第四章 試驗結果與討論
第二節 建議
1. 建議一 立即可行建議
主辦機關：行政院國家科學委員會 協辦機關：內政部建築研究所
內灌混凝土箱型鋼柱之結構性能優異，其防火性能亦佳，惟因礙於實驗設備，國 外鮮少有實尺寸試體的研究成果。本研究僅進行三組試體之試驗。然而內灌混凝 土箱型鋼柱之耐火性能尚須更進一步有系統的探討其行為，諸如防火被覆厚度、
加載比例、軸力與彎矩共同作用等，以兼顧經濟、安全的防火設計與火害後的修 復與評估等實務設計上的應用所需。
2. 建議二 長期性建議
主辦機關：行政院國家科學委員會 協辦機關：內政部建築研究所
國內於中高樓層建築物使用鋼骨鋼筋混凝土構造之設計頗多，然而國外除日本外 較少見，故鋼骨鋼筋混凝土構造之耐火性能研究成果亦較為缺乏。以實驗與分析 研究鋼骨鋼筋混凝土構造受火害之行為有其必要性。
3. 建議三 長期性建議
主辦機關：行政院國家科學委員會 協辦機關：內政部建築研究所
箱型鋼柱試體採全滲透銲接而且無需設置剪力釘，惟於該規範中容許局部採半滲 透銲，另實際設計施工上亦有於鋼柱內設置剪力釘之考量，故前揭二項差異對於 本次耐火時效之影響程度尚待進行研究予以釐清。
附錄一 內灌混凝土箱型鋼柱工作載重計算
(2) 內灌混凝土柱(609 kgf/cm2)抗壓計算強度(Pnrc) 柱斷面最小尺寸B=50 cm > 30 cm OK
柱短邊與長邊尺寸之比值B/H=50/50=1.0 > 0.4 OK
0.85f A A F
0.85
0.85 609 45.6
/1000 915Pnrc e c' c r yr 2 tf (因混凝土受到箱型鋼柱良好的圍束，故e值可以取為0.85)
(3) 內灌混凝土箱型鋼柱抗壓設計強度(cPn)
c nP cs nsP crc nrcP 0.85 1505 0.75 915 1965
tf
(鋼骨部分之強度折減係數cs= 0.85；填充型鋼管混凝土柱之混凝土強度折減係數
crc=0.75)
(4) 工作載重計算(靜載重+活載重，DL+LL) 考慮因數化載重組合
1.2DL 1.6LL c nP 1965 tf 假設靜載重約等於5 倍的活載重 則DL= 5×LL 並代入上式
則求得 靜載重為 1293 tf、活載重為 259 tf 設計載重=靜載重+活載重=1293+259=1552 tf 實際加載之軸向力為1550 tf
2. 試體 CFBC-2
(1) 箱型鋼柱抗壓計算強度(Pns)
實際鋼降伏強度Fys=3.794 tf/cm2 實際鋼彈性模數 Es=2100 tf/cm2
(鋼骨部分之強度折減係數cs= 0.85；填充型鋼管混凝土柱之混凝土強度折減係數
crc=0.75)
(4) 工作載重計算(靜載重+活載重，DL+LL) 考慮因數化載重組合
1.2DL 1.6LL c nP 2038 tf 假設靜載重約等於5 倍的活載重 則DL= 5×LL 並代入上式
則求得 靜載重為 1341 tf、活載重為 268 tf 設計載重=靜載重+活載重=1341+268=1609 tf 實際加載之軸向力為1600 tf
3. 試體 CFBC-3
內灌混凝土箱型鋼柱抗壓設計強度計算如同試體CFBC-2，而實際加載之軸 向力為0.56 倍之工作載重，即 900 噸。
附錄二 噴附式防火被覆簡介
顏色(施工乾燥後) ：灰白色
成分 ：水泥、蛭石及抗裂纖維 水灰比 ：1.13~1.40 L/kg
乾密度 (ASTM E 605) ：26 PCF/28 PCF(Min. Ind./Avg.) 燃燒測試 (560°C/ 30 mins) ：無 CO、CO2 氣體產生
抗壓強度 (ASTM E 761) ：Min. Avg. 5,000 PSF 附著強度 (ASTM E 736) ：Min. Avg. 500 PSF 抗撓曲 (ASTM E 759) ：Pass
抗衝擊 (ASTM E 760) ：Pass
