定載加熱試驗

4-1 耐火爐溫度及爐壓

小型多功能耐火爐依據 CNS 12514 之標準加熱曲線進行加熱，爐內平 均試驗溫度與標準升溫曲線比較，如圖 4.1（a）所示，兩者十分接近，所 得溫度時間許可差未超過規範規定，如圖 4.1（b）所示。另爐內壓力控制，

由於該規定僅適用單一構件，本研究試體為梁柱接頭，參考梁與柱之規 定，爐壓控制設定為 20Pa，試驗爐壓未超過規範規定之許可差，如圖 4.1

（c）所示。

4-2 試體內部溫度分佈

4-2-1 火害 3 小時梁柱接頭試體（NC2）

本試體模擬內柱型態，即柱體四面受熱，加熱試驗中由埋設試體內 部熱電耦線所量測混凝土及鋼筋溫度之變化，發現在加熱、冷卻期間試 體內各測點的最高溫度非發生在加熱結束時，反而在冷卻過程中延緩出 現，主要係因試體表面溫度在加熱結束時開始下降，但仍高於近中心處 溫度，部份熱量仍會往內部傳送，致使內部溫度繼續上升，加重內部材 料損傷，現分為主梁、柱上下端及梁柱接頭區說明其變化及分佈。

（1）主梁端

在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於梁底側保護層 4

㎝之角隅處（編號 B1）最高溫度為 689℃，斷面中心點（編號 B7）最高溫 度發生於加熱結束，冷卻 100 分鐘時為 404℃，且梁頂側（編號 B10 及 B11）

受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫度為 214℃~247℃，鋼筋溫度於梁底側 保護層 4 ㎝之角隅處主筋（編號 BS1）最高為 702℃，梁頂側拉力筋（編

號 BS2）最高溫度為 321℃，如圖 4.2（a）及 4.2（b）所示。

（2）柱下端

加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於保護層 4 ㎝處（編號 CD1）最高為 623℃，斷面中心點（編號 CD10）最高溫度發生於加熱結束，

冷卻 190 分鐘時為 365℃，鋼筋溫度於保護層 4 ㎝處箍筋（編號 CDS5）最 高溫度為 593℃，繫筋中央處（編號 CDS10）最高溫度為 386℃，如圖 4.3

（a）及 4.3（b）所示。

（3）柱上端

由於未直接受熱，在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫 度於加熱結束，冷卻 500 分鐘時最高為 135℃~117℃，鋼筋最高溫度發生 於加熱結束，冷卻 540 分鐘時為 110℃~100℃，如圖 4.4（a）及 4.4（b）

所示。

（4）梁柱接頭區

由於柱為四面受熱，在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土 溫度於靠近柱側保護層 4 ㎝之角隅處（編號 CB2）最高為 458℃，斷面中 心點（編號 CB4）最高溫度發生於加熱結束，冷卻 30 分鐘時為 298℃，

靠近梁側則受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫度為 337.9℃（編號 CB5），

鋼筋最高溫度發生於保護層 4 ㎝處箍筋（編號 CBS6）為 284℃，如圖 4.5

（a）及 4.5（b）所示。

4-2-2 火害 3 小時梁柱接頭試體（NC3）

本試體模擬邊柱型態，即柱體三面受熱。

（1）主梁端

在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於梁底側保護層 4 ㎝之處（編號 B2）最高溫度為 975℃，斷面中心點（編號 B7）最高溫

第四章 試驗結果

度發生於加熱結束，冷卻 85 分鐘時為 339.5℃，且梁頂側（編號 B10 及 B11）受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫度為 141℃~158℃，鋼筋於梁底 側保護層 4 ㎝之角隅處主筋（編號 BS1）最高溫度為 682℃，梁底側保護 層 4 ㎝處箍筋（編號 BS5）最高溫度為 687℃，梁頂側拉力筋（編號 BS2）

最高溫度為 187℃，如圖 4.6（a）及 4.6（b）所示。

（2）柱下端

加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於受熱側之保護層 4 ㎝ 處（編號 CD16）最高為 647℃，斷面中心點（編號 CD10）最高溫度發生 於加熱結束後，冷卻 252 分鐘時為 205.7℃，鋼筋溫度亦於受熱側之保 護層 4 ㎝處為最高，箍筋（編號 CDS5）為 536℃、主筋（編號 CDS3）為 446℃，非受熱側主筋（編號 CDS2）最高溫度為 189.7℃，繫筋中央處（編 號 CDS8）最高溫度為 224℃，如圖 4.7（a）及 4.7（b）所示。

（3）柱上端

由於未直接受熱，在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫 度發生於保護層 4 ㎝之角隅處（編號 CP2）最高為 227℃，斷面中心點（編 號 CP10）最高溫度發生於加熱結束後，冷卻 134 分鐘時為 105.3℃，鋼 筋最高溫度發生於加熱結束後，冷卻 107 分鐘時，保護層 4 ㎝處箍筋（編 號 CPS6）為 106.3℃，如圖 4.8（a）及 4.8（b）所示。

