第一節 研究緣起與背景
近年來國內外發生數起高樓建築火災事件，而在發生災害10 分鐘內，火場 溫度將可能高達600°C 以上，若建築構件不能在持續高溫中仍具有承載能力，可 能導致建築損壞或倒塌，進而危害人員生命安全與周邊公共安全；導致此一現象 主要原因乃係構造之耐火設計不良。根據我國「建築技術規則」的建築設計施工 篇之「第三章：建築物之防火」，第70 條至 73 條中明訂建築構造之防火相關規 定，其包括柱、梁及承重牆等。柱構件為主要支撐建築物之結構構件，因此柱構 件耐火能力在建築防火設計中占舉足輕重之地位。
國內高樓建築不乏採用鋼骨鋼筋混凝土構造柱，依柱斷面型式分為包覆型鋼 骨鋼筋混凝土柱、填充型鋼管混凝土柱、及包覆填充型鋼管混凝土柱等，如圖 1-1 與圖 1-2 所示。包覆型鋼骨鋼筋混凝土柱構件研究成果(陳誠直等 2011)與其 後續之研究(附錄一)顯示，混凝土保護層能有效延緩高溫傳入內部，使試體達法 規規定之防火時效。因此包覆填充型鋼管混凝土柱若鋼筋與鋼骨有足夠的混凝土 保護層，其防火時效將無庸置疑。
圖 1-1 包覆型 SRC 柱斷面
(資料來源：鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說)(b)包覆十字型 SRC 柱 (c)包覆 T 型 SRC 柱 (a)包覆 I 型 SRC 柱
圖 1-2 鋼管混凝土柱斷面
(資料來源：鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說)填充型鋼管混凝土柱則須依鋼構造施作防火材，使達法規要求之防火時效；
惟於研究上將探討防火材失效後之耐火性能與行為。先前研究成果(Espinos et al.
2010、陳誠直等人 2010)發現，無防火被覆試體之鋼管軸向熱膨脹相較混凝土 大，其於高溫下達 0.0057 的伸長應變，此軸向膨脹差異現象可能影響鋼管混凝 土柱之耐火能力。國內工程實務上為使鋼骨與混凝土達到合成效果，常於鋼骨上 銲接剪力釘來增加鋼骨與混凝土間之結合能力，以確保柱構件之強度，如圖1-3 所示
。
然而，國內「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」於受軸壓柱構件之 設計中，未要求鋼骨須配置剪力釘，且目前相關火害文獻甚少針對剪力釘研究而 提出具體說明，剪力釘的設置是否影響填充型鋼管混凝土柱之耐火性能將有其研 究之必要性，因此本研究將進行填充型鋼管混凝土柱受不同軸向載重下，剪力釘 是否影響柱構件耐火能力及其破壞模式。(a)填充型鋼管混凝土柱 (b)包覆填充型鋼管混凝土柱
第二節 研究目的
本研究目的主要探討填充型鋼管混凝土柱於不同軸向載重下，設置剪力釘對 柱構件於耐火設計之功效及耐火能力之影響。藉由軸向載重大小及有無配置剪力 釘之影響，以實驗方式探討試體斷面溫度分佈、材料強度因高溫損失之行為、軸 向變形、耐火時效及破壞模式，再以分析方法進行驗證及比對，建立正確分析模 型，進而提出柱構件耐火設計之建議。
第三節 研究方法
目前國內工程實務中，常於填充型鋼管混凝土柱之鋼骨上銲接剪力釘，以增 加其與混凝土之結合能力。首先，本研究進行蒐集和彙整國內外相關設計規範與 文獻。以實驗方法探討填充型鋼管混凝土柱有無配置剪力釘於火害下之行為，試 驗試體將依據國內「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範與解說」設計，並依照我國 CNS 12514「建築物構造部分耐火試驗法」相關規定，進行四支試體之高溫實驗 研究。
試驗試體藉由配置熱電偶測點，量測試體於加溫歷時之斷面溫度變化關係；
並於加溫爐外間接量測試體受火段之軸向變形行為，瞭解結構材料隨加溫歷時之 強度損失關係；參照 CNS 12514 判定柱構件耐火時效及觀察承重柱構件因高溫 損害結構之破壞模式；最後，比較不同參數試體之試驗結果，提出剪力釘於合成 柱構件之耐火設計建議。
再者，本研究也將利用有限元素分析軟體，模擬火害試驗行為。有限元素分 析將依實驗試體建立分析模型，輸入合理之材料性質，裁切適當網格元素大小，
進行模擬火害行為；最後，分析結果將與試驗結果驗證，以修正分析模型並呈現 實驗無法獲取之重要資訊。本研究依研究內容、預期成果及效益之執行進度，如 表1-1 所示。