第三章 束制構件防火試驗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
第三節 試驗規劃與試驗步驟‧‧‧‧‧‧
本研究火害實驗依據CNS12514相關規定進行，試驗步驟如下：
試驗開始前準備事項
1. 室內溫度須介於10-40℃範圍內，且爐內溫度須小於50℃。
2. 試體載重至少須在試驗開時前15分鐘加載至試體，並保持加載不變質 至變形不再增加。
3. 試驗開始前5分鐘內，所有熱電偶之初始值須持續記錄並檢查一致性，
試體之變形量及其他狀態亦須記錄。
耐火試驗過程
1. 試驗開始之際，試體之初始平均溫度和非加熱面溫度須與初始室內 溫度相差 5℃範圍內。
2. 高溫實驗爐依照 CNS 12514 溫升曲線加熱，並透過所埋設的熱偶計 監測柱試體的溫度，以瞭解柱試體內外之溫差。
3. 在試驗過程中保持加載不變，且當試體發生進一步變形時，加載系 統應有及時反應之能力，以保持穩定之加載值。
4. 爐內溫度與試體溫度之熱電偶測點，應每隔不超過 1 分鐘量測一次，
本研究實驗每分鐘量測 6 次。
5. 試體在整個試驗中之變形須每隔 1 分鐘量測一次，本研究實驗每分 鐘量測 6 次，變形速率依上述量測值加以計算。對於水平承重試體，
應量測預期發生最大變形量為至之撓曲度及撓曲速率。
6. 試驗結束後，須觀察試體之變形模式並詳實記錄之。
試驗終止條件
1. 試體達到性能基準，或試驗時間已達預定時間。
2. 因人員安全或設備可能遭受破壞之因素。
水平承重構造性能基準，最大撓曲度：D = L2/400d (mm)，最大撓曲速率：
dD/dt = L2/9000d (mm/min)，其中L為試體淨跨度，d為斷面受壓最外緣至受拉 最外緣之距離。本研究試體長度為 4000 mm，依上述之性能標準，試體最大撓 曲度為100 (mm)，最大撓曲速率為4.44 (mm/min)。
試體C：
實驗開始之室溫約 30.3℃，試體各測點平均溫度為 30.6℃，試體破壞前加 溫爐內平均溫度與 CNS 標準升溫曲線如圖 3-10 所示，試體爐內溫度曲線如圖 3-11 所示，鋼梁撓曲變形與時間關係如圖 3-12 所示，鋼梁軸向伸長量與時間關 係如圖 3-13 所示，試體各斷面溫度測點與時間關係如圖 3-14 至圖 3-20 所示。
實驗開始後，鋼梁隨溫度升高伸長量增加，但鋼梁中點垂直位移並未明顯 增加。實驗進行 15 分鐘後，鋼梁垂直位移開始增加，此時爐內溫度約 740℃，
實驗進行 20 分鐘後，鋼梁軸向伸長量達到最大值 32mm，此時爐內溫度約 778
℃，鋼梁中點腹板溫度約為 720℃。
實驗進行 28 分鐘後，鋼梁軸向變形量減緩，約為 24mm，試體垂直位移速 率逐漸增加，實驗進行 56 分鐘，垂直位移與速率達到 CNS12514 規定之性能基 準，此時爐內溫度約 935℃，實驗進行至 57 分鐘加溫爐熄火，開始降溫並持續 紀錄爐內溫度、試體各測點溫度及變形量。
降溫 10 分鐘後，鋼梁中點垂直位移達到最大值 132mm 後，便不再增加，
此時爐內溫度為 470℃。降溫 15 分鐘後，鋼梁軸向變形減少，降溫 23 分鐘後，
軸向變形量為 19mm。
待試體冷卻後觀察，梁柱接頭銲道、螺栓及剪力板皆無破壞，但腹板及下 翼板皆有局部挫屈，如圖 3-21 所示。
圖 3-10 試體 C 爐內升溫曲線
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnance CNS 12514
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1
Furnace Average Temperature 57 min
57 min
圖 3-12 試體 C 撓曲變形圖
圖 3-13 試體 C 鋼梁軸向變形圖
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780
Time (min) 140
Deflection (mm)
Gra d1 d2 d3
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780
Time (min) -20
0 20 40 60
Axial desplacement (mm)
Graph 1 d4+d5 d4 d5 57 min
圖 3-14 試體 C 斷面 A 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace A1 A3 A4