（4）梁柱接頭區

由於柱為三面受熱，在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土 溫度於靠近梁側保護層 4 ㎝之角隅處（編號 CB5）最高為 348.7℃，斷面 中心點（編號 CB4）最高溫度發生於加熱結束後，冷卻 325 分鐘時為 159.8

℃，遠離梁側（編號 CB1 及 CB2）則受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫 度為 150℃~158℃，鋼筋最高溫度發生於保護層 4 ㎝之角隅處主筋（編

號 CBS4）為 302.6℃，如圖 4.9（a）及 4.9（b）所示。

4-2-3 火害 3 小時梁柱接頭試體（SCC3）

本試體模擬邊柱型態，即柱體三面受熱。

（1）主梁端

在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於梁底側保護層 4 ㎝之處（編號 B2）最高溫度為 685.3℃，斷面中心點（編號 B7）最高 溫度發生於加熱結束，冷卻 108 分鐘時為 241.2℃，且梁頂側（編號 B10 及 B11）受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫度為 114.2℃~132.9℃，鋼筋 於梁底側保護層 4 ㎝之角隅處主筋（編號 BS1）最高溫度為 529℃，梁底 側保護層 4 ㎝處箍筋（編號 BS5）最高溫度為 608℃，梁頂側拉力筋（編 號 BS3）最高溫度為 124℃，如圖 4.10（a）及 4.10（b）所示。

（2）柱下端

加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於受熱側之保護層 4 ㎝ 之角隅處（編號 CD15）最高為 620℃，斷面中心點（編號 CD10）最高溫 度發生於加熱結束後，冷卻 214 分鐘時為 201.4℃，鋼筋溫度亦於受熱 側之保護層 4 ㎝處為最高，箍筋（編號 CDS5）為 484℃、主筋（編號 CDS4）

為 509℃，非受熱側主筋（編號 CDS2）最高溫度為 194.4℃，繫筋中央 處（編號 CDS8）最高溫度為 231.8℃，如圖 4.11（a）及 4.11（b）所示。

（3）柱上端

由於未直接受熱，在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫 度發生於保護層 4 ㎝處（編號 CP1）最高為 101℃，斷面中心點（編號 CP10）最高溫度發生於加熱結束後，冷卻 220 分鐘時為 94.7℃，鋼筋最 高溫度發生於加熱結束後，冷卻 45 分鐘時，保護層 4 ㎝處主筋（編號 CPS2）為 102.1℃，如圖 4.12（a）及 4.12（b）所示。

第四章 試驗結果

（4）梁柱接頭區

由於柱為三面受熱，在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土 溫度於靠近梁側保護層 4 ㎝之角隅處（編號 CB5）最高為 281.8℃，斷面 中心點（編號 CB4）最高溫度發生於加熱結束後，冷卻 358 分鐘時為 129.6

℃，遠離梁側（編號 CB1 及 CB2）則受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫 度為 124.9℃~127.6℃，鋼筋最高溫度發生於保護層 4 ㎝之角隅處主筋

（編號 CBS4）為 176.5℃，如圖 4.13（a）及 4.13（b）所示。

4-2-4 火害 3 小時梁柱接頭試體（SCC5）

本試體模擬內柱型態，即柱體四面受熱。

（1）主梁端

在整個加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土溫度於梁底側保護層 4 ㎝之角隅處（編號 B1）最高溫度為 712.5℃，斷面中心點（編號 B7）

最高溫度發生於加熱結束，冷卻 138 分鐘時為 327.2℃，且梁頂側（編 號 B10 及 B11）受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫度為 192.2℃~208℃，

鋼筋於梁底側保護層 4 ㎝之角隅處主筋（編號 BS1）最高溫度為 620.8

℃，梁底側保護層 4 ㎝處箍筋（編號 BS5）最高溫度為 678.2℃，梁頂側 拉力筋（編號 BS2）最高溫度為 206.6℃，如圖 4.14（a）及 4.14（b）

所示。

（2）柱下端

由於加熱中混凝土爆裂，致加熱、冷卻過程中所量測記錄的混凝土 溫度發生於保護層 4 ㎝處（編號 CD1）最高為 885.8℃，斷面中心點（編 號 CD10）最高溫度發生於加熱結束後，冷卻 132 分鐘時為 467.4℃，鋼 筋溫度於保護層 4 ㎝處箍筋（編號 CDS5）最高溫度為 907.3℃，繫筋中 央處（編號 CDS10）最高溫度為 523.4℃，如圖 4.15（a）及 4.15（b）

所示。

（3）柱上端

雖然未直接受熱，但是加熱中混凝土爆裂，致在整個加熱、冷卻過 程中所量測記錄的混凝土溫度發生於遠離梁側之保護層 4 ㎝處（編號 CP1）最高為 768.7℃，鋼筋發生於遠離梁側之保護層 4 ㎝處主筋（編號 CPS2）最高溫度為 402℃，如圖 4.16（a）及 4.16（b）所示。

