第三章 鋼結構防火被覆耐火性能之評估方式
第二節 美國 UL 之評估模式
本研究參考Underwriters Laboratories lnc.（UL）2007 年版「Fire Resistance Directory」19之內容，整理耐火性能之評估方式。
一、概述
UL 所涵蓋之防火時效是以 ANSI／UL 263（ASTM E 119 與 NFPA 251）「建築構造及材料之耐火試驗」為試驗基礎和可接受準則。「時效」是 以小時表示，並且適用於樓板平頂、屋頂平頂、梁、柱、牆和隔間牆。
試驗之平均爐溫是以5 分鐘達到 1000℉（538℃），15 分鐘達到 1400℉
（760℃），30 分鐘達到 1550℉（843℃），60 分鐘達到 1700℉（927℃），
120 分鐘達到 1850℉（1010℃），180 分鐘達到 1925℉（1052℃），240 分 鐘達到2000℉（1093℃）所導出。當測試件符合合格的準則，在給委託試驗 者的報告中會包含測試件的詳細敘述、耐火試驗的性能，以及其他例如材料 規範、分類範圍、替代的組裝等詳細資料。
設計編號是以字母數字的組合定義測試件。字首英文字母定義構造類 別，第一個數字表示防火被覆之型式，其他的數字則定義此一特定設計。詳 細的編碼系統詳表 3-8 所示。
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表 3-8 組合體防火等級之編碼系統
防護的類型
隔板式防護 直接防護 無防護
構造類別 000-099 100-199 200-299 300-399 400-499 500-599 600-699 700-899 900-999
樓地板-天花板
SFRM+ 表示噴附式防火被覆材料（Spray - applied Fire Resistive Materials）。
（資料來源：文獻 19）
ANSI／UL 263 需要進行載重試驗，以決定設計的限制條件。可 以工作應力設計法（Working Stress Design Method）或 Limit States Design Method 設計施加的載重。ANSI／UL263 容許試驗施加之載重 小於以限制條件所決定之最大容許載重。稱為「限制載重條件」
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（Restricted Load Condtition）。最大載重百分比與最大應力之百分 比，可依結構設計準則依限制載重條件而定。
2. 室內與室外使用
一般而言，防火設計與UL 分類的材料都是考慮限於室內使用。
除非是專為室外設計，材料分類資訊上註明「室外用」或明顯用於屋 頂或牆面包覆金屬板的外牆。
3. 被覆材料
被覆材料（Coating materials ）包含（1）噴附式防火被覆材料 (Spray-applied Fire-resistive Materials，SFRM)和（2）膠泥與膨脹型塗 料(Mastic and Intumescent Coatings)。施作防火被覆材料之表面必須無 粉塵、油漬和浮銹。
噴附式防火被覆材料通常包含一種或多種黏著材、粒料和纖維。
與水拌合成糊狀，經由輸送軟管至噴頭處，在噴頭處以壓縮空氣噴出 形成一個防火層。或者以低壓輸送至噴頭處，在噴頭處與水霧混合噴 附形成防火層。
膠泥與膨脹型塗料通常在工廠混合後，以指定的設計直接噴塗或 刷塗於建築結構。用於室外的情況，須依照ANSI／UL 263 對室外用 途進行下列標準環境的研究。老化、高濕度、二氧化碳與二氧化硫混 合氣體、紫外線、鹽霧、以及乾濕冷凍循環。用於室外者，須依照 ANSI／UL 263 對室內用途進行下列標準環境的研究。老化、高濕度、
紫外線。
除非設計上有特殊規定，在下列情況的寬翼緣型鋼、鋼管柱或筒 形鋼，噴附式防火被覆材料可以直接噴附於底層或漆落面：
（A）梁翼緣寬不超過 12 英吋；（B）柱翼緣寬不超過 16 英吋；（C）
梁或柱腹板不超過 16 英吋；（D）鋼管外徑或筒形鋼的寬不超過 12 英吋；（E）依據 ASTM E736「用於結構構件防火被覆材料凝聚力/
附著力之標準試驗法」所做之黏著試驗，與噴附在1/8 吋鋼板厚之黏 著強度相比較，試驗結果的最小平均黏著強度達到 80%，且最小個 別黏著強度達到 50%者。決定平均和最小黏著強度值是依據 ASTM E736 至少 5 次的黏著力試驗結果。如果上述（A）、（B）、（C）、（D）
