第四章 實驗結果與討論
第一節 實驗結果
試體於試驗時測得之混凝土強度為 515 kfg/cm2，依國內鋼骨鋼筋混凝土規 範計算試體強度，其標稱強度約為 1642 tf；因此試體 LR0.6 系列於試驗時施加 軸向載重約為985 tf，LR0.3 系列施加約為 492.5 tf。
壹、試體
LR0.6-A
試驗時，實驗室室溫約為 30.4°C；配置剪力釘試體 LR0.6-A 施加 985 噸軸 向載重，持壓約30 分鐘後，即進行定載加溫試驗。加溫爐內平均升溫曲線，如 圖4-1 所示；柱試體於定載加溫階段之軸向變形與時間關係，如圖 4-2 所示；試 體各斷面之鋼骨測點溫度與時間關係，如圖4-3 所示；混凝土測點溫度與時間關 係，如圖4-4 所示；剪力釘測點溫度與時間關係，如圖 4-5 所示。
爐內高溫使試體發生軸向伸長變形行為；當試驗進行12 分鐘時，爐內溫度 約為708°C，試體到達第ㄧ次最大熱膨脹伸長為 2.49 mm；此時試體外側鋼骨平 均溫度為206°C，內側鋼骨與混凝土交界處之鋼骨平均溫度為 133°C，距試體表 面57 mm 及 95 mm 之剪力釘平均溫度分別為 92°C 和 62°C，距試體表面 79 mm、
139 mm 及試體斷面中心之混凝土平均溫度皆低於 40°C。第ㄧ次最大伸長變形後，
試體即轉變為壓縮變形至加溫16 分鐘後，再轉變為伸長變形；加溫 16 分鐘，試
當加溫21 分鐘，試體再度達第二次最大伸長變形(2.01 mm)，此時爐內溫度 為787°C，外側鋼骨平均溫度為 358°C，內側鋼骨平均溫度為 254°C，距試體表 面57 mm 及 95 mm 之剪力釘平均溫度分別為 150°C 和 102°C，距試體表面 79 mm、
139 mm 及試體斷面中心之混凝土平均溫度皆低於 80°C；試驗進行至 21 分鐘後，
試體呈現壓縮變形直至試體破壞，且試體於試驗期間無發現加溫爐內發出異聲。
根據CNS 12514 規定，試驗進行約 31 分鐘，試體 LR0.6-A 達性能基準上限 之規定，中止試驗，最大軸向壓縮速率大於 10.08 mm/min。此時，爐內溫度為 842°C，外側鋼骨平均溫度為 498°C，內側鋼骨與混凝土交界平均溫度為 409°C，
距試體表面57 mm 及 95 mm 之剪力釘平均溫度分別為 202°C 和 122°C，距試體 表面79 mm 之混凝土平均溫度為 105°C，而距試體表面 139 mm 及試體斷面中心 之混凝土平均溫度皆低於50°C。
試驗結束待加溫爐內溫度下降至室溫，以進行試體觀察與記錄，如圖4-6 及 圖4-7 所示。試體 LR0.6-A 各面柱板不同高度位置皆產生局部挫屈變形，挫屈處 呈面外突起；各處突起量介於4 至 23.5 mm，最大突起 23.5 mm 位於試體東面柱 板距底端2550 mm 處，，而最小突起為西面柱板距底端 384 mm 處；詳細試體 局部挫屈位置，如表4-1 所示。另外，試體柱板與柱板間之全滲透銲接皆無銲道 開裂現象，且部分柱板透氣孔有水漬痕跡。
圖
4-1 試體 LR0.6-A 爐內升溫曲線
(資料來源：本研究整理)圖
4-2 試體 LR0.6-A 定載加溫階段之軸向變形-時間關係
(資料來源：本研究整理)0 5 10 15 20 25 30 35
Time (min) -4
-3 -2 -1 0 1 2 3 4
LR0.6-A
圖
4-3 試體 LR0.6-A 之鋼骨測點溫度與時間關係
(a) A-A 斷面之鋼骨溫度 (b) B-B 斷面之鋼骨溫度
(c) C-C 斷面之鋼骨溫度 (d) D-D 斷面之鋼骨溫度
圖
4-4 試體 LR0.6-A 之混凝土測點溫度與時間關係
(資料來源：本研究整理)(a) A-A 斷面之混凝土溫度 (b) B-B 斷面之混凝土溫度
(c) C-C 斷面之混凝土溫度 (d) D-D 斷面之混凝土溫度
圖
4-5 試體 LR0.6-A 之剪力釘測點溫度與時間關係
(資料來源：本研究整理)(a) B-B 斷面之剪力釘溫度 (b) C-C 斷面之剪力釘溫度
圖
4-7 試體 LR0.6-A 局部挫屈
貳、試體
LR0.6-B
試體 LR0.6-B 進行試驗時，實驗室室溫約為 31.4°C，其與試體 LR0.6-A 加 載相同軸向載重並持壓約30 分鐘後，進行定載加溫試驗。加溫爐內平均升溫曲 線，如圖4-8 所示；試體於試驗期間之軸向變形與時間關係，如圖 4-9 所示；試 體各斷面之鋼骨及混凝土測點溫度與時間關係，如圖4-10 及圖 4-11 所示。
