第二章 規範與文獻回顧
第三節 文獻回顧
壹、 高溫下高強度鋼材之材料性質
近年來高強度鋼材廣泛應用於高層建築物中，但目前國內外之高溫下設計規 範或防火設計手冊中使用之高溫下鋼材機械性質折減係數為針對一般強度鋼材 而訂定。因高溫下之材料機械性質為防火設計中之重要因素，導致高強度鋼材於 高溫下機械性質將十分值得探討。高溫下及受火後高強度鋼材機械性質之相關研 究簡述如下。
Li 等人(2017)使用 Q690 鋼材，將試體加熱至不同溫度，並使用空氣與水使 鋼材冷卻至常溫後進行拉伸試驗。待試體冷卻後測定彈性模數、降伏強度、極限 強度與極限伸長量等材料性質。結果顯示升溫至700˚C 以上之試體會因冷卻方式 不同而影響其高溫冷卻後的機械性質。使用空氣冷卻之試體更具延展性；使用水 冷卻之試體將提高鋼材之降伏強度與極限強度，極限伸長量則降低。
Chen 等人(2006)研究高強度鋼板 BISPLATE 80(相當於 ASTM A 514、S690Q 鋼板)，及一般強度鋼板 XLERPLATE Grade 350(相當於 ASTM 573-450 鋼板)。
進行定溫加載與定載加溫兩種實驗，探討兩種鋼板之降伏強度及彈性模數等機械 性質，並與規範比較。結果顯示於低溫時兩種鋼板之衰減程度相近，但 540oC 以 後，高強度鋼板之強度衰減則高於一般鋼板，且當溫度越高時，其強度衰減越為 明顯，如表 2-4 所示。結果亦顯示美國及歐洲等規範於高溫下所使用之一般強度 鋼板強度折減係數及彈性模數折減係數於 1000oC 前皆較為保守。
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表 2-4 BISPLATE 80 及 XLERPLATE Gr. 350 之折減係數
(資料來源：Chen 等人 2006)
Qiang 等人(2012)使用 S460 與 S690 兩種鋼材，將其升溫至 100oC 至 1000oC，
待冷卻後進行拉伸實驗，測定彈性模數、降伏強度、極限強度、及延展性等受火 後之機械性質。實驗結果顯示 S460 與 S690 鋼材受到 600˚C 以下之火害後，其 機械性質不受高溫影響。實驗結果亦發現 S460 與 S690 鋼材暴露於 1000˚C 之 高溫後，強度雖下降但仍具足夠之延展性。
Kwon (2013)以 SM520B 及 SM570 兩種高強度鋼材於常溫與高溫下進行拉伸 試驗，並與 SS400 普通強度鋼材比較其彈性模數及強度。SM570 鋼材之高溫拉 伸實驗結果如表 2-5 所示，Eurocode 4 (2005)及 SM570 之高溫下彈性模數及強度 折減係數如表 2-6 所示。實驗結果發現，SM570 鋼材高溫下之降伏強度在 300°
C 至 700°C 時，其衰減程度較普通強度鋼材大。此外 Kwon 進行實驗時亦發現 SM570 鋼材之熱伸長率較 SM520 鋼材高，而 SM570 鋼材作為結構用鋼，其熱伸 長率亦應為進行防火設計時之考量因素。
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表 2-5 SM570 鋼材之高溫下材料機械性質
(資料來源：Kwon 2013)
表 2-6 Eurocode 4 及 SM570 之高溫折減係數比較
Eurocode 4 (2005)之折減係數 Kwon (2013)SM570 折減係數 溫度 T Fy(T)/Fy E(T)/E Fy(T)/Fy E(T)/E
RT 1.00 1.00 1.00 1.00
100℃ 1.00 1.00 0.95 0.98 200℃ 1.00 0.90 0.88 1.00 300℃ 1.00 0.80 0.88 0.91 400℃ 1.00 0.70 0.82 0.83 500℃ 0.78 0.60 0.70 0.72 600℃ 0.47 0.31 0.49 0.48 700℃ 0.23 0.13 0.18 0.13 800℃ 0.11 0.09 0.13 0.05 900℃ 0.06 0.0675 0.04 0.04 (資料來源：本研究整理)
貳、 高溫下混凝土之材料性質
混凝土之彈性模數與極限強度等機械性質於高溫下將會折減，其折減幅度隨 溫度之上升而增加。而混凝土之抗壓強度、骨材種類與纖維添加之有無，亦影響
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其於高溫下之性能表現，重要相關研究成果如下所示。
Kodur and Sultan (2003)分別使用矽質骨材(siliceous aggregate)、碳質骨材 (carbonate aggregate)與有無添加鋼纖維等不同配比之高強度混凝土圓柱試體進 行升溫試驗，並測定其比熱、熱傳導係數、熱膨脹係數及質量損失，探討高強度
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Espinos 等人(2010)以有限元素分析軟體建立 3D 模型，模擬火害下圓形鋼管 混凝土柱之行為。將分析結果與實驗結果比對，再進行參數研究。由試體於火害
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Chen 等人(2017)將四組內灌高強度混凝土之銲接箱型鋼柱使用 ISO834 標準 升溫曲線進行定載加溫實驗，當爐溫達到預計溫度時即停火。待試體緩慢冷卻後 再於常溫進行加載，探討 CFBC 經歷 400°C、600°C、800°C 高溫後，所殘留之 受壓強度。結果顯示當溫度升至 800°C 時，因材料機械性質急遽降低導致試體
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分析結果可以得知，若試體破壞時溫度較低，內灌混凝土箱型鋼柱之鋼骨仍具有 良好之強度，受壓強度主要由鋼骨提供。隨著溫度提升，鋼骨之強度會逐漸下降，
此時內灌混凝土箱型鋼柱之受壓強度主要由混凝土承擔，直到試體破壞。