梁吊至定位後,先將腹鈑之螺栓鎖緊。由於一般規範規定螺栓孔徑比螺栓直徑大1.5mm,故吊裝時,必須嚴謹準確,才能定位妥當。

在鋼梁吊裝妥適後,應立即施作第一階段之螺栓鎖固,並檢測有關之高程及中心線,於調整完成後,才施作工地電銲。

鋼構架之電銲工作完成並且收縮穩定後,全面將工地之強力螺栓施作第二階段鎖固。鎖固後應依規定檢查扭力值,以確認螺栓已經鎖緊。

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鋼結構工地安裝
  • 梁柱接頭

梁柱之接頭,一般在腹鈑採用螺栓接合,而翼鈑則採用電銲全滲透接合。腹鈑的螺栓可以將搖愰高空中的鋼梁先予固定,而翼鈑的電銲接合則可以減少許多樓鈑工程或建築裝修的工作死角。

為了發揮梁柱接頭的韌性以減低地震力,建築結構在梁柱樓鈑頭之介面可以採用加強或減弱工法,以抵抗或誘導鋼梁在高地震力下產生塑性鉸,以防止建築物因鋼柱破壞而倒塌。

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鋼結構工地安裝
  • 斜撐安裝

斜撐係作為防止側向位移之有效構材,可防止鋼架左右擺動,不過因鋼架安裝過程中,鋼架安裝位置的調整常是必要的,所以斜撐的設置反而增加鋼架安裝的困難度。

為此斜撐安裝最好先在地面上預組完成,再一吊達定位。

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鋼結構工地安裝
  • 工地栓接技術

採用傳統式的螺栓在工地鎖固以後,必須逐顆量度扭力值,以查證螺栓是否確實鎖固。

如採用扭力自動控制工法之摩擦型螺栓,則必須事先查驗螺栓的清潔度,否則螺栓尾部雖然已經斷落,螺栓未必鎖緊。

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鋼結構工地安裝
  • 工地栓接技術

施工過程中,鋼料、螺栓、螺帽及墊圈等接合面不得留存浮銹、塵土及雜物,而且鑽孔處之毛邊必須研磨去除,如螺桿軸心線與鋼料接合面不垂直時,容許傾斜度為 l : 20。

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鋼結構工地安裝
  • 工地栓接技術

使用摩擦式螺栓時,接合面不得含有漆膜,而螺栓孔邊外加l倍螺栓直徑且大於25mm之範圍內,均不得油漆。

塗裝部分之鋼料表面必須先噴砂再噴油漆。如鋼料採用熱浸鍍鋅處理時,鍍鋅表面只能以手動鋼刷施行接合面粗糙處理,不能採用電動鋼刷處理。

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鋼結構工地安裝
  • 鋼承板安裝

鋼結構建築樓鈑或鋼橋之橋面鈑常用鋼筋混凝土,鋼承鈑作為支撐混凝土的模鈑。

鋼承鈑的吊裝迅速,施工後不必拆除,節省許多拆卸的工作,大部分鋼承鈑只作模鈑用而非結構性承鈑,所以也很少噴塗防火被覆。

鋼承鈑的端部收頭有採用壓扁式處理,澆築混凝土時比較不會漏漿。也有用端部封鈑方式收尾。

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鋼結構工地安裝
  • 工地安全

現場人員的安全帽、腰部的安全腰帶,以及腳部的安全鞋及綁腿等,都應該妥善處理,以避免發生意外造成不幸。

有關安全網的架設,相關的工安規章都有詳盡的規定,現場工作人員及督導主管都必須確實施作與要求。

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課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-4)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

slide61
工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之銲接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判試
slide62
鋼結構之焊接

電銲因接合能夠將鋼料連續的結合在一起,鋼構件內部的應力傳遞容易,所以被廣泛採用。惟電銲工作涉及許多電銲工的銲接技巧及施工要領,一般營建工程之技術人員比較陌生,如未予充分了解及作好品質管制工作,則無法維持良好工程品質,而降低了結構體安全性。

