第六章 填充式箱型鋼柱防火設計指南
第二節 填充式箱型鋼柱防火設計建議
建築構造防火設計屬防火性能設計中之一環，國內經各界研究單位進行多年 火災相關研究，已獲得相當建築構造防火研究成果與建議。現今我國有制定相關 建築構造防火要求與規定等，但仍有部份建築構造耐火性能尚未完整探討，且缺 乏明確地防火建議與規定。因此本研究將基於國內建築構造防火規定為架構，再 依填充式箱型鋼柱之相關規範與研究成果，提出填充式箱型鋼柱防火設計指南。
壹、填充式箱型鋼柱構造設計與防火需求
填充式箱型鋼柱為鋼骨鋼筋混凝土構造，其柱構件設計主要為參考我國「鋼 骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」(2011)與「建築技術規則」(2012)，且我國 位處地震帶，故結構構件需考量耐震設計。對於防火要求則可參照「建築技術規 則」(2012)與「建築物構造防火性能驗證技術手冊」(2008)之要求，進行設計；
相關重要之設計規定如下所示：
結構柱構件設計
依照「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」，鋼骨鋼筋混凝土構造設計基 本要求為考慮構造之強度極限狀態與使用性極限狀態，以達到安全目標與發揮正 常使用功能；設計需符合規範之載重、一般規定、構造細則、受不同形式之力作 用構件、接合與耐震設計等規定。對於受軸壓力作用之柱構件規定，其設計受壓 強度為採強度疊加法，並限制構件材料、肢材面積比與寬厚比等；於耐震設計規 定，此種柱構件若使用銲接箱型鋼或圓形鋼管柱內灌混凝土時，組成鋼管柱之相 鄰鋼板間之銲接須沿柱之全長以全滲透銲接為之。除此之外，設計填充式箱型鋼 柱亦需考量「建築技術規則」之建築構造篇等相關規定。
結構柱構件防火要求
我國建築物構造防火要求為採法規條例式的形式規定，對於填充式箱型鋼柱 構件防火要求，應符合「建築技術規則」之規定。「建築物構造防火性能驗證技 術手冊」亦可驗證柱構件耐火性能。根據「建築技術規則」設計施工篇-第 70 條 規定，建築物依樓層高度界定柱構件應具備之防火時效，如表 2-1 所示。再於第 71 至 73 條分別規定具要求防火時效之柱構件，應符合柱構造種類、斷面尺寸、
保護層厚度、防火材，或經中央主管建築機關所認可者等規定；詳細規定，如下 所示。
「建築技術規則」設計施工篇-第 71 條，具 3 小時以上防火時效之柱構件，
其柱短邊寬度在 40 cm 以上且符合下列規定；
1. 鋼筋混凝土造或鋼骨鋼筋混凝土造；
2. 鋼骨混凝土造之混凝土保護層厚度在 6 cm 以上者；
3. 鋼骨造而覆以鐵絲網水泥粉刷，其厚度在 9 cm 以上(使用輕骨材時為 8 cm)，
或覆以磚、石或空心磚，其厚度在 9 cm 以上(使用輕骨材時為 8 cm)；
4. 其他經中央主管建築機關認可具有同等以上之防火性能者。
「建築技術規則」設計施工篇-第 72 條，具 2 小時以上防火時效之柱構件，
其柱短邊寬度在 25 cm 以上且符合下列規定；
1. 鋼筋混凝土造或鋼骨鋼筋混凝土造；
2. 鋼骨混凝土造之混凝土保護層厚度在 5 cm 以上者；
3. 其他經中央主管建築機關認可具有同等以上之防火性能者。
「建築技術規則」設計施工篇-第 73 條，具 1 小時以上防火時效之柱構件，
符合下列規定；
1. 鋼筋混凝土造、鋼骨鋼筋混凝土造或鋼骨混凝土造；
2. 鋼骨造而覆以鐵絲網水泥粉刷，其厚度在 4 cm 以上(使用輕骨材時為 3 cm)，
依照「建築物構造防火性能驗證技術手冊」規定，建築物防火性能分為構造
圖 6-1 柱構件距地版面算起之高度
(資料來源：耐火性能檢証法之解說與計算例解說)表 6-1 日本法規令第 107 條要求柱構件防火時效
(資料來源：耐火性能檢証法之解說與計算例解說)
貳、填充式箱型鋼柱耐火時間評估公式
將無法明確得知所設計之柱構件的耐火時間。再者，建築物柱構件軸向受力大小 火害研究為陳誠直等人(2010, 2012, 2013)、何明錦等人(2012)、湯兆緯等人 (2014)、王天志(2014)與本研究等，彙整共 16 支試體，如表 6-2 所示。
表 6-2 填充式箱型鋼柱耐火研究成果
圖 6-2 耐火性能合格時間與 P/P
c之關係
(資料來源：本研究整理)圖 6-3 耐火性能合格時間與 P/P
n之關係
(資料來源：本研究整理)耐火時間評估公式
我國建築物依樓層高度分別要求柱構件需具備 1、2 與 3 小時防火時效，而 於驗證計算其保有耐火時效須考量火災劇烈程度之影響，如公式 6-1 或 6-2 所 示；對於火災劇烈程度之考量，因實驗試體為採 CNS 12514 標準升溫曲線模擬
火災室，因此假設室內整體上升溫度均一，無大空間造成局部受火情況，故火災 溫度上升係數(α)為 460。
對於受軸向載重無防火被覆填充式箱型鋼柱，其耐火時間評估公式將由前述 彙整之實驗成果，利用數學模型曲線擬合方法，取較為保守實驗下限值，以建立 耐火時間評估公式，如公式(6-3)與圖 6-4 所示。藉由公式(6-3)可讓設計者評估受 軸向載重柱構件耐火時間，再依「建築技術規則」規定判定是否達需求防火時效；
若未達要求，則可另依內政部核可最小噴塗厚度之規定，於填充式箱型鋼柱表面 覆以鐵絲網再噴塗足夠厚度之防火被覆，或經中央主管建築機關認可覆以足夠厚 度之磚、石或空心磚。
1.7 3 25e 0.11
t (6-3)
其中，ξ 為 P/Pc，P 為施加載重，Pc為0.85fc'Ac；t 為耐火時間(min) 試體參數如下：
1. 箱型鋼骨採建築結構用鋼材；內填充混凝土採自充填混凝土；
2. 斷面大小 400 mm~600 mm；
3. 混凝土強度 450~700 kgf/cm2；
4. 填充式箱型鋼柱之受熱段長度 2800~3100 mm；
5. P/Pc介於 0.28~1.9 之間。