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第一章 概論
第一節 研究緣起與背景
國外鋼構造建築物之柱構件一般採用 H 型鋼柱，而國內大多採用銲接箱型 鋼柱。相較於 H 型鋼柱，箱型鋼柱強弱軸差異小，具有較佳的受壓強度。於箱 型鋼柱內部填充混凝土除了可使鋼板不易發生局部挫屈外，鋼板提供之圍束力 將提高混凝土的抗壓強度，進而提高柱構件之整體抗壓強度。
高強度鋼板如 SM570 與 Q690 已有甚多的研發成果，且大量應用於橋梁與 高層建築物。相較於一般鋼板，高強度鋼板具有高降伏強度及高抗拉強度等特 性，更適合使用於高層建築物，尤其是承受較大載重之低層柱構件。高強度混 凝土一般為抗壓強度高於 560 kgf/cm2之混凝土。當箱型鋼柱之強度需求提高 時，可於內部填充高強度混凝土，即為內灌混凝土箱型鋼柱(Concrete-Filled Box Column, CFBC)。CFBC 構件於高溫環境下，鋼材具有較好的熱傳導性，強度 及彈性模數較易受高溫影響而降低；然而內灌之混凝土具有較低的熱傳導性及 高熱容量特性，使內灌混凝土之耐火性較鋼材佳，兩種材料將相互影響 CFBC 構件之強度。
目前國內外對於高溫下之高強度內灌混凝土箱型鋼柱的相關文獻甚少，國 外規範如 Eurocode 4 (2005)已有高溫下鋼管混凝土柱構件之相關設計章節，並 訂定高溫下之材料機械性質。但 Eurocode 4 亦規定鋼材之受壓降伏強度上限為 460 N/mm2，且混凝土之抗壓強度須介於 20 N/mm2至 60 N/mm2之間。國內對 於內灌混凝土箱型鋼柱之相關設計章節僅適用於常溫，針對高溫下內灌混凝土 箱型鋼柱受壓強度之計算模式仍不盡完整。
近年來國內高層建築物開始大量使用高強度內灌混凝土箱型鋼柱，而目前 於高強度箱型鋼柱內灌混凝土的火害研究欠缺，因此對於高強度內灌混凝土箱 型鋼柱於高溫下的抗壓強度及破壞模式有進一步研究的重要性。
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第二節 研究目的
探討影響高強度內灌混凝土箱型鋼柱於高溫下受壓強度之參數，完成大尺 寸高強度內灌混凝土箱型鋼柱之火害試驗，探討其破壞模式與受壓強度，整理 實驗數據並建置實驗研究資料庫，且建立其計算模式以作為鋼構造防火設計手 冊之參考資料。
第三節 研究方法
本研究方法採火害試驗與參數分析同時進行。首先蒐集和彙整國內外相關 設計規範及文獻，藉由國內外研究成果，瞭解影響內灌混凝土箱型鋼柱受壓強 度之參數及破壞模式。實驗將規劃兩組大尺寸高強度內灌混凝土箱型鋼柱進行 火害實驗，火害實驗之設置依照國內 CNS 12514-1 (2014)「建築物構造構件耐 火試驗法-第 1 部：一般要求事項」與 CNS 12514-7 (2014)「建築物構造構件耐 火試驗法-第 7 部：柱特定要求」之相關規定，進行定溫加載實驗。試驗時測量 試體之軸向變形及側向變形，並於不同斷面設置熱電偶測點，量測試體於實驗 中各斷面鋼骨及混凝土之溫度變化。參數分析將以實驗所測得之試體溫度代入 各國規範，計算內灌混凝土箱型鋼柱於高溫時之抗壓強度，並與實驗結果進行 比對。深入研究相關參數對高強度內灌混凝土箱型鋼柱於火害下之受壓強度與 破壞模式。詳細研究流程如圖 1-1。
第一章 概論
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圖 1-1 研究流程圖
(資料來源：本研究整理)
蒐集國內外相關規範、文獻與實驗資料
建立高強度 CFBC 於火害下 受壓強度之計算模式
結論與建議 1. 試體規劃
2. 試體製作 3. 實驗設置 4. 實驗進行
實驗研究
實驗結果 與討論
參數分析
1. 探討國內外規範 研究 2. 進行參數研究 3. 進行柱構件受壓強度
分析
分析結果 與討論
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