第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
第一節 研究緣起與背景
單一火災事故或許比不上百年一次大地震所造成的損害，但長久累積下的損失卻 是有過之而不及；再者，從災害風險的觀點來看，震災是較不可預期的，而火災是較 可防制的。鑑此，產官學研各界責無旁貸，應積極從事有關建築物防火、耐火之研究，
以確保民眾生命與社會安定。
防火安全工程（Fire Safety Engineering）為一門跨領域學科，主要涵蓋消防工程
（Fire Protection Engineering）及結構防火工程（Structural Fire Engineering），如圖 1-1 所示。基本上，防火安全工程著重於人的行為，並同時維持一個易於疏散火災的穩定 環境；此外，防火安全工程著重訂定建築物的防火安全策略，以確保其結構穩定性，
並提供主動或被動防火措施，以控制火災蔓延。消防工程對建築物提供令人滿意的防 火保護措施，可採用主動的與被動的方法。結構防火工程採取具體的被動防火措施，
以分析火災對建築物產生的熱效應，並設計具有足夠承載力的構件來控制火勢蔓延。
圖 1-1 防火安全工程之涵蓋範籌
（資料來源：本研究整理）
我國位於環太平洋地震帶上，對於建築物與結構體之耐震能力應特別重視。鋼骨 鋼筋混凝土（Steel Reinforced Concrete，SRC）兼具鋼骨（Steel）與鋼筋混凝土（Reinforced Concrete）這兩種材料的優點，可確保經由適當設計之構造具備良好的耐震能力。因 此，國內高樓建築採用 SRC 構造的案例已明顯增加。在 SRC 結構體中，柱構件係用 以支承其他承受荷重桿件（如樑、版），它是最重要的結構桿件，尤其在火害作用下，
它的塌陷將會影響其它構件之穩定性。由此觀之，正確評估 SRC 柱構件在火害高溫下 的耐火性能甚為重要。
SRC 柱構件可分為包覆型（Concrete-Encased）及填充型（Concrete-Filled），如圖
1-2
所示；其中，填充型 SRC 柱又分為填充型箱型柱（Concrete Filled Box Column，CFBC）及鋼管混凝土柱（Concrete-Filled Tubular Column，CFTC）。就 CFBC 而言，
主要是由四塊鋼板組合而成之箱型柱；至於 CFBC，則使用無縫鋼管或是由兩個槽鋼 銲接而成之方形斷面。
(a) 包覆型 (b) 填充型
圖 1-2 鋼骨鋼筋混凝土柱構件型態
（資料來源：本研究整理）
自充填混凝土（Self-Compacting Concrete，SCC）是一種高流動性混凝土，可藉由 自重擴展於澆灌位置，而且不須夯實就能達到良好的固結。因此，SCC 已廣泛應用於 高層建築結構。惟 SCC 遭受火災或高溫情況時，是否仍處於安全狀態或符合鋼筋混凝 土建築結構耐火性能設計相關規定，仍值得學界深入探討。由於 SCC 具有較緻密的微 結構，其高溫爆裂行為較一般混凝土嚴重。為此，國外相關研究以添加不同纖維或化 合物，來減緩高溫下 SCC 因蒸氣壓力引致的爆裂問題。
在建築結構遭受火災高溫破壞之際，柱為支撐結構體載重之主要構件，其重要性 不言可喻。國內現行法規關於鋼骨鋼筋混凝土材料之規定係訂於建築技術規則建築構 造編（民國 96 年 12 月 18 日修正）第七章之第 502 條，其對鋼骨鋼筋混凝土構造設計 要求考量強度及使用性兩種極限狀態；其中，強度極限狀態包含：降伏、挫屈、傾倒、
疲勞或斷裂等極限狀態，而使用性極限狀態則包含：撓度、側向位移、振動或其他影 響正常使用功能之極限狀態。建築物遭受火害後，其結構安全性評估及補強等問題亦 屬結構防火工程的範疇。有關構造體所採用材料的耐火性能分級，係將試驗構造體置
於模擬火場之燃燒溫度下，檢視其足以負荷載重應力且未破壞之可耐燃時間，稱之為
0.28、0.47 及0.66）
，並將其耐火時效區分為 5 個等級（R30、R60、R90、R120 及 R180）。在固定fi,t條件下，針對不同耐火時效需求之 CFTC 與 CFBC（如表 1-2所示）， Eurocode 4 已訂定其最小斷面尺寸 b 及 h（或最小直徑 d）、最小鋼筋比（AS/(AS+AC)，AS=鋼筋面積；AC=混凝土面積）及最小鋼筋軸距（us，鋼筋中心至鋼板內側之距離），
以供業界參酌使用。
表 1-2 Eurocode 4 規範建議填充型 SRC 柱之斷面尺寸要求及其耐火時效
Steel section: (b/e) 25 or (d/e) 25
Standard Fire Resistance
R30 R60 R90 R120 R180
1 Minimum cross-sectional dimensions for load level fi,t 0.28
1.1 Minimum dimensions h and b or minimum diameter d [mm] 160 200 220 260 400 1.2 Minimum ratio of reinforcement AS/(AS+AC) in (%) 0 1.5 3.0 6.0 6.0 1.3 Minimum axis distance of reinforcing bars us [mm] - 30 40 50 60
2 Minimum cross-sectional dimensions for load level fi,t 0.47
2.1 Minimum dimensions h and b or minimum diameter d [mm] 260 260 400 450 500 2.2 Minimum ratio of reinforcement AS/(AS+AC) in (%) 0 3.0 6.0 6.0 6.0 2.3 Minimum axis distance of reinforcing bars us [mm] - 30 40 50 60
3 Minimum cross-sectional dimensions for load level fi,t 0.66
3.1 Minimum dimensions h and b or minimum diameter d [mm] 260 450 550 - - 3.2 Minimum ratio of reinforcement AS/(AS+AC) in (%) 3.0 6.0 6.0 - - 3.3 Minimum axis distance of reinforcing bars us [mm] 25 30 40 - -
（資料來源：Eurocode 4 及本研究整理）