第四章 鋼構件被覆材料耐火性能試驗標準之草案
第一節 鋼結構構件防火被覆材料性能之特定要求 草案
1. 適用範圍
本標準規定鋼構造建築物作為梁、柱或拉力構件使用的結構鋼構件所用防火 被覆系統之測試方法。本標準供與 CNS 12514-1 所規定結合使用。本標準適 用於鋼材斷面(包含鋼管斷面)，且僅考量鋼構件無腹板開口之斷面。由 I 型 鋼或 H 型鋼斷面分析之結果值可直接適用於相同斷面因數的角鋼、槽鋼及 T 型鋼斷面，不論是否用作為個別構件，如支柱或諸如鋼製桁架構造等預製結 構系統之部分。本標準不適用於實心鋼棒、鋼條或填充混凝土之鋼管斷面。
本標準規定防火被覆試驗程序，此程序規定為測定防火被覆系統充分維持妥 善界定範圍的變形量、加熱爐及鋼材溫度之一貫性與適當性的能力，須施行 之各項試驗，使不致顯著損及防火被覆系統之功效，並提供有關當防火被覆 系統暴露於 CNS 12514-1 所規定的標準溫度/時間曲線時，其熱學特性之數據。
在建築法規之特殊情況中，活性防火被覆材料依據悶燒曲線可為一項要求，
其應用之試驗法與要求事項如附錄 G(鋼材斷面為歐洲與英國尺寸，台灣並無 採用，是否合適，宜重新檢討)所述。
54
本標準適用於標準及定義中界定的被動性與活性防火被覆系統，其安裝或施 作方式應能在曝火時仍維持預期之性能。
加熱試驗方法訂定數據蒐集與表示之規定，然後可直接作為 CNS 12514-11 之 輸入，用以直接應用於各種形狀、尺度及耐火時效的鋼材斷面之界限。
2. 引用標準
下列標準因本標準所引用，成為本標準之一部分。下列引用標準適用最新版 (包括補充增修)。
CNS 12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 1 部：一般要求事項 CNS 12514-6 建築物構造構件耐火試驗法－第 6 部：梁特定要求 CNS 12514-7 建築物構造構件耐火試驗法－第 7 部：柱特定要求 CNS 14651 建築物防火詞彙－一般火災現象用語
CNS 14652 建築物防火詞彙－防火試驗用語 CNS 14996 建築物防火詞彙－防火安全用語 CNS 15694 材料耐燃性測試－不燃性試驗
ISO 1716 Reaction to fire tests for products − Determination of the gross heat of combustion (calorific value)
IEC 60584-1 Thermocouples − Part 1: Reference tables 用語及定義 3. 用語與定義
CNS 14651、CNS 14652、CNS 14996、CNS 12514-1 所規定及下列用語及定義 適用於本標準。
3.1 特徵鋼材溫度(characteristic steel temperature)
用以測定黏著性修正因數的結構鋼構件之溫度，以(平均溫度＋最高溫度)/2 計算而得。
3.2 設計溫度(design temperature) 供結構設計時的鋼材構件之溫度。
55
3.3 防火被覆(fire protection)
藉由防火被覆系統對鋼材構件所賦予之保護，使鋼材構件之溫度在整個曝火 期間受到限制。
3.4 防火被覆系統(fire protection system)
防火被覆材料連同任何支撐系統，包含測試的鋼絲網。
備考：活性防火被覆材料系統包括適合的底漆與表面塗層(面漆)。
3.5 防火被覆厚度(fire protection thickness)
乾燥的單層防火被覆系統之厚度，或防火被覆系統所有被覆層厚度之合。
備考 1.支撐系統構件或接合層之厚度不包含於防火被覆厚度內。
備考 2.對活性防火被覆系統而言，此厚度為塗層乾燥薄膜之平均厚度，不 包含適合的底漆與表面塗層(面漆)。
3.6 H 型鋼斷面(H section)
與斷面深度比較，具有寬翼板之鋼材構件，其主要作用為承載與其縱軸相互 平行的的載重，此載重可由彎矩與剪力組合而成。
3.7 I 型鋼斷面(I section)
具有形狀有如〝I〞字母的短翼板之鋼材托梁或椼架，其主要作用為承載橫 貫其縱軸的載重。
備考：此等載重通常造成梁構件之彎矩，此翼板可為平行狀或逐漸細尖狀。
3.8 被動性防火被覆材料(passive fire protection material)
加熱中不改變其實體形狀之材料，憑藉其物理性質或熱性質提供保護。
備考：被動性防火被覆材料可包括含有水或進行吸熱反應的材料，其在加熱 時產生冷卻效應。此等材料可採用噴覆塗層、底塗、防火毯、防火板 或防火厚板等形式。
3.9 活性防火被覆材料(reactive fire protection material)