試驗初期，試體軸向變形為膨脹伸長狀態，並於加溫 11 分鐘到達第ㄧ次最 大伸長量2.46 mm，其略小於試體 LR0.6-A。在溫度方面，爐內溫度為 682°C，
外側鋼骨平均溫度為211°C，內側鋼骨平均溫度為 141°C；混凝土為距試體表面 79 mm、139 mm 及試體斷面中心之平均溫度仍為室溫。
加溫11 至 14 分鐘，試體軸向變形為壓縮狀態，由原本軸向伸長 2.46 mm 下 降至伸長剩1.65 mm，其壓縮量約為 0.81 mm；隨後試體轉變為伸長變形，至加 溫 18 分鐘到達最大。當試體加溫 18 分鐘時，試體達第二次最大軸向伸長變形 1.79 mm，隨後伸長變形轉變為壓縮變形，直至試體破壞；在加溫 18 分鐘時之爐 內溫度為771°C，外側鋼骨平均溫度為 382°C，內側鋼骨平均溫度為 274°C；混 凝土為距試體表面79 mm、139 mm 及試體斷面中心之平均溫度皆低於 45°C。試 體LR0.6-B 於試驗期間無發現任何異樣聲音，並於試驗進行 26 分鐘後到達 CNS 12514 規定之性能基準，最大軸向壓縮速率大於 10.08 mm/min，中止試驗。
試體LR0.6-B 於試驗結束，待冷卻後觀察試體發現，試體各面柱板多處產生 局部挫屈，其與試體LR0.6-A 相同皆為面外突起變形，但局部挫屈變形皆產生於 柱板透氣孔處，且造成柱板突起量介於9 至 37.5 mm；試體各面柱板局部挫屈變 形及位置，如圖 4-12、圖 4-13 及表 4-2 所示。試體鋼骨銲接處皆無發生銲道開 裂現象，且各面柱板透氣孔略呈橢圓形。
圖
4-8 試體 LR0.6-B 爐內升溫曲線
(資料來源：本研究整理)圖
4-9 試體 LR0.6-B 定載加溫階段之軸向變形-時間關係
(資料來源：本研究整理)0 5 10 15 20 25 30 35
Time (min) -4
-3 -2 -1 0 1 2 3 4
LR0.6-B
圖
4-10 試體 LR0.6-B 之鋼骨測點溫度與時間關係
(a) A-A 斷面之鋼骨溫度 (b) B-B 斷面之鋼骨溫度
(c) C-C 斷面之鋼骨溫度 (d) D-D 斷面之鋼骨溫度
圖
4-11 試體 LR0.6-B 之混凝土測點溫度與時間關係
(資料來源：本研究整理)(a) A-A 斷面之混凝土溫度 (b) B-B 斷面之混凝土溫度
(c) C-C 斷面之混凝土溫度 (d) D-D 斷面之混凝土溫度
圖
4-12 試體 LR0.6-B 耐火試驗後之外觀
(資料來源：本研究整理)(a) 東和北面 (b) 西和南面
表
4-2 試體 LR0.6-B 柱板局部挫屈位置
之判定破壞基準，最大軸向壓縮速率大於10.08 mm/min，中止試驗；除此之外，試驗開始至結束皆無發現試體內灌混凝土因高溫爆裂產生之聲音。當試驗進行 28 分鐘時，爐內溫度為 833°C，外側鋼骨平均溫度為 477°C，內側鋼骨與混凝土 交界處之鋼骨平均溫度為361°C；剪力釘分別為距試體表面 57 mm 及 95 mm 處 之平均溫度為185°C 和 114°C；混凝土為距試體表面 79 mm、139 mm 及試體斷 面中心之混凝土平均溫度皆低於85°C。
相同產生局部挫屈變形，但挫屈位置與試體LR0.6-A 相同發生於配置剪力釘間之 柱板；本試體於透氣孔發現有水漬痕跡，且試體各面柱板表面皆有剝離現象產生；
詳細試體變形形狀及位置，如圖4-19、圖 4-20 及表 4-3 所示。
圖
4-14 試體 LR0.3-A 爐內升溫曲線
(資料來源：本研究整理)5
10
15
20
圖
4-16 試體 LR0.3-A 之鋼骨測點溫度與時間關係
(資料來源：本研究整理)(a) A-A 斷面之鋼骨溫度 (b) B-B 斷面之鋼骨溫度
(c) C-C 斷面之鋼骨溫度 (d) D-D 斷面之鋼骨溫度
圖
4-17 試體 LR0.3-A 之混凝土測點溫度與時間關係
(a) A-A 斷面之混凝土溫度 (b) B-B 斷面之混凝土溫度
(c) C-C 斷面之混凝土溫度 (d) D-D 斷面之混凝土溫度
圖
4-18 試體 LR0.3-A 之剪力釘測點溫度與時間關係
(資料來源：本研究整理)圖
4-19 試體 LR0.3-A 耐火試驗後之外觀
(資料來源：本研究整理)(a) B-B 斷面之剪力釘溫度 (b) C-C 斷面之剪力釘溫度
