緒論

第一章 緒論

第一節 研究緣起與背景

近年來，國內民生需求和人民生活水準不斷提昇，都會區的擴展與 住宅區的形成非常快速，對於嚴重影響社區公共安全和個人身家財產的 建築防火議題顯得日愈重要，也受到政府與民間的高度重視。因此，貴 所多年來一直著力於推動建築防火研究，期盼建築防火研究成果能落實 於火災預防與提昇滅火效能，進而促進台灣社會安全。

火災設計是對於火災歷程進行工程描述，例如：熱釋放率、火災成 長率、空間產物、產物生成率、或是其他能被量測或計算之參數。典型 的火災成長曲線或火災設計曲線能看出熱釋放率。整個火災設計過程包 括成長期(Growth Phase)、最大熱釋放率、穩定燃燒期(Steady State Phase) 與衰退期(Decay Phase)。而火災歷程的考量必須考慮許多因素，包括(1) 起火前的情況(Pre-fire Situation)：建築物、區劃、環境；(2)引火源(Ignition Sources)：溫度、能量、接觸潛在燃料的面積和時間；(3)起火物(Initial Fuels)：狀態、表面積與質量比、熱釋放率(Heat Release Rate)；(4)補充可 燃物(Secondary Fuels)：數量、分佈；(5)擴大可能性(Extension Potential)：

區劃、結構、面積；(6)人員狀態(Occupant Condition)：警戒(Alert)、熟睡、

行 動 自 由 者 (Self-mobile) 、 殘 障 者 (Disabled) 、 嬰 兒 (Infant) 、 年 長 者 (Elderly)；(7)關鍵因素(Critical Factors)：通風(窗戶或門)、環境、作業形 態。

此外，有關目前規範所採用之結構火害實驗，僅針對單一構件(例如：

梁、柱…等)在標準升溫曲線下受火害的耐火性能進行試驗與評估，對於 較複雜的建築物與火災情境，此種實驗方法往往難以提供整體建築物受

火災的狀況，因為，這些單一構件在實際鋼結構建築中與其他構件相連 接，其真實的邊界條件所造成之影響難以在單一構件層級的結構火害實 驗中顯現，因此利用實尺寸構造屋來進行火害實驗，瞭解各構件在實際 建築結構中的火害行為，實有其必要性。

台灣位處環太平洋地震帶，自西元 1736 年迄今，平均 15~20 年發生 一次劇災型地震。二十世紀當中，平均每年因地震死亡人數超過 70 人，

年經濟損失亦超過 300 億元，災害規模遠高於以農業損失為主的颱洪損 失，而甫於 2011 年 3 月 11 日，同處於環太平洋地震帶的鄰國日本發生 地震引致之海嘯，造成非常嚴重之災情及損害，且亦常伴隨火災之災情。

對於此類複合式災害後建築之復建，往往需要快速之評估機制，以了解 臨時救災或收容中心建築之可堪用程度，以降低後續餘震之二次災損。

因此對於火災後鋼構造建築物之耐震能力評估之相關研究亟需進行，藉 由系統識別技術之應用，將可開展相關評估參數之識別研究。

過去的防火規定，多為仰賴經驗及判斷所匯集的教訓而成，缺乏工 學的方法理論。例如對耐火建築物的建材，依用途、防火區域及規模，

訂立了一定要求的耐火時間，只能從經認可的耐火構造中選擇工法。世 界各國建築物結構耐火性能法規訂定的目的為『滿足防火安全之需要，

進一步防止火災時建築物延燒的擴大與倒塌，確保人命的安全、財物的 保護及災後的持續使用』(丁育群,1998；丁育群及王鵬智,1999)，至於建 築物結構防火性能及評估方法則有所差異，其中日本「耐火性能檢證法 之解說及計算例及其解說」(2001)，就新修正建築基準法在設計階段即將 耐火性能列入考慮以減低火災外力並建立抗高溫的穩定結構。設計階段 準確的耐火性能驗證端賴翔實且足夠的防火安全設計方法，而此設計方 法的理論基礎可來自實尺寸火場實驗搭配相關構件實驗或是數值模擬結 果。

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第二節 研究目的

透過火場實驗數據的比對與驗證，吾人可以有系統地瞭解實際建築物 受到火災侵襲時的反應與變化，然而，目前規範所採用之結構火害實驗，

僅針對單一構件在標準升溫曲線下受火害的耐火性能進行試驗與評估，

對於較複雜的建築物與火災情境，此種實驗方法往往難以提供整體建築 物受火災的狀況。同時，火災會因為起火方式、延燒速度、延燒模式的 不同，使得火災熱流場之溫度分佈有相當大的差異，因此對建築物構造 亦有不同程度的傷害，而建築構件如柱、梁也會因為所在位置之不同以 及與樓板、隔間牆的相對位置，使得構件遭受一面乃至於多面之高溫暴 露，結構體內部產生不均勻溫度分佈，此種特別的熱應力條件將使得建 築物火害後的結構強度呈現非均勻性的變化，對於火害後建築物結構安 全之影響甚大。因此，最佳的火害評估方式應該是在實際火災場景的情 況下，利用實尺寸構架屋進行火災實驗來加以驗證，而此為本計畫之主 要目的，而本研究計畫之具體研究目的可歸納如下:

(1) 研析目標空間，並據以發展實尺寸鋼構造實驗屋之基本設計與細部設 計。

(2) 協商興建實尺寸鋼構造實驗屋之相關前置作業，包含材料取得、用地 運用、雜項執照申請等。

(3) 依據現行鋼構耐震規範與防火規定，建構構架屋基本結構數值分析模 型。

(4) 綜整鋼構造實驗屋可進行之火害行為研究課題。

第三節 研究步驟流程

圖 1-1 研究流程

對「實尺寸鋼構造實驗屋」之擬設 場址進行研究與調查

依照本國建築與消防法規設計 規劃「實尺寸鋼構造實驗屋」

研析現有相關建築與消防法規，擬 定可進行實質驗證之規定與條文

蒐集國內外建築居室火災實驗 相關之文獻資料

「實尺寸鋼構造實驗屋」

構造方式與用途空間別之選定

「實尺寸鋼構造實驗屋」火災 實驗相關研究軸線之定調

開展「實尺寸鋼構造實驗屋」

火災實驗有關之研究課題