第二章 文獻回顧 第一節 前期研究成果
第三節 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 [11-15]，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
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[16]，BRE 進行實尺寸的混凝土鋼承板火災試驗[17,18]，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 2.2 英國Cardington鋼構大樓之七次火害實驗範圍示意圖(參考書目[14])
(a) 載重 (b) 區劃空間內
(c) 真實火災實驗 (d) 木燃料
圖 2.3 英國Cardington第七次火害實驗照片(參考書目[14])
表 2.2 英國 Cardington 七次火害實驗基本資料
(參考書目[14])
表 2.3 英國 Cardington 七次火害實驗範圍
(參考書目[14])
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[19]，
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 2.4 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。
圖 2.4 美國加州大學聖地亞哥分校(UCSD) 鋼筋混凝土實驗屋(參考書目[19])
Dong 等人[20-24]曾藉由 3 層樓之鋼結構實驗屋(由鋼筋混凝土樓版、鋼樑、鋼 柱和磚牆構成，一樓高度 3.5m，二至三樓高 3m，每層為 3×3 跨，每跨 4.5m)，依 據 ISO834 進行一系列火害實驗，分別探討鋼筋混凝土雙向板、鋼梁、鋼柱、梁柱 接合等耐火性能，如圖 2.5 所示。Lou 等人[25,26]研究門形鋼構架在真實火災下連 續性倒塌問題，分別建造 36 m×12 m 及 12 m×6 m 門形鋼構架，進行真實火害實驗 與數值模擬，探討火害下門形鋼構架之局部破壞，進而引起連續性倒塌，實驗結 果顯示大約火害時間 15~20 分鐘門形鋼構架，分別出現向內及向外倒塌，經由適 當設計，可阻止火災範圍的蔓延、減少消防隊員傷亡和結構破壞程度，如圖 2.6 及 圖 2.7 所示。