火載設計 4.5.1 木框架設計

圖 4-36 燃料木堆構造示意圖 (單位：mm) (本研究整理)

本研究之火載量以木材作為燃料，其構造如圖 4-36 所示，參考國內滅火器規範

－CNS 1387【79】之 A 類火災試驗模型，採用由木條所組成之木框架，接著以角鋼 (50mm  50mm)組成之支撐架將木框架撐離地面 400 mm 高。木框架之點火源則選以 較汽油安全的酒精膏，將圓形鋼盆放置於支撐架之薄鐵板上(離地面約 100 mm)。

木條種類採用阿拉斯加雲杉，木條尺寸參考民國 96 年舊版的 CNS 1387【76】且 配合國內方便採購之規格，選用截面邊長分別為 30 mm、35 mm，而長度為 900 mm 之木條，堆疊方式則參考民國 104 年新版的 CNS 1387【79】之表 8 中之 6A，以每層 10 支木條進行排列，層數則依照實際的火載量密度進行調整為 32 層，相關細節將於 4.5.2 節中說明。

4.5.2 火載量計算

本研究將火害實驗區之火災情境設定為一般辦公室火災，參考建築物防火避難安 全性能檢驗技術手冊【80】之堆積可燃物每平方公尺發熱量以及歐盟規範 EN 1991-1-2【81】所提之辦公室火載量密度作為本計畫火載量設計之依據，根據兩文獻所提之 設計建議可得一般辦公室火災之火載量能量密度約介於500 MJ/m² 至 600 MJ/m²，因 此，本研究參考英國 BRE 於 Cardington 進行之第七次實尺寸鋼結構火害實驗【82】

之配置，將木材堆放密度設計為40 kg/m²，且由於木條種類與堆放密度之設計與去年

A

v = BH = 5.6  1.7 = 9.52 (m ) (4-1)

A

t = (L1

L

2+L1

H

r+L2

H

r)  2 = 159.6 (m²) (4-2)

F

v = Av

(H

v0.5) /At =0.078 (4-3)

M = q(L

1

L

2) = 1260 (kg) (4-4)

本研究欲在實驗前對火害實驗區內之可能溫度變化趨勢進行初步預測，因此，本 團隊參考英國 BRE（Building Research Establishment）在 Cardington 進行實尺寸鋼結 構火害實驗【82】，在火害實驗前進行溫度歷程曲線之預估，參考 EN 1991-1-2【81】

所建立之區劃空間火災平均溫度歷時曲線，其公式如下: (b1=1120, b2=1694, b3=335)，而再依照各材料所佔之面積加權平均算出區劃空間之總 熱慣量

b，計算如下:

b = [(b136)+(b236)+(b387.6)]/(159.6) = 818.7 (J/m

²𝑠^1/2K) (4-12)

再得到熱慣量

b 及開口因子 F

v後，代入公式(4-7)計算出時間係數，即可以獲得 公式(4-5)之溫度歷時參數式。然而，根據歐盟規範(EN-1991-1-2)所表示公式(4-5)僅適 用於火場衰減期前使用，火場衰減期係指火場氣溫到達全歷程最高溫度max以後之歷 程，而到達max之時間為

t

max，其估算方法如公式(4-13)及(4-14)所示(式中 tlim為火場 最小燃燒時間=20 分鐘)，再將 tmax代入公式(4-5)即可獲得max，之後便可依條件代入 公式(4-14)至(4-16)，獲得火場衰減期之參數式。

t

max = maximum of ( 0.2  10^-3

 e

t / Fv ) or ( tlim ) (4-13)

e

t (燃料能量密度) = ef

A

f / At (4-14)



g = max -625(t^* -t^*max), for t^*max ≤ 0.5 (4-15)



g = max -250(3-t^*max) (t^* -t^*max), for 0.5 < t^*max < 2 (4-16)



g = max -250(t^* -t^*max), for t^*max ≥ 2 (4-17)

圖 4-38 火害實驗區之火場大氣平均溫度歷程曲線圖

(本研究整理)

如圖4-38 所示，實線為實尺寸鋼構屋之剪力連接複合鋼梁火害結構行為研究【55】

中之火場室內平均氣溫曲線；虛線則為依照EN 1991-1-2【81】建議公式所計算出的 平均溫度歷時曲線，其中並假設木框架順利引燃需要5 分鐘(即 300 秒)的時間；由兩 曲線可預測本研究之火害實驗可能約於25 分鐘(即 1500 秒)時達到超過 900 ^oC 之室內 平均氣溫，而後進入火場衰減期，此外，亦可預測出本研究設計之火場應屬於通風充 足之燃料控制型燃燒，其特點為溫度上升之速度非常迅速，火場總歷時不長。

在文檔中 實尺寸鋼構屋彎矩連接與剪力連接鋼梁之火害結構行為研究 (頁 125-130)