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace B1 B2 B3 B4
圖 3-16 試體 C 斷面 C 測溫點溫度圖
圖 3-17 試體 C 斷面 D 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace
圖 3-18 試體 C 斷面 E 測溫點溫度圖
圖 3-19 試體 C 斷面 G 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace E1 E3 E4
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace G1 G2
圖 3-20 試體 C 斷面 I 測溫點溫度圖
圖 3-21 試體 C 鋼梁局部挫屈
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace I1 G2
試體C-U：
實驗開始之室溫約 30.8℃，試體各測點平均溫度為 30.4℃，試體破壞前加 溫爐內平均溫度與 CNS 標準升溫曲線如圖 3-22 所示，試體爐內溫度曲線如圖 3-23 所示，鋼梁撓曲變形與時間關係如圖 3-24 所示，鋼梁軸向伸長量與時間關 係如圖 3-25 所示，試體各斷面溫度測點與時間關係如圖 3-26 至圖 3-24 所示。
實驗開始後，鋼梁隨溫度升高伸長量增加，但鋼梁中點垂直位移並未明顯 增加。實驗進行 16 分鐘後，鋼梁垂直位移開始增加，此時爐內溫度約 744℃，
實驗進行 40 分鐘後，試體垂直位移速率逐漸增加，實驗進行 51 分鐘，垂 直位移達到 CNS12514 規定之性能基準 100 mm，但速率未達，實驗進行至 57 分鐘，速率達 CNS12514 規定之性能基準 4.4 mm/min，加溫爐熄火，開始降溫 並持續紀錄爐內溫度、試體各測點溫度及變形量，此時爐內溫度約 922℃，鋼 梁中點腹板溫度約為 836℃。
降溫 12 分鐘後，鋼梁中點垂直位移達到 150.6mm 後，增加趨緩，此時爐 內溫度為 475℃。降溫 62 分鐘後，鋼梁中點垂直位移達到最大值 155.3mm，就 維持不變至實驗結束。
待試體冷卻後觀察，梁柱接頭銲道、螺栓及剪力板皆無破壞，但腹板及下 翼板皆有稍微局部挫屈，但鋼柱彎曲，接頭變形情形如圖 3-34 所示。
圖 3-22 試體 C-U 爐內升溫曲線
圖 3-23 試體 C-U 爐內溫度曲線
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1
Furnace Average Temperature CNS 12514
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 Time (min)
0
Temperature (oC)
Graph 1
Furnace Average Temperature 58 min
58 min
圖 3-24 試體 C-U 撓曲變形圖
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 Time (min)
160
Deflection (mm)
Graph 1
1
Deflection (mm)
Graph 1
58 min
圖 3-26 試體 C-U 斷面 A 測溫點溫度圖
圖 3-27 試體 C-U 斷面 B 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace B1 B2 B3 B4
圖 3-28 試體 C-U 斷面 C 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1Furnace D1
圖 3-30 試體 C-U 斷面 E 測溫點溫度圖
圖 3-31 試體 C-U 斷面 F 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace F1 F2
圖 3-32 試體 C-U 斷面 G 測溫點溫度圖
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace G1 G2
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace H1 H2
圖 3-34 試體 C-U 斷面 J 測溫點溫度圖
圖 3-34 試體 C-U 梁柱接頭變形情形
0 10 20 30 40 50 60