電銲的基本原理係利用正負電接觸產生高熱電弧,將銲條熔化後附著在鋼料以補充鋼料表面之缺陷或作為鋼料間的結合,故亦稱為「銲接」電銲機之正電源連接銲條,負電源連接欲接合之鋼料母材,當電銲機開關放動後,銲條與鋼料會產生高溫電弧與氣霧,銲條則受高溫熔解完成銲補或銲接之功能。

slide63
鋼結構之焊接
  • 電銲方法
    • 被覆電弧銲接(SMAW--Shield Metal Arc Welding)
    • 氣體遮護電弧銲接(GMAW--Gas Metal Arc Welding)
    • 包藥銲線電弧銲接(FCAW--Flux-Cored Arc Welding)
    • 潛弧銲接(SAW--Submerged Arc Welding)
    • 電熱熔渣銲接(ESW--Electro Slag Welding)
    • 電熱氣體銲接(EGW--Electro Gas Welding)
    • 植釘銲接(SW--Stud Welding)

等7類

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被覆電弧銲接(SMAW)

(手銲)藉由被覆銲條與工作母材間產生的電弧為熱源,將銲條與母材熔融以達到接合目的。

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潛弧銲接(SAW)

  • 潛弧銲接為自動銲接機具,送線機將成捲型之實心銲線送出,與母材間形成電弧,藉由電弧熱熔融母材及銲線形成銲接金屬。設備裝載於行走之台車架台之上,隨台車持續前進。
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氣體遮護電弧銲接(GMAW)~充體金屬電弧銲接

使用實心銲線為電極,由馬達持續送線自銲槍前端之銲嘴送出並與母材接觸產生電弧,經由電弧熱熔融銲線與母材以達接合目的。

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包藥銲線電弧銲接(FCAW)

以連續送線方式與母材持續產生電弧,由電弧熱熔融母材加入銲材熔滴達接合。

分為兩類:無氣體遮護式(自護式)與氣體遮護式。

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電熱熔渣銲接(ESW)

利用電阻熱熔融由送線機經細長直立方管銲槽,連續傳送之包藥銲線,於熔池內與母材、銲線持續熔融,形成銲接金屬。

由下方開始立向直上,將母材及襯板之銲道範圍填滿。

  • 電熱氣體銲接(EGW)

以消耗性實心或包藥銲線,經由送線機送經銲嘴導管與母材產生電弧,電弧熱熔融母材、銲線形成銲池,持續送線,熔混於銲池內,冷卻後成銲接金屬。

板厚適用範圍15~100mm,多運用於鋼骨結構箱型柱內橫隔板立向銲接,亦有運用於鋼板立向對接。

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植釘銲接(SW)

利用金屬螺栓(釘)、金屬棒、剪力釘接觸端與母材間產生電弧,電弧熱熔融母材及剪力釘前端,至足夠溫度銲接時,植釘槍施以適當之壓力,使剪力釘及母材相接合。

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鋼結構之焊接
  • 電銲方式
    • 人工電銲:一般人工電銲所用之銲條為條狀,中心為鋼條,外圍包覆細砂質之助熔劑。助熔劑的功能係作為電銲過程之保溫,並促進銲條及鋼料之間的滲透熔合。因為人工電銲的銲條加填與位置移動均由手工控制,故俗稱「手銲」。
    • 半自動電銲:為電銲條的加填與移動如果僅有一項由人工控制,而另外一項由機器控制之作業。目前流行的二氣化碳氣體遮護電弧銲接或包藥銲線 〔Flux-Cored〕電銲均屬之。
    • 自動電銲:為電銲過程中,銲條加填與銲接位置的移動都靠機器或馬達帶動之狀況。鋼結構工廠普遍採用的潛弧式銲接即是自動電銲。
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鋼結構之焊接
  • 電銲姿勢
    • 平銲(F):此法之銲條朝下,以水平方向銲接。此種銲接姿勢最簡單也最常用,施工品質比較容易控制。電銲工工作時應儘量採用這種姿勢。
    • 橫銲(H):電銲道的方向為立面的橫方向,可從左向右電銲,亦可從右向左電銲。
    • 立銲(V):為立向之銲道從下向上的電銲,又名垂直銲。如果從上向下電銲,則稱之漏銲,在正規之電銲工作是不允許的。
    • 仰銲(OH):即銲條朝上的銲接方式,又稱為頭頂銲。此種銲接方法最困難,故必須經驗豐富的電銲工才能勝任。設計時應儘量少用此種設計。
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鋼結構之焊接
  • 電銲工作要點
    • 銲接程序
    • 銲條管制
    • 銲工技術
    • 銲接時機銲接場所與銲接處之處置
    • 預熱與後熱
    • 不良銲道修改
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「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材