抗銹蝕 (ASTM E 937) ：0.00 gm/mm2 落塵量 (ASTM E 859) ：0.000 gm/ft2
火焰擴散率 (ASTM E 84) ：0 (上塗 1 道透明漆仍為零) 煙發展量 (ASTM E 84) ：0 (上塗 1 道透明漆仍為零) 不燃性 (ASTM E 136) ：不燃
熱傳導係數 (JIS A 1412) ：0.079 kcal/mh°C at Avg.30°C 吸音係數 (ASTM C 423) ：NRC = 0.60 at 25 mm
不垂流厚度 (噴覆一道) ：每道15mm 以上 PH 值(加水攪拌) ：12 左右
施工方法 ：噴塗、手工鏝塗 適用底材 ：鋼材或混凝土
硬化時間 (20°C/50% RH) ：粗凝 ：2~6 小時 達50%強度 ：5~7 天
達70%強度 ：10~12 天 達98%強度 ：28 天以上
附錄三 審查意見與答覆
壹、期初審查意見與答覆
會議日期：99 年 2 月 1 日下午 3 時 30 分 地點：內政部建築研究所簡報室
台北縣新店市北新路三段聯合開發大樓
毛昭剛委員
1. 本研究旨在研究箱型鋼柱在火害下軸向強度的變化，建議實驗規畫及試驗方 法能儘量模擬實際火場的現況。對於防火被覆的形式與厚度等設計規範的建 立，方有助益。故服務建議書內標準加熱溫度與時間之關係曲線圖恐不切實 際。
回覆：為使試驗之加溫有所依據，本研究採 CNS 12514 規定之加溫曲線，並適 當的討論規定之加溫曲線與實際火場情況可能有所差異。
2. 預計委託何單位進行耐火試驗，其是否可模擬火場實際狀況。
回覆：考量試體之尺寸，耐火試驗委託建築研究所防火實驗中心執行。委託單位 之加溫爐將依CNS 12514 相關規定加溫。
謝照明委員
1. SRC 構造是目前高層樓建築使用最多的方式，是以 RC 包覆鋼骨做為防火被 覆，本次研究是 RC 僅在箱型柱內部，柱子外圍再做防火噴塗及不做防火噴 塗，此不同的做法各有其優、缺點。建研所此次提出本議題，在業界是很需 要的，也希望建研所能在將來繼續從事其他不同種類合成柱受火害影響之研 究，俾提供業者依其需要選擇自己需要的最佳化選擇。
回覆：本研究採鋼柱內灌混凝土並噴塗防火被覆，其他不同種類合成柱受火害影
此次提出的服務建議書也是非常完備，應是很好的團隊。
回覆：銘謝指教。
胡裕輝委員
1. CNS 12514 為「耐火試驗法」之標準，與本計劃「受力行為之研究」，有些不 同，故試驗體量測宜增加，以免遺漏部分真相。如服務建議書中之溫度量測，
除鋼柱外部量測外，其鋼柱內部與混凝土接觸面、混凝土內部 1/4 深度處、
混凝土內部1/2 深度處，宜多增設量測點。
回覆：遵照辦理，本研究視研究需要增加熱電偶測點與試體行為量測，請詳見圖 3-13。
2. 實際加載可能是關鍵性之參數，故宜多變化幾組，如 0.4Fy一組、0.6Fy一組…
等。
回覆：實驗之加載為工作載重，將影響實驗結果，本研究將以國內「鋼骨鋼筋混 凝土構造設計規範與解說」計算試體之抗壓設計強度及工作載重，試體 CFBC-1 及試體 CFBC-2 加載採最大工作載重，試體 CFBC-3 加載之軸向 力為0.56 倍之工作載重，以探討軸壓力之影響。
3. 試體透氣孔設置之必要性宜注意，以消除柱內空氣膨脹產生之應力。
回覆：遵照辦理，試體之鋼材已設置透氣孔。
陳建忠委員
1. 試體數量終究有限，如何來說服外界一再要求增加試體數量來試驗以提升統 計效果，或是否有相關學理支持。
回覆：本研究能提供少數試體研究成果，亦能有所貢獻。
2. 試體斷面只有 50 公分，則應用於中低層建築。對高層的建築反而以 SRC 居 多，如何推估。
火試驗有待後續更寬裕研究經費來執行。
3. 箱型柱內充填不同強度混凝土(420 kgf/cm2及700 kgf/cm2)的差異有何不同。