特殊配方的材料，當加熱時產生化學反應使其實體形狀改變，並藉由熱絕緣
56
與冷卻效應提供防火保護。
3.10 參考斷面(reference section)
由相等加載段採取相同長度的鋼材，所得之鋼材斷面。
3.11 斷面因數(無防火被覆鋼材)[section factor (unprotected steel)]
每單位長度的結構鋼材構件曝火周邊面積(Am)，相對其每單位長度斷面體 積(V)之比例。
3.12 斷面因數(外形防火被覆系統)[section factor (profiled fire protection systems)]
除防火被覆材料外，每單位長度的結構鋼材構件曝火外圍面積(Am)，相對 其每單位長度斷面體積(V)之比例。
3.13 斷面因數(箱形防火被覆系統)[section factor (boxed fire protection systems)]
可在環繞鋼結構構件中測得的最小可達到的矩形或正方形箱框之內部表面 積(Am)，相對其每單位長度斷面體積(V)之比例。
3.14 鋼材構件(steel member)
承受載重且由鋼材製成的建築物構造構件。
備考：就本標準而言，測試中使用的鋼材必須為同一型式。
3.15 鋼材溫度(steel temperature)
用作為分析的輸入數據之整體平均溫度，依下列計算所得。
－ 對於 I 與 H 型鋼斷面梁，係為上翼板平均溫度加上梁腹板平均溫度，
加上下翼板平均溫度，除以 3 所得之值。
－ 對於 I、H 型鋼及鋼管斷面柱，係為各量測點平均溫度總和，再除以量 測點數所得之值。
－ 對於鋼管斷面梁，係為各斷面側邊之平均溫度，加上底邊平均溫度，
再除以 2 所得之值。
57
3.16 黏著性(stickability)
防火被覆系統充分維持妥善界定範圍的變形量、加熱爐及鋼材溫度之一貫 性與適當性，使其提供防火被覆之能力不致顯著受損，所具有之能力。
3.17 試驗封裝 (test package)
可包含短試體或長試體之一組鋼材斷面，進行測試以呈現防火被覆系統適 切的黏著力，並提供一定範圍的防火被覆厚度之熱數據、鋼材斷面因數及 鋼材溫度。
3.18 試體(test specimen)
進行試驗的鋼材斷面加上防火被覆系統。
4. 符號與縮寫用語
表 4-1 符號與縮寫用語
符號 單 位
說明
A m2 面積
Am m2 每單位長度結構鋼材構件之曝火周邊面積
Ap m2
對於外形防火被覆：防火被覆材料除外，每單位長度的結構 鋼材構件曝火外圍周邊面積
對於箱形防火被覆：可在環繞鋼結構構件中測得的最小可達 到的矩形或正方形箱框之內部表面積
b m 鋼材斷面之寬度 d mm 厚度
dav mm 平均厚度
dp mm 防火被覆材料之厚度 dp(max) mm 防火被覆材料之最大厚度 dp(min) mm 防火被覆材料之最小厚度
58
59
加熱爐與試驗設備應符合 CNS 12514-1 所規定者。
5.2 加熱爐
加熱爐之設計應可適合依 7.2 所規定曝火試體尺度，且試體之安裝依第 8 節 之規定可位於試驗加熱爐上方或之內。
5.3 加載設備
加載應依 CNS 12514-1 施加之，加載系統應能使加載施加至 6.2.2 所規定的 梁，以及 6.2.4 所規定之柱。
6. 試驗條件 6.1 一般
除非另有提出特定不同需求指示，否則應依據 CNS 12514-1 所規定之試驗步 驟進行試驗。
取一數量以防火被覆系統保護的〝I〞型、〝H〞型及鋼管試體，依 CNS 12514-1 所規定程序置入加熱爐內加熱。
加熱加載梁與加載柱，提供有關防火被覆系統維持完好如初且黏著於鋼材構 件(黏著性)的能力之資訊。加熱未加載梁與未加載柱，提供有關防火被覆系 統的熱特性質之資訊。
建議持續試驗至鋼材溫度達到與數據應用所對應的最大值。
本標準中測試加載梁的方法，係經設計用以提供依 CNS 12514-1 所界定的載 重與加熱之影響下的最大撓曲量(跨距/30)。當饒曲量過 L/30，則撓曲速率 將超過 CNS 12514-1 所規定。
當數個試體同時測試時，應小心使每個試體曝火於相同的試驗條件。
6.2 支撐與加載條件 6.2.1 一般
試驗載重計算之詳細資料應包含於試驗報告中。
6.2.2 加載梁
60
對每一加載梁試體，應依 CNS 12514-6 進行，並依據本標準任何修正的要 求事項，訂定其在加熱爐內適當支撐、定位及對稱之規定。
除依 7.2.1 認為必要外，梁不得裝有附加的抗扭束制裝置，簡支承的跨距 (Lsup)不得大於曝火長度超過每端 400 mm。試體之長度(Lspec)應為曝火 長度加上每端最大 500 mm 之總長。(與 CNS 12514-6 規定不同?)
