第三章 試驗工作
第二節 試體設計
就 CFBC 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 CFBC 試體尺寸。CFBC 試體之斷面 配置參數如圖 3-1 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）。
圖 3-1 填充混凝土箱型鋼柱試體之斷面配置參數
（資料來源：本研究整理）
本研究所規劃內灌自充填混凝土箱型鋼柱試體分為控制組與實驗組，控制 組試體於常溫下加載，以取得其極限載重；實驗組在施予固定載重比的軸向壓 力後，隨即對試體進行升溫來模擬遭受火害的情況。原則上，透過相關設計與 控制，使試體不致在高溫發生破壞，待試體冷卻至常溫後，再對試體進行加載 試驗，藉以研究內含自充填混凝土箱型鋼柱於火害後之殘餘承載力。有關試體 之系列、編號、火害設計荷重等級、火害溫度等資訊，如表 3-1 所示。其中，
鋼板採用 SN 490B 等級之鋼材，為目前市面上較普遍使用之鋼材。SRC 柱中 所填充之混凝土強度則選用屬中高強度之 420 kgf/cm2，因為目前市面上採內 灌自充填混凝土之箱型鋼柱，多半傾向使用高強度混凝土(越高越好)，但強度 太高，其自充填能力有限施工不易，故選用屬中高強度之 420 kgf/cm2自充填 混凝土，應該為未來市場上較可接受之等級。表 3-1 中兩組柱試體之尺寸皆相 同，其斷面尺寸定為 400mm×400mm，均採用厚度為 12 mm 之鋼板，如圖 3-2 所示。其選用標準係參考 Eurocode 4（BS EN 1994-1-2:2005）規範。此規範為 知名的鋼骨鋼筋混凝土複合構造規範，其 Part 1-2 提供完善的結構防火設計規 定，如表列數據方法、簡化計算方法及高等計算方法。因此，本研究案乃參酌 其表列數據，選用偏保守面之數據規劃填充型 SRC 箱型柱試體尺寸。希望藉 由保守面之試驗數據及試驗結果，以探討內灌混凝土 SRC 柱之火害後性能。
實驗組柱試體共四支，A1 試體為控制組僅做常溫試驗，B1、B2 及 B3 試體則 做火害後之殘餘承載力試驗。柱身鋼板採用 SN 490B 等級之鋼材，其鐵金屬 以外之成分如表 3-2 所示，其力學性質如表 3-3 所示。竹節鋼筋方面，其力學 性質如表 3-4 所示。實驗組火害設計荷重等級 0.28，係參考國內一般中高樓層
結構物結構設計裡面，結構物總重量除以結構物柱總斷面積之數值而來，即柱 全發展階段之火場溫度可達 700℃-1200℃間。由以上數據論之，在有披覆之鋼 骨鋼筋混凝土複合構造中，一般火災中，其內部鋼材之火害溫度超越 800℃之 機會不大。故本研究選用火害溫度設定為內部鋼材之平均溫度 400℃、600℃
及 800℃。
(a) 控制組 (b) 實驗組
表 3-4 竹節鋼筋之力學性質
鋼筋號 數
降伏強度 N/mm2
抗拉強度 N/mm2
伸長率 (%)
彈性模數 N/mm2
#3 370 540 28 191942
#6 474 693 21 206561
（資料來源：本研究整理）
至於柱試體之長度，則為 3000 mm，如圖 3-3 所示。兩組箱型柱試體採全 滲透銲方式組立，也就是以全滲透開槽銲接組成之箱型柱，採用符合 AWS A5.5E7016-A1 之低氫系耐熱鋼電銲條以潛伏銲方式銲接（SAW）四個柱角隅，
如圖 3-4 所示。兩組柱試體內部均銲接剪力釘（圖 3-4），俾與內部填充之混凝 土產生複合作用。試體上部端板尺寸及加勁板，如圖 3-5 所示；試體下端組立 基座底板尺寸及加勁板，如圖 3-6 所示。
圖 3-3 箱型鋼柱設計圖
（資料來源：本研究整理）
圖 3-4 箱型鋼柱之組銲及剪力釘詳圖
（資料來源：本研究整理）
A-A 斷面圖
(a) 上部加勁板 (b) 上部端板尺寸 圖 3-5 箱型鋼柱上部端板尺寸及加勁板
（資料來源：本研究整理）
B-B 斷面圖
(a) 下部加勁板 (b) 下部端板尺寸 圖 3-6 箱型鋼柱下部端板尺寸及加勁板
（資料來源：本研究整理）
另方面，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。在上端板預留一直徑 150 mm 之灌漿 口，為避免灌漿時損害熱偶線，故將其設為偏心。