建築結構的設計方法，最主要的有兩種且行之有年，在1960年代主要是容許應力設計法(ASD)，1990年代開始應用強度設計法，容許應力設計法著重在建築正在使用的載重狀態，強度設計法著重在當破壞突然發生時的載重狀態。容許應力設計法的理念是將各項不確定因素以折減材料強度達到設計上安全的保障，亦即容許應力為將極限強度除以安全係數而得。極限強度設計法(LSD)則以可靠度理論為基礎，以機率模式同時考慮材料之變異性以及載重的變異性，依此理念在美國又稱為載重與抵抗因數設計法(Load and resistance factor design, LRFD)，在其他國家則稱為極限設計法。

在台灣目前是兩種方法並行之，其中鋼筋混凝土結構是極限強度設計法為主，鋼結構是兩者並行，木結構則是採用容許應力設計法，以日本之木構造設計規準為主體，並參考美國的UBC訂定。在歐洲的Eurocode 5、澳洲的AS1720.1及加拿大的CSA 086是採用極限強度設計法，日本是採用容許應力設計法，美國的ANSI/AISC 360是兩種設計方法皆可採用，另外NDS是以容許應力設計法為主，並有轉換成為極限強度設計的條文。

依美國木構造研究所(AITC)木結構手冊內容說明：

(一)容許應力設計(ASD)：

先選用一試用的結構構材，再依設計載重計算應力，所得的各項應力與構材的容許應力進行比較。在施予載重後所得之所有設計應力均不大於容許應力時，前述所試用的構材等級與尺寸可視為接受的構材。

各設計值依最後的使用條件調整後，即為各容許應力，這設計值已考量了內含的安全係數，因此其數值是低於材料的真正破壞應力。而這些安全係數是考慮到：(1)隱含的超載重(預期載重中的合理不確定性)，(2)可能的強度不足(構材)，(3)結構體內構材的相對重要性(可能招致破壞的結果及特性)。

(二)載重與抵抗因素設計(極限應力設計，LRFD)

結構構件及接合的抵抗，是根據材料的強度性質及最終使用條件決定的。抵抗因素是用以明確的考慮到可能的強度不足以及破壞的結果，並用以乘上抵抗值。同樣，載重因素是用以明確的考慮到載重的不確定性，並用以乘上預期的載重。最後可接受的結構構件，即是符合經因素考量的抵抗值，能夠大於或等於所有經適當因素考量的載重者。在LRFD方法中，所採用的材料強度值並未作內部的安全係數之調降，故其應力及載重水準會高於容許應力設計(ASD)法。

(三)備註

1、兩種設計法所採用的設計值不同，LRFD為極限值，ASD為安全值。

2、在變位(Deflection)計算時，LRFD方法採用無因素調整之載重，與ASD同樣採用使用載重條件(Service load)。

3、彈性模數，LFRD與ASD均用相同數值(E)。

4、在穩定性計算時，LRFD的E值用5%除外水準值(E05)，ASD的E值用平均值，但計算KCE及KBE時則要調整用5%除外水準。

(四)結論

在美國許多案例中以LRFD設計方法所得的結果會與ASD的結果相同，或是幾乎相同，特別是結構用木材是經過加工固定規格且有等級的常用結構用材。

如果案例中，靜載重佔設計總載重的比例較高時，LRFD方法可能會得到比較小尺寸的構材(較經濟)，這是因為LRFD方法在靜載重與活載重之間，比較能區分出其間的”載重不確定性”。(譬如對靜載重會採用載重因素值1.2，而活載重則採用1.6值)。

另外，LRFD方法的時間影響因素與ASD方法的載重期因素之間的差異，也可能導致最後決定出不同的結構材。但對任何一結構系統，也只能在LRFD或ASD之間選用一種設計法。雖然LRFD方法在考量到載重(或抵抗)的不確定性方面比較精準，進而能提供較佳的結果，但代價是此方法較為複雜。

文章撰寫：德豐外稿編輯

照片出處：何紹齊/無名樹木建築研究室

參考文獻：
American Institute of Timber Construction (2004) Timber Construction Manual. Fifth Edition. JOHN WILEY & SONS, INC. p.360~370.