國內外耐火試驗規範

壹、標準火災曲線

基本上，室內火災形成與發展的基本規律如圖 2-4所示，可區分為下列六個階段：

 初期階段（Incipient phase）

 成長階段或閃燃前階段（Growth phase or pre-flashover）

 閃燃（Flashover）

 充分發展階段或閃燃後階段（Fully developed phase or post-flashover）

 衰減階段（Decay phase）

 熄滅階段（Extinction）

圖 2-4 火災之形成與發展

（資料來源：本研究整理）

一般而言，物質燃燒過程中，其溫度與時間關係可如圖 2-5之自燃升溫曲線（Natural fire curve）所示，即以發生閃燃之時間區分為閃燃前及閃燃後兩個階段；閃燃前其溫 度上升緩慢，屬著火悶燒（Ignition-smoldering）行為；閃燃後其溫度先急速上升再

下降，也就是分為加速期與減速期。防火材料的防火時效測試是以時間為衡量單位，

藉以評估其是否具備隔火能力。通常，試體是按照實際使用時的安裝方法，以安裝在 加熱爐之上；當試驗開始時，爐內的溫度是按照一定的幅度升溫，稱之為名義或標準 火災曲線（Nominal or standard fire curves）。例如，圖 2-5之標準升溫曲線（ISO 834 standard fire curve），在三十分鐘時，爐內溫度應升至 840℃，一小時達 925℃，二小 時後則達 1050℃。惟針對其它特殊可燃物體之燃燒行為，還可採用不同的升溫曲線來 進行防火時效試驗，如模擬碳氫化合物燃燒之升溫曲線（Hydrocarbon fire curve）。

圖 2-5 自燃升溫曲線與標準升溫曲線之比較

（資料來源：本研究整理）

標稱或標準火災曲線是用來表示火災能量的最簡單方法，係透過預先定義的溫度 與時間關係來建構。耐火試驗爐依標準火災曲線升溫，可將建築材料與構件作分類及 驗證。標準火災的主要缺點與局限性如下：

 標準火災並不代表真正的天然火災：標準火災與天然火災於升溫速率、火勢強度 及持續時間之差異將導致不同的結構行為。

 標準火災無法代表最嚴重的火災條件：依據標準火災試驗設計的構件亦可能於真 正火災時坍塌。

管假設標準火災曲線以設計構件有其缺點與局限性，但依據標準耐火試驗的結果 與觀測資料，已開發出最簡單與最常見的性能設計方法。不同規範所採用的標準火災 曲線種類亦不盡相同，如表 2-1及圖 2-6所示。

表 2-1 標準火災曲線之種類

（資料來源：本研究整理）

圖 2-6 不同規範所採用之標準火災曲線

（資料來源：本研究整理）

有關受軸向載重柱構件之耐火試驗規範，國外較著名的計有 ISO 834（International Organization for Standardization）、英國標準協會（British Standards Institution）訂定之

BS 476 及美國 UL 263（Underwriters Laboratories Inc.）。至於我國，柱構件耐火試驗 須符合 CNS 12514「建築物構造部分耐火試驗法」之相關規定。整體而言，現行鋼、

混凝土、圬工及木材等結構桿件耐火性能的設計規則完全基於標準耐火試驗的結果與 觀測資料。基本上，該測試係將結構部件置於加熱爐環境，並持續至預定延時。由此 產生的耐火等級是以時間長短來表示，一般以分鐘為單位。換言之，耐火等級是指結 構桿件在達到敘明的破壞準則前能夠承受標準耐火試驗作用之時間。根據標準耐火試 驗測試結果，結構構件耐火等級分為：R30、R60、R90、R180 及 R240 等類別。然而，

結構構件耐火等級測試分類的數目因國家而異。以英國為例，規定其梁、柱、屋頂等 組件耐火性能的標準測試方法得遵循 BS 476 或歐洲標準 EN 1363 與 ENV 13381 或國 際標準 ISO 834。前述規範對受軸向載重柱構件耐火試驗之相關規定，謹分述如後。

貳、ISO 834 與 CNS 12514 規範

防火材料的防火時效測試是以時間為衡量單位，藉以評估其是否具備隔火能力。

通常，試體是按照實際使用時的安裝方法，以安裝在加熱爐之上；當試驗開始時，爐 內的溫度是按照一定的幅度升溫，稱之為標準升溫曲線。以國際標準組織 ISO 834 規 範之標準升溫曲線為例，其爐內溫度與時間之關係（如圖 2-7所示）可表示如下：

(

)

log 345 20

T= + ₁₀ + (2-1)

其中，T=平均爐內溫度(°C)；t=為試驗經過時間(min.)。至於柱試體之受熱長度，並無 要求。而對於柱之性能基準評定，則以構件承重能力判別。其規定承重構造破壞條件 為：若量測結果超過下列每項性能基準，試體即視為承重能力失敗。

100

C= h （單位：mm） (2-2)

1000 h 3

dC =dt （單位：mm/min.） (2-3)

其中，C=最大軸向壓縮量；dC/dt=最大軸向壓縮速率；h=試體之初始高度。

圖 2-7 ISO 834 標準升溫曲線

（資料來源：本研究整理）

參、CNS 12514 規範

至於我國 CNS 12514 規範，主要參考 ISO 834 規範修訂而成。除柱試體受熱長度 至少 3 公尺之規定外，其餘皆與 ISO 834 規範相同。

肆、BS 476 規範

英國防火標準BS 476 規範之標準升溫曲線與 ISO 834 規範者相同，即為式(2-1)；

柱試體受熱長度要求至少 3 公尺；以承重能力規定破壞條件為最大軸向壓縮量超過 120 mm 與最大軸向壓縮速率超過 25 mm/min.。

伍、UL 263 規範

UL 為美國火災保險業者團體所設立的非營利性試驗機構的簡稱。UL 263 規範之 加熱條件要求 5 分鐘須達到 538°C，10 分鐘須達到 704°C，30 分鐘須達 843°C，1 小 時須達到 927°C，2 小時須達到 1010°C，4 小時須達到 1093°C。對於試體受熱長度要 求柱長至少 2.7 公尺，而具防火被覆之柱長至少 2.4 公尺。關於性能基準評定，其柱試 體乃根據不同試驗分類來要求；但具防火被覆之柱試體則要求熱電偶測點溫度超過 649°C 或平均溫度超過 538°C，即判定試體破壞。

有關前述規範耐火規定與評定之比較，如表 2-2 所示。由表 2-2 得知試體受熱長 3h/1000 (mm/min.) 3h/1000 (mm/min.)