結構安全鑑定

表3-1

火災調查單位

第二節 結構安全鑑定

火災後建築物結構體損傷程度，對於最先趕往火災現場的消防人 員及事後消防調查人員而言，因專業領域不同，實無法對標的物之結 構安全執行鑑定判斷與結論。但對於可能被下令改善、停止使用或拆 除的業者而言，僅能仰賴於相關專業法人或機構鑑定的結果，藉以作

為災後重建或修復之依據。

鑑定者的資格，根據「建築師法」第十六條與「技師法」第十二 條的業務規定中，除建築師及相關之技師以外，經建築主管機關確認之 相關單位、團體亦可從事鑑定之委託業務。目前在臺灣地區辦理火害後 安全鑑定工作之單位歸納如表 3-1 所示。本研究為了解可從事火害後結 構安全鑑定單位之評估方法及結果，函請相關單位提供最近 15 年內火 害後 R.C.建築物損害鑑定報告調查資料，但是多數單位表示無相關資料 或鑑定報告資料屬個人著作權不宜提供，由於僅有台北市結構工程技師 公會與台灣省建築師公會台中市辦事處提供火害後結構安全鑑定資 料，另參考文獻【3】及 1999 年明屏忠碩士論文【10】，整理有關火害 後結構安全鑑定單位之評估方法及結果如下：

一、學術單位

學術單位之火災安全鑑定報告書，通常主要係以測試數據為分級 依據，而其包含的試驗項目不同亦無相同分級標準，其內容如表3-2 所 示。由表中，可看出主要的測試方法為超音波測試、鑽心試體抗壓試驗、

中性化試驗，而分級標準主要為混凝土強度的考量。

二、實務單位

實務單位之鑑定人通常由火災現場之溫度、燃燒時間之長短及現 場版、梁、柱之裂紋現象，以專業的知識與經驗，進行初勘並隨機採 用適當之分區鑑定，來研判災害之嚴重程度，如表3-3所示。

由表可知，

現行鑑定報告中，其分區之等級數與方式及損壞程度並沒有一定之關

係，而由於鋼筋混凝土受高溫作用後，無論化性、物性在微巨觀上均

會呈現一定之性質變化。因此，現場鑑定之火災分級，多是以構件外

觀特性予以區分等級。在實驗鑑定之測試項目方面，由於技術規範之 規定，大多採用混凝土鑽心試驗與現場載重試驗，而以其他試驗為輔。

表3-2

學術單位鑑定報告調查資料

表3-3

公會鑑定報告調查資料

表3-3

公會鑑定報告調查資料（續）

表 3-3

公會鑑定報告調查資料（續）

表 3-3

公會鑑定報告調查資料（續）

第四章 試驗規劃

第一節 試驗設備

本研究使用本所防火實驗中心小型多功能高溫爐及 100 噸之油壓機。

4-1-1 小型多功能耐火爐：

耐火爐加熱尺寸為 120W×120H×120L（㎝），兩側各有 2 個噴火孔，共 4 個燃燒機提供熱能，使用燃料為液化石油瓦斯（LPG），每一個燃燒機配 備瓦斯、空氣控制閥、點火變壓器、高壓導線、火星塞及 UV 火焰監視器，

如圖 4.1 所示。

4-1-2 油壓機：

本研究將同時使用位於小型多功能耐火爐上方加載能力為 100 噸之油 壓機及位於梁端上方加載能力為 100 噸之油壓機，該兩部油壓機可獨立控 制，分別施加不同的力量，其油壓缸行程 60 ㎝，且分別在柱端上方設置 100 噸荷重計；梁端上方設置 50 噸荷重計，以便實驗時控制加載力大小，

如圖 4.2 所示。

圖 4.1 小型多功能耐火爐裝置

圖 4.2 試體、加載設備與小型多功能耐火爐裝置

樓地板

4-1-3 柱端鉸接連接頭及抗水平力桿

本試驗柱試體兩端與油壓機及反力框架的連接，因應試驗要求必須以 鉸接方式固定，如圖 4.3 所示。另由於有本試驗會產生水平力，在柱上端 鉸接連接頭與油壓缸間裝置抗水平力桿，將水平力傳至反力框架，以免油 壓缸及荷重計受到損壞，如圖 4.4 所示。

