鋼梁與鋼構架耐火實驗

Fu為剪力釘之標稱抗拉強度

圖 2-2 鋼承板與剪力釘之規定

(資料來源：鋼結構容許應力設計法規範及解說)

第三節 鋼梁與鋼構架耐火實驗

壹、 鋼梁耐火實驗

趙文成等人(2009)探討鋼梁構造以不同性能基準判定耐火性能。根據 CNS 12514-1 之規定，進行梁構件載重試驗時，以最大變形量及最大變形速率判定耐 火性能，無載重試驗則以試體平均溫度及最高溫度判定耐火性能。根據實驗及有 限元素分析結果顯示，採用加載試驗對含樓版之試體能達 1 小時之防火時效，而 無加載試體則未能達到 1 小時之防火時效。防火被覆越厚則試體受火害時溫度上 升越慢，可以有效的提升防火時效。有限元素分析結合熱傳分析以及非線性應力 分析，能夠準確的模擬單獨鋼梁於火害行為下之實驗結果。

貳、 鋼構架耐火實驗

鋼構架中鋼梁與單獨鋼梁受火害行為不同，鋼構架中鋼梁受兩側柱束制，其 火害行為複雜。對於鋼構架受火害之相關研究文獻主要以實驗及有限元素分析方

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法進行研究，重要相關研究成果如下所示。

Liu 等人(2002)以實驗方法研究束制鋼梁構件於火害下之行為，探討梁柱接 頭形式、軸向束制強度以及載重比對於耐火性能之影響。試體受火梁淨跨距 2 m，兩端以端板或剪力板與柱接合。試驗採用兩點加載形式，梁柱接頭與柱皆以 防火棉包覆，僅受火梁受火害，如圖 2-3 所示。研究結果顯示，束制條件下之鋼 梁較簡支梁，有更好之耐火性能；梁柱以端版連接相較於剪力板之耐火性能更 佳。而載重比越小則耐火性能越好，因此梁柱接頭形式及載重比皆為影響耐火性 能之重要參數。

圖 2-3 Liu 等人(2002)試驗設置圖

(資料來源：Liu 等人 2002)

郭士雄(2006)進行兩組受束制鋼梁於火害下之實驗，並且建立束制鋼梁簡化 分析模型，藉由分析模型可以估算鋼梁於升溫及降溫階段之行為模式。試體為一 跨一層的束制梁柱子結構，兩組試體柱之束制強度不同，梁柱接頭採用翼板銲接 腹板鎖螺栓方式。受火梁上緣以防火棉包覆模擬混凝土樓版對鋼梁之降溫作用，

試驗設置如圖 2-4 所示。實驗結果發現，升溫初始階段，鋼梁受熱膨脹由於兩端 柱之約束，梁內產生之軸向壓力隨溫度上升而增大。當溫度上升至一定程度，梁

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圖 2-4 郭士雄(2006)試驗設置圖

(資料來源：郭士雄 2006)

王銀志(2006)分別對簡支組合梁及連續組合梁進行耐火試驗，受火梁尺寸以 常用的跨高比設計，簡支組合梁樓版厚度為 150 mm，而連續組合梁樓版厚度為 125 mm。實驗過程中分別記錄組合梁之撓度、位移及溫度分佈，並於實驗結束 後推算梁的軸力和彎矩。實驗發現，連續組合梁於高溫時，懸鏈線效應明顯，拉 力維持不變，但撓度仍繼續上升。鋼梁下翼緣受火害產生挫屈現象，會導致防火 塗料脫落，溫度上升加快。

范明瑞等人(2006)進行一跨單層鋼構架複合梁與鋼柱受火害之實驗，並觀察 單層鋼構架受火害時梁、樓版以及柱之溫度分佈及變形。實驗過程中，一側鋼柱 產生挫屈變形，造成整個結構內力重分佈，但結構並未完全破壞，與單一構件受 火害時破壞情形不同。混凝土樓版由於熱傳導慢，使複合梁上部的升溫速度減

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圖 2-5 董毓利(2008)試驗設置圖

(資料來源：董毓利 2008)

圖 2-6 董毓利(2009)試驗設置圖

(資料來源：董毓利 2009)

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呂俊利等人(2010)進行兩組三層三跨鋼結構組合梁受火害試驗，組合梁栓銲 節點距離柱軸線 300 mm，其中一組最上層組合梁栓銲節點受火害，另一組節點 不受火害。實驗過程中，透過 K 型熱點偶監測爐溫與組合梁斷面溫度，並觀察 紀錄梁之破壞模式。節點受火害之組合梁樓版裂縫沿梁軸線產生，類似於溫度裂 縫，在樓版鋼筋截斷處，出現垂直於梁軸之裂縫，而節點不受火害之組合梁樓版 則出現 45°角斜向延伸之裂縫。

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