第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
一 、
研 究 緣 起近年來，隨著環保意識的提昇，強調資源回收再利用，世界各國積極 地推動綠建築，鋼結構因其具有可回收再利用之優勢而屬於綠建築材料之 一，在加上鋼結構施工快，工期短，國內高樓建築已普遍採用鋼結構。鋼 結構在國內之發展較歐美日晚，早期鋼結構設計規範亦多直接採用美國 AISC 之規定，然因台灣地震頻繁，國內高樓建築之鋼柱多採用銲接箱型 式(Steel Welded Box)或將中空箱型柱再內灌混凝土，以提高鋼柱之抗扭轉 強度與勁度。然不論是中空之銲接箱型柱或內灌混凝土箱型柱，柱板間銲道 開裂與否對鋼柱之強度與防火時效影響甚鉅。然因國內普遍採用之銲接箱 型柱與美國之高樓建築常採用之H 型鋼柱或雙 H 型鋼柱不同。有鑑於此，
沈光誠[1]、張學誠[2]等乃針對國內普遍採用之銲接箱型柱進行一系列研究，
建立採用全滲透開槽銲及部分滲透開槽銲之箱型柱中殘留應力之分佈型 式、設計方法。
依據沈光誠[1]之研究結果顯示，由於部分滲透開槽銲不似全滲透開槽 銲銲道與鋼材間完全之熔透(圖 1a)，部分滲透開槽銲因具有一先天之裂縫 (圖 1b)，為避免銲接箱型柱在地震力作用下因銲道開裂所產生的脆性破壞，
影響大樓整體之穩定，銲接箱型柱相鄰柱板間之銲接應採用全滲透銲，此 亦成為目前鋼結構設計規範中之規定。然而若考慮放大地震力作用下，柱
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工期；近年來，由於環保意識及能永續經營的概念漸漸增強，鋼結構除了 本身可回收再利用外，在生產及加工過程中，產生的汙染較少，因此鋼結 構已大量使用於高樓建築工程中，如台北101 國際金融中心、高雄東帝士 大樓、汐止東科大樓、中鋼企業總部等等。
鋼結構雖然具有節能環保、韌性佳等優勢，然因鋼材耐火性能不佳，
且鋼材的力學性質受溫度的影響甚大，尤其當溫度上升至600°C 時，其降 伏強度下降至原有強度的四成以下。依據ISO 834 的升溫曲線，火場在二 十分鐘內即可升溫至 800°C，在此溫度下一般鋼材的降伏強度及彈性模數 已下降至原有強度的一成以下，顯然其強度與勁度嚴重不足，而此一特性 恐將限制鋼結構在工程實務上的應用。而為確保採用鋼結構之建築在火災 下之安全，工程上多採用防火被覆阻絕鋼結構構件溫度之上升，以彌補傳 統鋼結構耐火性能不足。但這些防火被覆不僅昂貴，施工繁複，且材質亦 可能有害人體健康不符合環保需求，又增加結構物重量，減少建築物使用 空間。此外，火災下防火被覆亦可能因結構構件變形開裂或剝落，而喪失 其原有功能。
雖然英國等歐陸國家長期投入鋼結構火害之研究，但過去之研究著重 在防火時效之探討，對鋼結構火場中之強度及破壞模式之著墨甚少，再加 上英國等國採用之鋼結構系統與國內普遍採用之抗彎矩構架與銲接箱型 柱不同，國外之研究成果無法直接引用於國內。尤其歐美各國均未採用之 銲接箱型柱，在火場中之破壞行為之相關資料甚為缺乏，為確保國內高樓 建築之防火安全，本計畫針對相鄰柱板間分別採用全滲透銲及部份滲透銲 銲接組合之鋼柱，在常溫及高溫下進行軸向壓力試驗，以探討全滲透銲及 部份滲透銲對鋼柱常溫及高溫破壞模式之影響及其差異，並針對銲接箱型 柱之防火設計提出建議。
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本研究首先分析比較國內外箱型柱銲接型式，而後藉由常溫及高溫下大 尺寸結構試驗之結果，針對全滲透銲及部份滲透銲銲接組合箱型柱在常溫 及高溫下之行為進行探討，並比較二者在常溫及高溫下對鋼柱高溫強度、
耐火時效及破壞模式之影響，進一步研擬並提出銲接箱型柱高溫下開槽銲之 銲接型式建議。
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