（4）梁柱接頭區

由於柱為四面受熱且加熱中混凝土爆裂，在整個加熱、冷卻過程中 所量測記錄的混凝土溫度於遠離梁側保護層 4 ㎝處（編號 CB1）最高為 951.1℃，斷面中心點（編號 CB4）最高溫度發生於加熱結束，冷卻 201 分鐘時為 310.5℃，靠近梁側則受熱最遠，溫度上升較緩，最高溫度為 352.6℃（編號 CB5），鋼筋最高溫度發生於遠離梁側保護層 4 ㎝處主筋

（編號 CBS2）為 662.7℃，如圖 4.17（a）及 4.17（b）所示。

4-3 試體變形

本研究試體變形量均以開始加載時為基準起算點。

4-3-1 火害 3 小時梁柱接頭試體（NC2）

（1）主梁垂直變形於加熱開始發生向上變形，其原因係柱體受熱 膨脹柱子長度變長及梁本身溫度分佈不均（即梁底部溫度 高，梁頂部溫度低）造成，最大變形量為 9 ㎜（編號 B1-3），

冷卻過程中則受柱體因收縮柱子長度變短及梁本身溫度分佈 不均（即梁底部溫度低，梁頂部溫度高），造成有 14~17 ㎜變 形量，如圖 4.18 所示。

（2）主梁水平變形（編號 B1-4）於加熱開始發生伸長變形，最大 變形量為 2.7 ㎜，冷卻過程中則轉為收縮，造成有 3 ㎜縮短

第四章 試驗結果

變形量，如圖 4.18 所示。

（3）柱體受熱膨脹柱子長度變長，柱上端伸長變形量為 5~5.5 ㎜，

柱下端伸長變形量為 0.3 ㎜，冷卻過程中則轉為收縮，造成 柱上端有 5.5~5.9 ㎜縮短變形量，柱下端有 0.5 ㎜縮短變形 量，如圖 4.19（a）及 4.19（b）所示。

4-3-2 火害 3 小時梁柱接頭試體（NC3）

（1）主梁垂直變形，最大向上變形量為 15.4.㎜（編號 B1-3），冷 卻過程中有 7.8~26 ㎜變形量，如圖 4.20 所示。

（2）主梁水平變形（編號 B1-4）於加熱開始發生伸長變形，最大 變形量為 4.3 ㎜，冷卻過程中則轉為收縮，造成有 4.6 ㎜縮 短變形量，如圖 4.20 所示。

（3）由於柱體三面受熱膨脹，柱子長度變長但不一致，柱上端編號 C1-2、 C1-3 伸長變形量為 4.5 ㎜，編號 C1-1、 C1-4 伸長變 形量為 1.9 ㎜，柱下端編號 C2-1、 C2-4 伸長變形量為 1.8~1.3

㎜，編號 C2-2、 C2-3 縮短變形量為 1.9~2.1 ㎜，冷卻過程中，

柱上端編號 C1-2、 C1-3 有 4.3~4.4 ㎜縮短變形量，編號 C1-1、

C1-4 有 1.6~1.8 ㎜縮短變形量，柱下端編號 C2-1、 C2-4 有 2.3~2.5 ㎜縮短變形量，編號 C2-2、C2-3 有 2.5~2.9 ㎜伸長變 形量，如圖 4.21（a）及 4.21（b）所示。

（4）邊梁垂直變形，向上變形量為 2.7~5.2 ㎜，冷卻過程中有 2.7~5.2

㎜變形量，如圖 4.22 所示。

4-3-3 火害 3 小時梁柱接頭試體（SCC3）

（1）主梁垂直變形，最大向上變形量為 16.2 ㎜（編號 B1-3），冷 卻過程中有 24.1 ㎜變形量，如圖 4.23 所示。

（2）主梁水平變形（編號 B1-4）於加熱開始發生伸長變形，最大 變形量為 6.1 ㎜，冷卻過程中則轉為收縮，造成有 7.7 ㎜縮 短變形量，如圖 4.23 所示。

（3）由於柱體三面受熱膨脹，柱子長度變長但不一致，柱上端編號 C1-2、 C1-3 伸長變形量為 4.4~4.5 ㎜，編號 C1-1、 C1-4 伸 長變形量為 2.4~2.6 ㎜，柱下端編號 C2-1、 C2-4 伸長變形量 為 1.7~1.9 ㎜，編號 C2-2、 C2-3 縮短變形量為 1.8~2.5 ㎜，

冷卻過程中，柱上端編號 C1-2、 C1-3 有 5.6~5.9 ㎜縮短變形 量，編號 C1-1、 C1-4 有 2.3~2.4 ㎜縮短變形量，柱下端編號 C2-1、 C2-4 有 2.8~2.9 ㎜縮短變形量，編號 C2-2、C2-3 有

冷卻過程中，柱上端編號 C1-2、 C1-3 有 5.6~5.9 ㎜縮短變形 量，編號 C1-1、 C1-4 有 2.3~2.4 ㎜縮短變形量，柱下端編號 C2-1、 C2-4 有 2.8~2.9 ㎜縮短變形量，編號 C2-2、C2-3 有