圖 4.3 柱端鉸接連接頭裝置

圖 4.4 柱上端鉸接連接頭及抗水平力桿裝置

4-1-4 梁端傳力桿及抗水平力桿

由於梁柱接頭試體，距離梁端油壓缸之最大行程所能到達之高度仍然 有相當大距離，因此必須設計一傳力桿，將梁上油壓缸所施加之力，傳達 至試體梁端。另由於有本試驗會產生水平力，在梁端傳力桿與油壓缸間裝 置抗水平力桿，將水平力傳至反力框架，以免油壓缸及荷重計受到損壞，

如圖 4.5 所示。

圖 4.5 梁端傳力桿及抗水平力桿裝置

4-1-5 梁端滾支承：

當梁傳力桿施加力量於梁端時，梁會產生變位，導致傳力桿施加於梁 之加載點位置隨之而變，同時加載點的面積也會跟著改變，為改善此現 象，在梁端以一支半圓形鋼棒銲接於鋼板上，並固定於梁傳力桿，以承接 來自梁傳力桿之力量且模擬為滾支承，使得受力現象近似於滾支承，如圖 4.6 所示。另外試驗時，由於試體非完全如理想狀態的直線，斷面也非完 全相同，試體可能在試驗時產生水平方向的側向變位，為避免此現象發 生，於梁端加載點設計一ㄇ字型鋼板套住。

圖 4.6 梁端滾支承裝置

4-1-6 資料蒐集器：

本研究試驗需蒐集溫度及位移兩種，溫度的量測採用本所 YOKOGAWA DA-100，位移的量測採用成功大學土木系的 NEC 7V-14 和工業電腦，可自 動記錄供後續分析及數據整理。

第二節 升溫曲線

建築物之耐火試驗標準國內有中國國家標準 CNS 12514「建築物構造 部分耐火試驗法（Method of Fire Resistance Test for Structural Parts of Buildings ）」，國外有 ASTM（美國材料試驗協會）E119「Standard Tests

Methods for Fire Tests of Buildings Construction and Materials（建 築構造及材料燃火試驗標準試驗法）」、NFPA（美國防火協會）251「Standard Methods of Tests of Fire Endurance of Buildings Construction and Materials（建築構造及材料耐火試驗標準方法）」、BSI（英國標準制定）

476「Fire tests on buildings materials and structures（建築材料 及結構燃火試驗）」、UL（Underwriters Laboratories）263「Fire Tests of Building Construction and Materials（建築構造及材料耐火試驗）」、 ISO（國際基準） 834「Fire-resistance tests-Elements of building construction（基本建築構造耐火試驗法）」、JIS （日本國家標準）A1304

「建築物構造部分耐火試驗法（Method of fire resistance test for structural parts of buildings）」，這些規範所模擬火場之升溫曲線大 致相同，差異甚小，本研究採用 CNS 12514 之曲線，此曲線與 ISO 834 實際上是相同。

CNS 12514 之加熱曲線如下式求得，並如圖 4.7 表示。

T=345log10（8 t +1）+20 式中 T = 平均爐內溫度（℃）

t = 試驗經過時間（分）

圖 4.7 標準加熱溫度－時間曲線

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

溫度(℃)

第三節 梁柱接頭試體製作

本研究共製作 10 根梁柱接頭試體，其中 5 根為普通強度混凝土(NC) 梁 柱接頭，其餘 5 根為自充填混凝土(SCC)，試體製作係依據 ACI 318-05 第 21 章耐震設計規定及內政部所頒布之建築技術規則有關耐震設計規定。

4-3-1 試體尺寸：

本研究梁柱接頭試體擬模擬邊柱火害行為，然受限加熱爐空間的尺寸 及加載設備能力，柱斷面為 35 ㎝×35 ㎝，高度 220 ㎝，主梁斷面 25 ㎝×35

㎝，跨度 125 ㎝，兩端翼梁斷面 25 ㎝×35 ㎝，跨度 42.5 ㎝，柱與梁保護 層厚度均依規範規定為 4 ㎝，柱端板鋼板尺寸為 45 ㎝×45 ㎝×2.5 ㎝，試 體及柱端板尺寸如圖 4.8。

4-3-2 鋼筋：

主筋及箍筋試體配筋如圖 4.9~4.11 所示柱鋼筋比為 2.8﹪，撓曲鋼筋 採用 12－＃6（SD420 竹節鋼筋，fy＝4200kgf/cm²），箍筋為＃4（SD280 竹 節鋼筋，fy＝2800kgf/cm²），圍束區箍筋間距 7 ㎝，非圍束區箍筋間距 9.5

㎝，主梁鋼筋比為 1.8﹪，撓曲鋼筋 6－＃5（SD420 竹節鋼筋，fy＝ 4200kgf/cm²）、壓力筋比 1.18﹪，撓曲鋼筋 4－＃5（SD420 竹節鋼筋，fy

