第二章 規範與文獻回顧
第二節 鋼結構防火被覆耐火試驗評估方式
表 2-3 各國評定相關規定
國家 實驗室 核准單位 核准文件 登錄 美國 UL ICC Evaluation
Report
UL 防火手冊
英國 WFRC、LPC WFRC、LPC Assessment Report
ASFP 黃皮書
日本 建設省建築究所 建材試驗中心
日本建設省 厚度指定書 耐火防火構造 材料便覽
第二節 鋼結構防火被覆耐火試驗評估方式
結構鋼構件之耐火能力理論上而言，其防火所需的保護厚度，視其耐熱能力 而定，而耐熱能力可依下列三點決定: 〔6〕
1.熱消散能力﹝Heat Dissipation﹞
如圖 a 及 b 比較，梁因其上翼與樓版接觸，在受熱時，熱量經由此介面傳 導至樓版及上層空間。而柱因無此熱消散面，故在其它條件相同時，柱所需 之保護厚度較梁為厚。
2.受熱周徑﹝Heated Perimeter﹞
如圖 b 及 c 之比較，同樣的構件，c 梁其暴露面小，熱量傳入之途徑也變 小，構件本身的溫度上升也變慢了，表示其耐熱時間增長，所以所需保護厚 度也較薄。
3.容熱能力﹝Heat Capacity﹞
見圖 b 及 d 之比較，二梁之外徑相同，但 b 梁的斷面積大，在同時間傳 入二梁之熱量相同，但是平均單位體積之受熱程度，圖B梁當然較小，表示 其所需保護厚度較薄。
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混凝土 混凝土 混凝土
a b c d
圖 2-1 梁斷面
防火被覆材料耐火性能評估的方法，先是取一定數量的試體（指進行試驗的 鋼材段加上火災防護系統）完成加載或非加載的防火試驗，其次是將試驗結果應 用數學分析程序，求出防火材料厚度（t）與型鋼斷面因子（Hp/A、W/D、A/P、
Am/V、M/D 等）及防火時效（FR）的關係。在同樣的耐火被覆厚度下，材料的耐 火時效因鋼骨構件單位重與受火斷面周長二者比值不同而有差異。鋼材斷面升溫 速率與受熱之表面積與其受熱體積之比值即面斷面因子，周長較大的鋼材比較小 者吸收較多的熱，斷面積愈大，吸收的熱也愈大，因此，較小而厚的斷面增加溫 度的速率比大而薄的斷面升溫為慢。所以斷面形狀因子成為衡量一鋼材斷面升溫 的準則，當其值愈高，所需防護的厚度愈大〔7〕。
圖 2-2 斷面因子之概念〔5〕
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壹、英國 ASFP 評估模式
一、鋼構件依規定必須具有防火性，其防火系統方式可區分為緊貼週邊型 (profile)、空心箱型(box)、實心型(solid)等三類，三面受火的防護技術 如圖 2-3 所示，四面受火的防護技術如圖 2-4 所示。通常噴附式材料會採 用緊貼週邊型；板狀材料會採空心箱型；特殊隔熱混凝土會採實心型。在 BS 476 試驗標準中，載重梁的試驗是採水平方式，三面施作防火材料（三 面受火技術)，柱的試驗是垂直方式，全面施作防火材料 (四面受火技術)。
圖 2-3 三面防火之技術〔5〕
圖 2-4 四面防火之技術〔5〕
委託單位依據評估的範圍可參考防火試驗機構以一定數量的防火試驗 結果，做評定分析推導出防火厚度計算公式或防火厚度對照表。如 LPC、WFRC 等防火試驗室依據 FTSG 所制定的 Resolution No. 82 規範要求，按照 ASFP 黃皮書 4.2 節的評定分析標準程序推導出如下的表格：
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表 2-4 防火材料厚度對照表（適用於三面 H 梁）
防火時效 30 分鐘 60 分鐘 90 分鐘 120 分鐘 Hp/A 乾膜厚（mm）
100 0.33 0.45 1.2 1.8 140 0.33 07.7 1.5 2.5 180 0.33 0.9 2.1 NA 220 0.4 1.1 2.4 NA 260 0.4 1.3 2.8 NA 300 0.4 1.4 3.0 NA
如此使用者很容易的只要算出斷面因子，即可查表獲得所要的防火時效 保護厚度。防火厚度設計程序為：1.決定防火時效，2.決定結構種類（與樓 板接觸的三面 H 梁、四面的 H 梁或柱，與樓板接觸的三面中空梁、四面中空 梁或柱），3.決定鋼骨的斷面係數，4.依斷面係數決防火材料的厚度。
二、耐火試驗時，梁和樓板結合以水平方式進行，而柱是採垂直方式進行。試體 需選擇適合其預期評估範圍的試驗套裝（test package），需包含載重與非 載重、短試體與長試體的一組鋼段材。載重的試驗結果可得知其承載能力，
非載重試驗可提供溫度數據。載重梁試驗長度為 4.25 公尺，非載重梁的長 度至少要 1 公尺，載重柱其曝火長度至少要 3 公尺，非載重柱的長度為 1 公尺進行試驗。為了充分提供資訊，試體要進行直到所有鋼材斷面平均溫度 都達到 700℃（或依委託單位所需之更高評估溫度），或直到鋼材斷面之隔 熱材發生顯著脫落為止。若加載試驗的梁發生承載能加失敗，應移除加載，
持續進行試驗直到前述情況發生為止〔9〕。