課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-5)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

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工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之焊接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判試
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鋼結構之防蝕及防火處理

鋼結構之防護工作包括防銹與防火兩種。

鋼鐵材料在台灣潮濕環境下,尤其靠海地區之鹽分潮濕區域下容易產生鐵銹。長時間下,鐵銹會自然掉落,產生針孔麻點,逐漸侵蝕鋼料厚度,危及鋼結構之安全性及耐久性。為了防止鋼料的銹蝕,而除了鍍鋅外,一般都採用油漆處理,進而達到防銹之目的,而油漆的防銹性能與油漆材料、塗膜厚度及除銹程度有關。

鋼鐵材料如持續放置在高溫環境下,容易柔軟化降低其強度,尤其當溫度超過650ºC 時,其降伏強度將減少20~25 %,溫度超過725℃鋼鐵將軟化,持續高溫會造成鋼結構崩解,一般建築法規為防止鋼結構建築之火害,規定主結構體必須具備足夠之防火時效,依現行制度下,3小時之防火時效似乎有其必要。

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鋼結構之防蝕及防火處理
  • 防蝕處理
    • 鋼鐵銹蝕程度:鋼鐵的銹蝕度(Rust Grade)分為A類(鋼鐵表面覆蓋完整黑皮,並無紅鐵銹或僅具有極少量紅鑄之表面銹蝕),B類(鋼鐵表面開始銹蝕,有部分黑皮剝落),C類 (鋼鐵表面已產生全面之銹蝕,大部分之黑皮已剝離或呈現非常鬆懈解狀態),及D類 (黑皮已完全剝落,鋼鐵表面產生許多針孔(Pitting ),呈全面性嚴重腐蝕狀態)等四類。
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鋼結構之防蝕及防火處理
  • 防蝕處理
    • 鋼鐵表面處理程度:鋼鐵表面處理程度的認定,採用瑞典工業標準(SIS)。

標準鋼鐵表面處理方法區分為二種。第一種處理方法為利用手工或電動工具處理者,以 St表示;第二種為以噴砂或噴鋼珠方式處理者,用Sa表示。並且將表面處理之程度再分為0級(未處理之表面),l級(輕度之處理表面),2級(中度之處理表面),2½級(幾近完整之處理表面)與3級(完整之處理表面)共五級。

一般鋼結構的除銹標準,除了核能發電廠採用3級除銹標準以外,其餘均採用2½級除銹檢查標準。

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鋼結構之防蝕及防火處理
  • 防蝕處理
    • 表面處理及適用油漆:鋼結構之表面處理包括鋼鐵面及鍍鋅面,在不同環境所採用之底漆材質亦有所不同。一般油漆之塗佈分為數層噴塗,不同性質之油漆無法相容接合,使用時必須慎選之。
    • 塗裝防蝕:鋼架在塗裝前,必須先把表面的銲渣用硬砂或鋼珠噴除乾淨,再依照施工規範將油漆分層噴塗於鋼構件表面。塗裝時的環境氣溫應保持在10℃至35℃之間,且相對濕度應在85%以下。油漆的乾膜厚度自70μ至250μ不等。油漆膜厚檢查一般取5點的量測值平均作為該點的膜厚值。而防銹或防蝕之保固標準係以誘蝕面積少於全部塗裝面積之 15%為合格標準。
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鋼結構之防蝕及防火處理
  • 防蝕處理
    • 表面處理及適用油漆:熱浸鍍鋅:熱浸鍍鋅的除銹方式,一般採用酸洗除銹法,先將製作完成之鋼構件浸入酸槽中,然後移至清水槽中清洗並涼乾,再放入400℃至500℃之鋅液熔解池中,使鋅液覆蓋在鋼構件表面,冷卻後即完成鍍鋅工作。