Time (min) 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperature (oC)
Graph 1 Furnace J1 J2
第四章 結論與建議
第一節 結論本研究初步結論如下：
1. 束制鋼梁因靜不定度大，較簡支梁有更好耐火性，因鋼梁在升溫時期，
撓度增加，梁內軸力由壓力轉為拉力，產生懸鏈線效應，變形減緩之故。
2. 鄰近構件對鋼梁的束制於鋼梁受高溫時的軸力影響大，且樓版載重比越 小，耐火性越好，此二因素皆為影響耐火性能之重要參數。
3. 實驗結果顯示，依據規範設計的彎矩接頭，在高溫下可有效的達到塑鉸 行為，而無銲道、螺栓與剪力板的破壞。
4. 柱的勁度對於梁破壞影響大，如試體 C 鋼柱因有防火棉保護，勁度較 大，限制鋼梁溫度上升伸長，因此梁柱接頭挫屈情形較為明顯。
第四章 結論與建議
附錄一 試體設計圖
附錄一 試體設計圖
附錄二 實驗加載計算
附錄二 實驗加載計算
本研究實驗試體鋼梁斷面尺寸(H×B×tw×tf)為 300×150×6.5×9，梁長度為 4m。
假設試體為簡支梁，鋼梁降伏強度(Fy)為 3.5tf/cm2。試體強度參考鋼結構容許 應力設計法之計算如下：
Max = fbx1 × Sx = 1.15 × 481 = 553.15 tf．cm (載重比為 0.6)
一般梁於使用狀態下，載重比約為 0.1 至 0.2 左右，本實驗為求保守取載重比為 0.3。
Mu = 0.3 × 553.15 = 165.95 tf．cm
4. 容許載重
Pa = wa × 400 = 3.32 tf
P = Pa – (2.4 × 0.7 × 0.12 + 0.0367) × 4 = 2.37 tf 故總共需施加 2.37 tf 之載重塊
附錄三 期初審查意見會議紀錄
附錄三 期初審查意見會議紀錄
內政部建築研究所 104 年度第 4 次研究業務協調會議紀錄
2. 請蒐集日本高齡社會相關研究內容，以瞭解其介護保險
之專家及本所同仁召開座談會，廣泛徵詢相關意見，以 確認實驗得以順利進行；若計畫不具可行性亦應及時停 辦，並轉向其他研究課題。
（五）「以 Multi-Hazards 的概念探討耐震與耐風設計」案：
1. 本研究如能對地震以及風力在性能要求上訂出一致的 評估標準，則將會有不錯的成果。
2. 建築結構的設計在耐震上以確保安全為優先考量，抗風 則著重舒適性，兩者基本要求不同。若以 Multi-Hazards 的概念進行評估，如有其中一項能力未能符合，要如何
附錄四 期中審查意見會議紀錄
附錄四 期中審查意見會議紀錄
本所 104 年度自行研究「箱型鋼管混凝土柱偏心載重
方教授一匡：
1. 本期試體只有兩支，不易進行全面性探討，建議 在試體結果討論時，針對前期(100-103 年科技計 畫)相關試驗成果，尋求可補充原有結果不足之處，
1. 報告書第 35 頁，圖 3-10，有關試體側向位移量測
壞時之安全處置。 SCC2-SC 試體，再次進行耐火試驗，工作量多不 容易做。目前本研究整理出 SCC1 及 SCC2 火害 試驗之結果，SCC1-SC 及 SCC2-SC 仍待完成試 驗。
整之事項，建請討論。
中華民國土木技師公會聯合會 林技師增吉（書面意
在試驗結果的討論中，強調雙方研究重點之同異
熱之影響，以反應實際受熱條件。
參考書目
中文部分：
中華民國鋼結構協會，2008，「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構容許 應力設計法規範及解說」，2007 年 6 月。
中華民國鋼結構協會，2008，「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構極限 設計法規範及解說」，2007 年 6 月。
陳生金，「鋼結構行為與設計」，科技圖書股份有限公司，台北市，2009 年 1 月。
郭士雄(2006)，「約束鋼梁在升溫段和降溫段的反應及梁柱節點的破壞研究」， 同濟大學博士學位論文。
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參考書目
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American Institute of Steel Construction (AISC) (2005), “Specification for structural steel buildings.” Chicago.
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