加載梁試體應施加之總載重為可產生設計彎矩的 60 %，使用相同批次的 品質證明書(出廠證明書)之鋼材降伏強度或實際量測值，進行計算所得。
實際施加的載重應由總載重扣除梁、梁上端之混凝土及防火被覆系統之淨 重計算而得。
加載的方法應使用可產生彎矩的系統，此彎矩均勻分布於梁跨距環繞跨距 中點至少 20 %範圍，由於頂蓋板可能被忽略，彎矩應以小增量方式施加 於千斤頂之間。
加載應均勻與對稱地施加在沿其長向之兩個以上位置。
加載應使用圖 4-1 所描述兩方法之一施加。
位於加熱爐外部的加載梁之兩端應以適合的阻熱材料予以阻熱。
61 說明
A 詳圖 A－梁上部之固定 B 詳圖 B－梁加載方法 1 或 2
1 於支承處之梁腹加勁板－I 型或 H 型斷面 2 於加載點之梁腹加勁板－I 型或 H 型斷面
3 提供足夠的間隙以確保加熱爐襯裡不致妨礙防火被覆 4 透過載重隔塊(13)或混凝土板(12)對梁頂部中央施加載重 5 釘/板/鎖定螺帽
6 阻熱纖維或同等品
7 可壓縮阻熱纖維覆蓋梁寬度(參照 7.1) 8 跨距
9 足夠的間隙以確使梁在不受頂蓋板限制下能彎曲 10 鋼梁－顯示 I 型斷面，鋼管梁相同
11 經養護混凝土板段：依 7.1 保持標稱密度 500 kg/m3，板之標稱尺度為寬度(600±100) mm×最大長度 625 mm×厚度(150～200) mm
12 輕質混凝土板段：依 7.1 保持標稱密度 1500 kg/m3，標稱尺度與(11)相同 13 載重隔塊
14 若必要時附加支架以防止梁旋轉
圖 4-1 加載梁之構造排置圖示
6.2.3 未加載梁
62
每一未加載梁試體應依圖 4-2 所示予以支撐。
說明
1 加熱爐爐蓋 2 阻熱板
3 釘/板/鎖定螺帽 4 鋼材斷面
5 阻熱板－端蓋
圖 4-2 未加載梁支撐排置圖示
6.2.4 加載柱
對每個加載柱，應依 CNS 12514-7，並依據本標準任何修正或附加的要求 事項，訂定在加熱爐內柱試體適當支撐、定位及對稱之規定。試驗排置之 一例如圖 4-3 所示。
63
單位：mm
說明
1 液壓式千斤頂 2 加載框架 3 加熱爐 4 加載柱
5 鋼板(僅施加至活性塗層)
圖 4-3 加載柱一般試驗排置圖例
加載柱試體應施加之試驗載重為可產生設計彎矩的 60 %，使用相同批次的品質 證明書(出廠證明書)之鋼材降伏強度或實際量測值，進行計算所得。計算試驗載 重之詳細資料應包含於試驗報告中。
6.2.5 未加載柱
未加載柱斷面應垂直設置於加熱爐內，可安裝至加熱爐爐蓋板軟襯墊上
未加載柱斷面應垂直設置於加熱爐內，可安裝至加熱爐爐蓋板軟襯墊上