圖
4-20 試體 LR0.3-A 局部挫屈
(資料來源：本研究整理)表
4-3 試體 LR0.3-A 柱板局部挫屈位置
局部挫屈位置(距試體底端端板)
東面突起量 (mm)
西面突起量 (mm)
南面突起量 (mm)
北面突起量 (mm)
1390 － 22.5 － －
1550 － 28.5 － －
1560 29.5 － 42.0 20.5
2690 － － － 8.5
備註；
1. 突起量為平均值。
2. 火害後，試體平均長度為 3279 mm(原長為 3360 mm)。
(a) 東和北面 (b) 西和南面
肆、試體
LR0.3-B
無配置剪力釘試體 LR0.3-B 於定載加溫試驗前，施加與試體 LR0.3-A 相同 之軸向載重，並持壓約 30 分鐘後進行試驗，其試驗前之室內溫度約為 32.1°C；
加溫爐內平均升溫曲線，如圖 4-21 所示；試體於試驗期間之軸向變形與時間關 係，如圖4-22 所示；試體各斷面之鋼骨及混凝土測點溫度與時間關係，如圖 4-23 和圖4-24 所示。
試驗開始爐內溫度隨之增加，試體因爐內升溫產生軸向伸長變形，至加溫 24 分鐘達最大伸長變形為 15.43 mm，此時爐內平均溫度為 831°C，外側鋼骨平 均溫度為480°C，內側鋼骨平均溫度為 330°C；混凝土為距試體表面 79 mm、139 mm 及試體斷面中心之平均溫度皆低於 86°C。試驗進行約 25 分，試體軸向變形 轉變為壓縮變形至加溫44 分鐘停止試驗，而試體於試驗 42 分鐘後達 CNS 12514 規定之最大軸向壓縮速率大於10.08 mm/min，判定試體破壞，中止試驗；另外，
本試體於試驗28 至 32 分鐘期間，加溫爐處發出砰砰聲響；有異聲期間之試體外 側鋼骨平均溫度為550°C，內側鋼骨平均溫度為 409°C；混凝土為距試體表面 79 mm、139 mm 及試體斷面中心之平均溫度皆低於 90°C，但距試體表面 19 mm 至 79 mm 間之混凝土溫度可能已高於 100°C。
試體LR0.3-B 與前述試體相同皆於柱板多處發現局部挫屈變形，且為面外突 起，而其與試體LR0.6-B 相同之挫屈位置多發生於各面柱板透氣孔處；試體柱板 發生局部挫屈位置，如圖 4-25、圖 4-26 及表 4-4 所示。另外，試體各面受火面 之鋼骨表面產生剝離現象，此與試體LR0.3-A 相同。
圖
4-21 試體 LR0.3-B 爐內升溫曲線
(資料來源：本研究整理)圖
4-23 試體 LR0.3-B 之鋼骨測點溫度與時間關係
(資料來源：本研究整理)(a) A-A 斷面之鋼骨溫度 (b) B-B 斷面之鋼骨溫度
(c) C-C 斷面之鋼骨溫度 (d) D-D 斷面之鋼骨溫度
圖
4-24 試體 LR0.3-B 之混凝土測點溫度與時間關係
(a) A-A 斷面之混凝土溫度 (b) B-B 斷面之混凝土溫度
(c) C-C 斷面之混凝土溫度 (d) D-D 斷面之混凝土溫度
圖
4-25 試體 LR0.3-B 耐火試驗後之外觀
(資料來源：本研究整理)圖
4-26 試體 LR0.3-B 局部挫屈
(資料來源：本研究整理)(a) 東和北面 (b) 西和南面
表
4-4 試體 LR0.3-B 柱板局部挫屈位置
局部挫屈位置(距試體底端端板) 東面凸起量 西面凸起量 南面凸起量 北面凸起量
1600 － 14.0 － －
2400 26.5 60.0 33.0 38.5
2880 54.5 31.5 18.5 42.5
備註；
1. 凸起量為平均值。
2. 火害後，試體平均長度為 3258.7 mm(原長為 3360 mm)。
(資料來源：本研究整理)
總結本節實驗結果，試體LR0.6 系列於試驗 12 分鐘，達最大軸向伸長變形，
其約為2.5 mm，而軸向應變約為 0.0007；試體表面鋼骨溫度約為 200°C，而混 凝土測點溫度仍低40°C；試驗進行 29 分鐘，判定試體已無承載能力。試體 LR0.3 系列進形27 分鐘，軸向伸長約為 15.5 mm(達最大伸長變形)，軸向應變約為 0.0046；
試體表面鋼骨約為479°C，而混凝土測點溫度仍低 90°C；當試驗進行約 44 分鐘 時，達CNS12514 規定之破壞標準。另外，試體破壞模式皆為受火段處之箱型鋼 骨發生局部挫屈，且達性能指標時之混凝土測點溫度低於120°C。各試體之軸向 變形、溫度、破壞模式及試驗後試體觀察，如表4-5 所示。
表