第二章 文獻回顧 第一節 前期研究成果
第五節 實尺寸構造屋火害研究
國內外大多著重研究有關柱、梁、樓版、梁柱接頭等重要構件在火害高溫下 的結構行為，由於實尺寸構造屋的火害實驗所費不貲，規模甚大，需要縝密地設 計、安排與規劃，目前有關實尺寸構造屋的火災試驗研究很少，其中最著名的是 英國BRE (British Research Establishment) 在 Cardington 建造八層樓實尺寸鋼構架 屋[44-48]，此鋼構大樓主要以鋼材與混凝土為建築構材，大樓中包含了電梯井，
及建築物兩側之樓梯牆，而構材的複合是透過剪力釘焊接的方式來完成，混凝土 使用的是輕質材料混凝土(1900 kg/m3)。建築物長邊有 5 跨，每跨長度為 9m，總長 45m，建築物短邊有 3 跨，分別為 6m、9m、6m，總長 21 m，鋼梁使用了四種斷 面尺寸，分別為254UB、305UB、356UB、610UB，柱使用了三種斷面尺寸，分別 為305UC×198kg/m、305UC×118kg/m 和 254UC×98kg/m，此外於實體結構物，提
供額外之軸向載重，使樓地板載重達2.5kN/m2。此實驗計畫的主要目的在探討多 層鋼構大樓建築於真實火害中之結構行為，並建立數值分析方法，來預測多層鋼 結構建築於火害後結構行為。並於1993 年至 2003 年間進行總共七次火害實驗，
為目前所進行過最大型的實尺寸構架屋火害實驗，各次火害實驗範圍如圖2.10 所 示，每次實驗所採用的區劃空間面積、火載量、載重如表2.1 所示，部分實驗佈置 照片如圖2.11 所示，7 次實驗的部分結果如表 2.2 所示。
Cardington 火害實驗發現：混凝土鋼承板的底部和鋼梁沒有防火被覆，鋼柱有 全面防火被覆。試驗的最高溫度超過1100℃，混凝土鋼承板產生很大的垂直位移
（大於跨度的1/20），但結構並沒有出現倒塌。試驗結果發現，火災作用下，雖然 沒有防火被覆的鋼梁溫度超過1100℃，但由於混凝土鋼承板與鋼梁相互作用，鋼 梁所承擔的載重逐漸轉移至混凝土鋼承板，使構件出現較佳耐火性能。為研究火 災下樓版的薄膜效應[49]，BRE 進行實尺寸的混凝土鋼承板火災試驗[50,51]，混凝 土鋼承板尺寸為9.5m×6.5m，鋼承板的肋高 60mm，板厚度為 150mm。俟混凝土 澆置完成一段時間後，將混凝土鋼承板下面的鋼承板移除，剩下只有鋼筋網的混 凝土樓版，移除的鋼承板相當於火災時板的強度和剛度損失。板垂直支承於梁和 柱上，水平方向沒有束制。試驗結果顯示四邊簡支承樓版的承載力遠大於依據傳 統降伏線理論計算所得的承載力。
圖 2.10 英國 Cardington 鋼構大樓之七次火害實驗範圍示意圖(參考書目[47])
(a) 載重 (b) 區劃空間內
(c) 真實火災實驗 (d) 木燃料
圖 2.11 英國 Cardington 第七次火害實驗照片(參考書目[47]) 表 2.1 英國 Cardington 七次火害實驗基本資料
(參考書目[47])
表 2.2 英國 Cardington 七次火害實驗範圍
2012 年美國加州大學聖地亞哥分校(UCSD)利用其全球獨特之戶外振動台[52]，
進行5 層樓實尺寸鋼筋混凝土實驗屋受地震作用後遭遇火災的實驗，如圖 2.12 所 示，評估非結構構件、維生管線及防火設備在地震破壞後之防火能力與火害行為。