三、依照 BS 476-21 完成承載梁、柱的耐火試驗則可進行水平及垂直構件的性能 評估，其評估僅適用於特定規格化的試驗，被覆厚度於分析時採用實際噴附 於試體之被覆平均厚度，評估最大許可及最小許可被覆厚度範為加載試驗試 體之最大、最小厚度外差 10 ％〔9〕。
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表 2-5 斷面因子 Hp/A 計算法
（資料來源：〔8〕）
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表 2-5（續） 斷面因子 Hp/A 計算法
（資料來源：〔8〕）
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貳、ISO 評估模式
本研究參考 ISO834-10（2014）及依 ISO834-11（2014）之內容，整理耐火 性能之評估方式。鋼結構防火材料依據 ISO834-10 所獲得的試驗結果，以及依 ISO 834-11 評估結果可直接適用於 I 型與 H 型斷面形狀及中空斷面的鋼材。且 由 I 型與 H 型分析所得的結果值可直接適用於相同斷面因數的角鋼、槽型鋼及 T 型鋼材段，不論是否用作為個別構件或如鋼製懸梁構造等預製結構系統之部分。
一、試體須選擇適合其預期評估範圍的試驗段，且應同時包含加載與未加載段，
加載橫梁試驗段應具有 I 型與 H 型斷面形狀或中空矩形斷面。用於未加載 横梁試驗的鋼材其長度至少應為（1,000±50）㎜，用於加載橫梁試驗的鋼材 試驗段應依圖 2-4 構造而成，每一橫梁的加熱曝火長度，不可小於 4,000
㎜。
說 明
1 載 重
2 曝 火 長 度 ， Le x p 3 跨 距
4 於 載 重 點 之 梁 腹 加 勁 板 (若 要 求 )－ I 或 H 型 斷 面 單位:mm
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5 於 承 重 位 置 之 梁 腹 加 勁 板 (若 要 求 )－ I 或 H 型 斷 面 6 噴 覆 塗 層 之 量 測 點
7 中 空 斷 面 梁 8 I 或 H 型 斷 面
圖 2-5 加載梁構造與厚度量測點
加載柱試體曝火加熱的高度至少應為 3,000 ㎜，依圖 2-5 製備，未加 載高柱體段試體的高度應為（2,000±50）㎜，與短鋼材柱體試驗段依圖 2-6 構造而成。
說 明
1 液 壓 式 千 斤 頂 2 加 載 框 架 3 加 熱 爐 4 加 載 柱 體
5 鋼 板 （ 僅 施 加 至 活 性 塗 層 ）
圖 2-6 加載柱體試驗安裝圖
單位:mm
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說 明
1 加 熱 爐 覆 蓋 體 2 阻 熱 板
3 釘 /板 /鎖 定 螺 帽 4 高 柱 體
5 短 柱 體
6 阻 熱 板 － 端 蓋
7 施 加 至 所 有 具 活 性 火 災 防 護 系 統 柱 體 之 鋼 板
圖 2-7 未加載柱體排列圖
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二、試體的選擇依防護產品所需的評估範圍決定，表 2-6 提供可施行各種評估，
依據希望施行的是限制性測試或為延伸性測試而定，每一試驗封裝（test package）依指示特定範圍要求的最少試體數進行試驗。
表 2-6 試體之選擇
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（1）對每一短鋼材段，達到計算至小數點以下第一位的設計溫度之預測時 間，應不超過修正時間 15 %以上。
（2）依（1）計算出的所有百分率差異之平均值應小於 0。
（3）依（1）計算出的所有百分率差異之個別值最多 30 %應超過 0。
（4）倘 若 所 有 其他參 數 維持恆 定，則 符 合 上 述 （1）至 （3）的 分 析 結 果 必 須 符 合 下 列 規 則 。
（a）火災防護材料之厚 度 隨耐火時間而增加。
（b）當斷面因數增 加 時，耐火時間降低。
（c）當耐火時間增加時，溫度上升。
（d）當厚度增加時，溫度降低。
（e）當斷面因數增加時，溫度上升。
（f）當斷面因數增加時，厚度增加。
四、評估結果延伸段適用性：
（1）許可的梁/柱防護厚度
（a）最大許可厚度：超過加載梁/柱上測試的最大厚度至 5 %以內。
（b）最小許可厚度：低於加載梁/柱上測試的最小厚度至 5 %以內。
（2）許可的梁/柱斷面因數
（a）最大許可斷面因數：超過任何測試的加載梁/柱段的最大斷面因 數至 10 %以內。
（b）最小許可斷面因數：低於任何施覆最小許可的梁/柱防護厚度，
所測試的梁段的最小斷面因數至 10 %以內。
（c）如僅測試柱體，則最小許可的延伸因數係以任何測試的鋼材段 之最小斷面因數為基準。
（3）上述延伸體限定於每一斷面型式，即橫梁所許可的延伸體對於柱體並 不適當，反之亦然。同樣地，適用於 I 型或 H 型斷面的延伸體可能不
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適用於中空斷面，反之亦然。