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的條件沒有達成，則必須使用機械式黏著。機械式黏著可以用鐵絲網
（最輕不可低於1.7 lb/yard2）用機械包覆翼緣、腹板、或鋼管的表面，
或用焊接、螺栓固定。
噴附式防火被覆材料設計之指定厚度，依據ASTM E605「用於 結構桿件防火被覆材料厚度與密度之標準試驗法」，考慮個別厚度讀 數的最小平均厚度。個別量測的厚度，如果比設計厚度所指定少1/4 英吋或更多，則應紀錄為設計厚度加1/4 英吋。設計厚度如果大於 1 吋或更多，則最小容許個別厚度必須少1/4 吋，設計厚度如果小於 1 吋，則個別最小容許厚度可為設計厚度少 25%。測量梁／柱噴附防 火被覆材料之厚度，是以12 吋內之間距，圍繞兩側斷面讀數之平均 值，即為平均厚度。
膠泥與膨脹型塗料一般需塗佈在底漆表面，考慮最小平均厚度，
厚 度 值 之 量 測 可 依 ，Association of Wall and Ceiling Industries
（AWCI）出版之技術手冊 12-B「薄膜塗料試驗與檢驗之標準」：解 說指引。噴塗之平均厚度不應超過公告個別設計的最大厚度，而且個 別厚度量測值不小於指定設計厚度的80%。
三、梁
依ANSI／UL 263 提供接受的條件有束制梁的時效與非束制梁時效。在 同一時效準則下，非束制梁所需之防護厚度一般會較束制梁所需厚度為厚。
非束制梁的時效可用於束制或非束制條件的設計，但束制梁的時效僅可用於 束制梁的條件。ANSI／UL 263 提供梁兩種試驗組合體的型式。第一種試驗 組合體包含梁支撐一座完整代表性的樓板或屋頂板的構造。這類試驗的結果 包括（1）束制組合體的時效；（2）非束制組合體的時效；（3）非束制梁的 時效。此試體無法獲得束制梁的時效。另一種試驗組合體包含一座部分代表 性的樓板與屋頂構造。試驗結果包括（1）束制梁時效（2）非束制梁時效。
此試驗無法獲得樓板或屋頂組合的時效。
以防火目的而言，以最小梁尺寸的W／D 值表示。W 係指梁每一呎長的 重量，而D 表示防火被覆材料和鋼斷面界面的周長。對同樣型態，並且依防 火設計指定梁有較大的W／D 的梁，在設計上都可以使用。W／D 值是以 AISI
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出版的為主，在2001 年此一方法計算熱軌型平板部份的週常會大於假設為直 角的交界面，例如 W8×28 斷面的 W／D 值從 0.80 變更為 0.819。
在A700、A800、A900、D700、D800、D900、G700、G800、J700、J800、
J900、N700、N800、P700、P800、P900、S700 和 S800 系列之設計具有相同 形狀的梁，設計為 1、1-1/2、2、3、4 小時束制與非束制梁防火時效的噴附 式防火被覆材的厚度，可以用替代斷面鋼梁替代已知之設計，調整之公式如 下：
其中，T：係指噴附式防火被覆材的厚度 W：梁的重量（lb/ft）
D：防護的周長（in），係指防火被覆材料與鋼材可能發生熱傳之 界面。
下標 1：表示替代梁尺寸與需要之噴附厚度。
下標 2：表示已知的梁尺寸與個別設計之噴附厚度。
而且，1) W／D 值不可小於 0.37。
2) T1值不可小於3/8 吋。
3)非束制與束制梁的防火時效不小於 1 小時。
以上可以用於束制和非束制梁應用噴附式防火被覆材厚度的調整；但不 適於膠泥和膨脹型塗料。
四、柱
最小尺寸和型態規定在X 和 Y 系列設計中。相同防火時效，同樣型態的 指定柱斷面，可代替相等或較大W／D 的斷面。與梁相似，熱軋斷面平板周 長的計算較假設腹板與翼緣直角介面者為大，因此以W 10×49 斷面之 W／D 值，從0.83 變更為 0.84。
在X700、X800、Y700 系列之設計，小於指定設計之寬型翼緣鋼的需要 噴附厚度，可以下列式子計算之：
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其中，X2表示較小寬型斷面之噴附厚度。
X1表示應用已評定鋼材斷面之噴附厚度。
W2：表示較小寬型斷面的每呎重量。
W1：表示已評定鋼材斷面的每呎重量。
D2：表示較小鋼材斷面與被覆材料界面的周長。
D1：表示已評定鋼材斷面與被覆材料界面的周長。