一般強力螺栓接合之鋼構件較適合熱浸鍍鋅。如果採用摩擦式接合時,應先在接合部位以手工鋼刷將其刮刷,以增強摩擦效果。

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鋼結構之防蝕及防火處理
  • 防蝕處理
    • 鋼料表面處理與摩擦性強力螺栓之處理規定:一般規定鋼結構有三種情況不得塗裝以防降低強度,即(1)需要澆灌混凝土或噴塗防火被覆的部位,( 2)需要電銲的部位,及(3)螺栓接合的部位。但噴塗金屬性之油漆例外。
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鋼結構之防蝕及防火處理
  • 防火處理

依據建築技術規則建築設計施工編,第三章第二節第六十六條對於建築物之防火性能規定,地面層數在三層以上者應為防火建築物。一般鋼結構建築都應有防火處理,其處理的被覆材料包括:

1.防火毯:以石綿、礦纖等毯狀成品包覆型鋼。

2.防火鈑:如矽酸鈣鈑、礦纖鈑或石膏鈑等包覆。

3.防火塗料:利用塗料本身遇熱後產生化學變化而 膨脹至一定厚度,形成隔熱層。

4.防火噴料:以質地輕、隔熱佳的材料直接噴塗於鋼料表面或鋼絲網介面。

5.防火覆材:以石膏或水泥等輕質灰漿包覆於鋼料表面。

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「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材「內政部委託辦理營造業工地主任220小時職能訓練課程講習計畫」職能訓練課程教材

課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-6)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

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工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之焊接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判試
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鋼結構材料之品質檢驗
  • 品質管制
    • 材料管制:所有鋼結構材料均必須由煉鋼廠出具完整且有爐號對照之品質證明,施工單位可以採用抽驗方式,檢查材料品質是否與證明書一致。超過40mm之鋼鈑或型鋼材料,應特別著重殘留應力之管制及消除。
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鋼結構材料之品質檢驗
  • 品質管制
    • 鋼鐵材料容易發生的內在品質缺陷有下列三項,必須利用超音波檢查才能測出:

(1)夾層:其主要原因為鋼料輥軋時,鋼料內部的夾渣。

(2)中心線裂:其主要成因為鋼胚澆鑄時,輥輪間距不當所致,當軋延完成復,若無法軋合,則可能形成中心線裂。

(3)偏析:鋼料內部之碳(C)、錳(Mn)、磷(P)及硫(S)等成分,於鋼胚冷卻凝固過程中極易向鋼胚中心集結,形成偏析現象,比較嚴重的偏析會影響鋼料厚度方向的機械性質及銲接時之層狀撕裂。

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鋼結構材料之品質檢驗
  • 品質管制
    • 尺寸檢查:包括施工前之放樣展開檢查及施工中之尺寸檢查。需特別預防電銲後之變形與翹曲現象。如果製造過程各部份尺寸之累積公差會影響到後續作業時,更要及早作好防範錯施。
slide87
鋼結構材料之品質檢驗
  • 品質管制
    • 電銲管制:電銲管制之重點包括電銲工資格管制、電銲材料管制、電銲前後之檢查及電銲程序管制
slide88
鋼結構材料之品質檢驗
  • 非破壞檢測
    • 目視檢測 (VT-Visual Testing)
    • 射線檢測 (RT-Radiographic Testing)
    • 超音波檢測 (UT-Ultrasonic Testing)
    • 磁粒檢測 (MT-Magnetic Particle Testing)
    • 液滲檢測 (PT-Liquid Penetrate Testing)
slide90
施焊後之目視檢查:所有電焊應做100%之檢查,並應依AWS D1.1第8.15.1款之規定辦理。
  • 施焊後之非破壞性檢驗:

槽焊接頭之電焊應以超音波或射線照相做非破壞檢驗。對各種焊接接頭之首次檢驗應就每試驗單位全數(100%)檢驗,每試驗單位按每一節柱及其所含之梁、板為計算單位。

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槽焊非破壞檢測適用標準及取樣百分比表

A.不合格率在5%以下時,該單位成品可視為合格。

B.不合格率在5-10%時,對於該試驗單位應再抽取

同數量試體再予試驗。如不合格率超出5%以上

時,應對該試驗單位之其他所有成品全部檢查。

C.不合格率在10%以上時,應對該試驗單位之其他

所有成品全部檢查。檢查處所由業主指定之。惟

指定處所之距離應儘量平均,並應特別注意轉角

處、斷面變化及較易產生焊接缺陷之處。

slide93
鋼結構材料之品質檢驗
  • 檢驗人員資格認定

1.一般檢驗人員:一般檢驗的工作包括尺寸檢查、物理強度試驗、物理變形試驗及化學成分試驗,由一般的工程人員負責。通常是由土木、建築、機械、材料或礦冶相關科系之工程師來擔任。

2.非破壞性檢驗人員:鋼結構之非破壞性檢驗人員,分成三級列管。第一級(Level I,初級)之檢驗員可以操作各型之檢驗儀器;第二級(Level II,中級)之檢驗人員則必須熟暗規範標準,可以判定檢查結果;第三級(Level III,高級)之檢驗人員則擔任教練與監考,可以教導並監督檢驗人員之考試,最後由中華民國非破壞檢測協會核發證照。

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鋼結構材料之品質檢驗
  • 檢驗表單

參考p44~p46

slide95
鋼結構材料之品質檢驗
  • 表面處理管制

1.表面清潔處理檢查:檢查的重點為鋼料表面除誘以後之清潔度及粗糙度,粗糙度則與油漆的損耗量有直接的關係。

2.油漆品質檢驗:油漆品質檢驗項目主要為固形成分及溶劑的含量百分比,詳細的化學成分為油漆工廠的業務資料,一般都不作化性分析。於塗裝完成後應該量測油漆之膜厚,一般檢查採用五點之平均值作為判定結果。

3.防火材料試驗:防火材料之試驗項目項目包括密度、耐度、耐撞、黏著力、耐壓、抗銹蝕及耐磨等。

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課程內容:工程材料檢測及判識

(鋼結構-7)委託單位:內政部 授課講師:詹碩仁中華民國九十七年

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工程材料檢測及判識(鋼結構)課程綱要
  • 概論
  • 鋼結構材料之加工
  • 鋼結構工地安裝
  • 鋼結構之焊接
  • 鋼結構之防蝕及防火處理
  • 鋼結構材料之品質檢驗
  • 鋼結構材料檢測及判識
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鋼結構材料檢測及判試
  • 鋼結構由材料開始及組裝完成,過程中每一環節都對品質產生重大影響,所以均應按照國家相關CNS標準,仔細的檢測,並且依據統計學原理加以分析及判識,而判識必須有標準及經驗資訊來參考。
  • 由於一般鋼鐵材料品質較易控制,如果從材料開始到組裝完成,都能按部就班進行檢測,獲得完整的即時資訊,並迅速處理不良品,則鋼結構整體安全就可以被確保。
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鋼結構材料檢測及判試
  • 為工地常見之鋼結構之缺失及改善措施,工地作業人員一旦發現缺失,都應該針對每一缺失,進行缺失前、中、後改善作業追蹤,如此才可確保完美而安全之鋼結構作品。
slide100
鋼結構材料檢測及判試
  • 鋼結構工程常見缺失與預防措施