回覆：採用不同強度混凝土旨在探討混凝土強度於含混凝土箱型鋼柱火害行為之 影響，700 kgf/cm2 (10,000 psi)高強度混凝土之彈性模數、極限強度皆異於 普通強度混凝土，且其達極限強度後強度陡降之行為值得進一步研究其影 響。
4. 試驗之試體只做「有」、「無」防火被覆為控制變因。如何達到預期成果 3 有 關「被覆材料不同厚度」及「不同被覆材」之參數分析。
回覆：此參數研究以有限元素分析探討其影響。
5. 每一次出爐的鋼材，其熱性質(如：溫度與變形量)可能都不同。僅用歐規如 何來整合調整。
回覆：本研究採用SN490B 之鋼材，國內已有此鋼材高溫之行為，將引用之以符 合所採用之鋼材。
貳、期中審查意見與答覆
會議日期：99 年 7 月 8 日上午 9 時 30 分 地點：內政部建築研究所 十五樓會議室
台北縣新店市北新路三段聯合開發大樓
李伊平委員
1. 建議修正期中報告第四頁圖 1-1。
答覆：已修正。
2. 鋼柱內混凝土之強度擬採用圓柱試體之強度，請說明圓柱試體之養護法。
答覆：依據CNS 1230 相關規定執行。試體自製作完成後須以 23±2°C 之濕養護 直到試驗齡期。在初期的 48 小時的儲存濕養期間須無振動干擾，此濕養 狀態可藉養護水槽或濕養室達成。當使用養護水槽時，試體需浸於氫氧化 鈣水溶液中，以防止氫氧化鈣自試體內析出。本試驗之圓柱試體之濕氧狀 態採用養護水槽來達成。
3. 期中報告第四章有限元素分析章節中未列示高強度混凝土與防火被覆受熱後 之材料性質，未來應如何模擬？
答覆：於成果報告第五章內說明。
吳建忠委員
1. 以國內高層建築而言，本研究有其市場性及必要性。
答覆：銘謝指教。
2. 試驗規畫僅以三組試體進行試驗，而試驗進行時有其不確定性及失真性，其 模型樣數似乎嫌少，如何補強理論分析以使行為模式趨於實際狀況。
答覆：加載高溫試驗之理論分析不易，本研究將儘可能以有限元素分析模擬其行
黃進興委員
1. 建議題目修改為「火害下含混凝土箱型鋼柱軸向受力行為之研究」。
答覆：謝謝指教，目前題目已能充分表示且因行政上問題，故不修改。
2. 建議修改期中報告第四頁之研究步驟流程圖。
答覆：已修改。
3. 此試體在結構設計一般情況下，大約是幾層樓的住宅？若為辦公大樓，約為 幾層樓？
答覆：柱的尺寸大約模擬6~8 樓之中低層建築物之底層柱。
4. 防火被覆的厚度應為多少？
答覆：依據內政部防火被覆核可厚度規定，所採用廠商之材料2 小時防火時效的 噴覆厚度至少為12 mm。
5. 加勁板的尺寸對本實驗有無影響？
答覆：試體設計之加勁板位於非加熱段，並不會影響實驗結果。
6. 因為僅三組 CFBC 試體，若考慮加入鋼筋有何差異？
答覆：於混凝土內加入鋼筋將增加柱軸力與彎矩強度，本研究依實務常用之設計 不考慮加入鋼筋。
吳玉祥委員
1. 依照 CNS 12514 的加溫曲線，如要升溫至 1200°C 需 360 分鐘(6 小時)，實際 上是否依此時間加熱？而在此長時間加熱時，鋼材是否會軟化變形？
答覆：依據CNS 12514 加溫曲線，本研究加溫 2 小時後溫度約為 1050°C，試體 CFBC-3 加溫至約 3 小時。試驗後發現試體 CFBC-2 及試體 CFBC-3 之鋼 材有軟化變形之行為。
答覆：本計畫之試體皆為噴覆式防火被覆，防火被覆材質輕於柱軸向應力將無影 響。防火被覆須經內政部營建署核准，使用厚度與防火時效有一定的規定。
3. 熱電偶位置的擺放是否能完全顯示出各位置的真實溫度情形？
答覆：熱電偶的配置已依據 CNS 12514 之規定，並增加測點，應可顯示出各位 置的真實溫度情形。
4. 為何混凝土強度 420 kgf/cm2沒有做「無被覆」的試驗？並說明無被覆的理由 與時機。
答覆：礙於經費問題，無混凝土強度為420 kgf/cm2而無被覆之試體進行試驗，
答覆：礙於經費問題，無混凝土強度為420 kgf/cm2而無被覆之試體進行試驗，