第三章 研究方法及試驗工作
第三節 試體設計
為探討鋼管混凝土柱於不同火害設計荷重等級下的耐火時效，製作四實尺寸混凝 土填充方型鋼管柱試體，並填充相同強度之混凝土。四支實尺寸試體將分別置入高溫 實驗爐中進行定載升溫之火害實驗，並參酌現行 Eurocode 4 規範中柱構件的火害設計 荷重等級（ηfi,t），先對其施加不同的載重比（即≤0.28、≤0.47 及≤0.66），再依標準升 溫曲線加熱至設定的實驗終止條件，以測析柱試體的火害行為及其差異。
就混凝土填充方型鋼管柱或箱型柱而言，其柱板淨寬及厚度之寬厚比與其力學行 為密切相關。基本上，柱板寬厚比愈大，柱板愈容易挫屈，混凝土的圍束也較差，柱 之強度與韌性也會受到很大的影響。本研究參酌 Eurocode 4 所提供填充型 SRC 柱之斷 面尺寸要求及其耐火時效表列數據，以規劃混凝土填充方型鋼管柱試體尺寸。所規劃 混凝土填充方型鋼管柱試體分為兩種，一為方型鋼管柱僅填充混凝土試體（圖 3-5(a)）， 另一為方型鋼管柱內配置縱向竹節鋼筋並填充混凝土試體（圖 3-5(b)）。混凝土填充
方型鋼管柱試體之斷面配置參數如圖 3-6 所示，其最小斷面尺寸（b 及 h）、最小鋼筋 比（AS/(AS+AC)，AS=鋼筋面積；AC=混凝土面積）、最小鋼筋軸距（us，鋼筋中心至鋼 板內側之距離）之配置將依 Eurocode 4 規定（b 及 h）。
(a) 柱內僅填充混凝土 (b) 柱內配置鋼筋並填充混凝土
圖 3-5 混凝土填充方型鋼管柱試體種類
（資料來源：本研究整理）
圖 3-6 混凝土填充方型鋼管柱試體之斷面配置參數
（資料來源：本研究整理）
囿於有限的經費，本研究僅規劃製作 A 與 B 兩系列方型鋼管柱試體。A 系列柱試 體共兩支，只填充混凝土；B 系列柱試體共兩支，除填充混凝土外，亦配置縱向竹節
鋼筋及橫向箍筋。有關試體之系列、編號、火害設計荷重等級、最小鋼筋比、最小鋼 筋軸距及使用材料等資訊，如表 3-4所示。其中，鋼管採用 STKR 400 等級之鋼材，
其鐵金屬以外之成分如表 3-5所示，其力學性質如表 3-6所示；SRC 柱中所填充之混 凝土強度為 420 kgf/cm2。兩系列柱試體之尺寸皆相同，其斷面尺寸為 400mm×400mm，
均採用厚度為 9 mm 之方型鋼管，如圖 3-7所示。B 系列柱試體配置縱向竹節鋼筋（其
表 3-6 STKR 400 方形鋼管之力學性質
類別符號
抗拉強度 降伏點或降伏強度 伸長率(%) N/mm2 (kgf/cm2) N/mm2 (kgf/cm2) 5 號試片 STKR 400 400 以上
(4080 以上)
245 以上
(2499 以上) 23 以上
（資料來源：本研究整理）
(a) 柱內僅填充混凝土 (b) 柱內配置鋼筋並填充混凝土
圖 3-7 混凝土填充方型鋼管柱試體剖面與尺寸
（資料來源：本研究整理）
圖 3-8 B 系列柱試體之縱向竹節鋼筋及橫向箍筋配置
（資料來源：本研究整理）
圖 3-9 混凝土填充方型鋼管柱試體設計圖
（資料來源：本研究整理）
試體上部端板尺寸及加勁板，如圖 3-10所示；試體下端組立基座底板尺寸及加勁 板，如圖 3-11所示。柱鋼板上預設直徑 20 mm 的小孔，其目的為使內部混凝土於養護 時更容易使水分自試體內蒸發，以避免未來試體於高溫加熱期間產生爆裂的危險。另 外，於柱試體再設計兩處熱電偶線孔，方便柱試體內部測點之熱電偶線能順利接上爐 外的溫度資料擷取器上。另方面，上端板預留一直徑 150 mm 之灌漿口，為避免灌漿 時損害熱偶線，故將其設為偏心。
(a) 試體上部端板尺寸
(b) 試體上部端板加勁
(c) 試體上部加勁板
圖 3-10 混凝土填充方型鋼管柱試體上部端板及加勁板設計圖
（資料來源：本研究整理）
(a) 試體下部端板尺寸
(b) 試體下部端板加勁
(c) 試體下部加勁板