＝4200kgf/cm²），箍筋為＃3（SD280 竹節鋼筋，fy＝2800kgf/cm²），圍束 區箍筋間距 6.5 ㎝，非圍束區箍筋間距 12 ㎝。為了解鋼筋力學性質，各 型號鋼筋均進行拉力試驗，其試驗結果如表 4-1 所示。

4-3-3 熱電耦線配置

為量測試體內部混凝土及鋼筋之溫度，於加熱試體內預先埋設 K－

Type 型式的熱電耦線，其埋設位置為主梁、柱上下端及梁柱接頭內，以量 測試體加熱期間混凝土與鋼筋溫度變化及分佈情形，可提供後續數值分析 及其他相關研究用，如圖 4.12~圖 4.20。

4-3-4 應變計配置

由於應變計無法承受高溫，僅在 2 根未加熱試體內鋼筋黏貼應變計，

量測鋼筋受力情形，其黏貼位置分別於主梁、柱上下端及梁柱接頭之主筋 和箍筋，每根未加熱試體配置 28 個應變計。

4-3-5 混凝土配比

為探討普通強度混凝土與自充填混凝土受高溫影響，其詳細配比內 容，如表 4-2 及 4-3 所示。

4-3-6 試體製作

為與實際鋼筋混凝土結構製作一致及避免泌水和析離現象，造成一面 較為脆弱現象，在加載時保護層較易有整片脫落的可能，本計畫梁柱接頭 試體係先製作試體支撐架以便柱的鋼筋籠垂直組立、梁的鋼筋籠水平組 立，在混凝土澆置時柱為垂直澆置，梁為水平澆置，另實尺寸梁柱接頭要 在高溫加載下作試驗，柱兩端必須設置鋼板以便傳遞載重及做為與加載設 備固定之用，此兩片鋼板必須與柱主筋銲接在一起，鋼板尺寸大於柱斷面 尺寸，故只能先銲一邊，另一端則預留鋼筋孔，等混凝土澆置完成後，鋪 設高強度石膏，再將鋼板套上，用電銲將鋼板和鋼筋銲接牢固，並將銲道 磨平。試體製作流程簡述如後，（1）鋼筋籠組立（2）應變計、熱電耦線 之貼置（3）模板組立（4）混凝土澆置（5）養護及拆模。如圖 4.26~圖 4.25。

由於試驗時軸力加載是依據混凝土強度及評估混凝土火害後強度折減 之需要，因此隨著每批試體的製作，必須製作 15 ㎝直徑、30 ㎝高的圓柱 試體，藉以評估 28 天抗壓強度是否符合要求；在試驗前進行抗壓強度試 驗以做為加載計算依據，及火害後混凝土強度評估（製作圓柱試體時，已 將熱電偶線埋置於圓柱試體中心，如圖 4.26 放入高溫電爐加熱至所需溫

度後待冷卻取出，進行抗壓強度試驗，以獲得其應力-應變關係）。

第四節 試驗方法

本研究包含二大類試驗：（一）梁柱接頭常溫的極限承載試驗（二）

梁柱接頭受火害後的殘餘極限承載試驗，整理如表 4-4 所示。

4-4-1 試驗條件如下：

（1）火害時間： 2 小時。

（2）柱端加載：0.1× fc＇×柱斷面（b×h＝35 ㎝×35 ㎝）（約 70 噸）。

（3）梁端加載：不超過 10 噸。（依據耐震規定之強柱弱梁要求設計 梁端加載）。

（4）探討普通強度混凝土與自充填混凝土受高溫影響。

4-4-2 試體位移量測

本研究為量測加熱及加載時柱的兩端轉角變位、梁柱接頭轉角變位、

柱的水平位移及梁的垂直與水平變位，分別在柱上、下端板裝置各 4 個錶 型測微計，藉以獲得柱頭轉角變位及軸向變位，在柱上端、接頭區、下端 裝置 4 個錶型測微計，以獲得柱的水平位移，在主梁裝置 2 個線性差動儀

（LVDT）及 1 個錶型測微計，以量取垂直變位，在主梁端水平方向裝置 1 個線性差動儀，以量取水平變位，在兩側翼梁分別裝置 2 個錶型測微計，

以觀測翼梁的轉角變化，如圖 4.27 所示。

4-4-3 梁柱接頭常溫的極限承載預備試驗

本研究使用本所防火實驗中心 100 噸反力框架及加載設備，由於該框

本研究使用本所防火實驗中心 100 噸反力框架及加載設備，由於該框