樓版火害研究

Lin 等人[26]曾對環氧樹脂塗層的鋼筋所製作鋼筋混凝土雙向板，依據 ASTM E 119 進行定載加熱試驗。混凝土版尺寸為 5.5m×4.3m，板厚 178mm，保護層厚 度為19mm。試驗時對板施加平面束制，用以模擬 3×3 跨的樓版。試驗結果發現，

混凝土版的耐火時效超過4 小時。

Cooke[27]對 14 塊預應力混凝土簡支承單向板依照 ISO834 和 NPD（Norwegian Petroleum Directorate temperature-time curves）進行耐火試驗。探討板厚、混凝土 類型、載重類型及板底是否保護等對混凝土版火害行為影響，結果發現火害下板 的位移主要由彎曲應力控制。

Lim等人[28,29] 進行混凝土雙向板和組合樓版耐火試驗，試體尺寸為

3.3m×4.3m，板厚為90mm、100mm及130mm，沒有水平束制，但對試體四個角邊 束制。經3小時的ISO 834加熱試驗顯示，鋼筋溫度超過700ºC，試體沒有出現倒塌 現象。對於較高鋼筋比的混凝土版，僅出現表面裂縫；較低鋼筋比的混凝土版，

則出現貫穿樓版厚的裂縫。試體破壞為雙曲線模式，其耐火時效超過利用降伏線 理論計算所得結果。

Foster等人[30,31]曾進行常溫與高溫之無水平束制的縮小尺寸鋼筋混凝土版 試驗與分析，試驗時所施加的載重大於依據塑性鉸線理論計算的載重，使得混凝 土版在升溫試驗前出現薄膜效應，以致出現不合理的火害行為，造成鋼筋混凝土 版破壞時鋼筋溫度過低。

Bailey 和Toh [32,33]進行常溫與高溫無水平束制的縮小尺寸鋼筋混凝土版試 驗，對不同鋼筋直徑、間距（即鋼筋比）的鋼筋混凝土版的破壞模式進行探討，

試驗發現常溫鋼筋混凝土版破壞形式為鋼筋拉斷和角部混凝土壓碎破壞，與鋼筋 比有密切關係；高溫中鋼筋和混凝土力學性質降低，使得混凝土版在高溫中的破

版的耐火性能影響很大，沿預力筋方向的水平束制對於耐火性能亦有顯著影響，

有束制的混凝土版垂直位移小於無束制混凝土版。

Usmani 和 Cameron 等人[37,38]根據 Edinburgh 大學進行的組合鋼框架結構分 析，發現由結構的熱效應引起的熱應變會對結構變形有所影響，火害中產生的拉 力薄膜效應對結構整體有利作用較常溫更明顯，主要是火害中樓版產生的熱應變 使板有較大撓度，一定程度上抵消了拉力應變，使害中的混凝土版有較大承載能 力。

Cashell 等人[39]研究在極限狀態下由鋼筋斷裂引起混凝土版破壞的發生機制，

並提出了與鋼筋斷裂的破壞評估方法。進行常溫下獨立束制構件的試驗，探討影 響混凝土版破壞的關鍵參數，納入升溫條件下鋼筋延性的影響，建立常溫和高溫 下混凝土版極限狀態時結構變形的分析方法。

Omer 等人[40-42]預測有水平束制混凝土版在常溫和升溫條件下失效的計算 模型。該模型以結構力學為基礎，假定鋼筋斷裂為唯一破壞模式，克服以往經驗 公式的缺陷，且考慮鋼筋和混凝土間的粘結強度、薄膜效應和熱膨脹等對極限承 載力影響。提出極限承載力計算模型與簡化模型。並表示輕質混凝土版在火害或 較大載重作用下有明顯薄膜效應，影響鋼筋斷裂的主要因素是粘結強度和鋼筋的 硬化特性。此外提出無水平束制的簡支承矩形板在高溫中極限載重計算方法，其 中考慮幾何尺寸和材料溫度效應、大撓度下產生的拉力薄膜效應及鋼筋和混凝土 間的粘結力。該方法是透過試驗觀測所得的破壞圖形，利用降伏線理論中的板塊 平衡法推導而出的。並將該方法的計算結果與試驗結果和有限元分析結果進行比 較。

Gillie 等人[43]利用有限元素軟體 FEAST 對同時承受彎曲和薄膜應力的混凝 土版在火害中強度進行分析。考慮混凝土版內溫度場線性分佈和非線性分佈兩種 情況，分別計算在Cardington 試驗中的混凝土版在單獨承擔彎矩和薄膜應力作用 下耐火性能，並同時進行兩者耦合作用下混凝土版的火害行為分析，將計算結果 比較發現，鋼筋比及佈置方式對於薄膜效應發生有影響，從而影響混凝土版的火 害行為。

上述為國外有關樓版火害研究，國內在樓版耐火研究相當少，Liao 等人[44,45]

進行鋼筋混凝土版貫穿剪力行為研究，探討鋼筋混凝土版柱接頭區高溫加載下貫

穿剪力之耐火時效與火害後殘餘貫穿剪力強度，試驗發現，高溫對於樓版上拉力 側受火害或於樓版下壓力側受火害之耐火時效確有顯著差異；使用不同混凝土強 度於不同火害面高溫加載，所造成混凝土表面爆裂、開裂機制各有不同，試體產 生變形及破壞情形也有所差異。耐火能力試驗結果顯示，於樓版下壓力側受熱的 試體，可以承受耐火時間長達8 小時以上，並不會發生破壞；但高強度混凝土試 體於高溫試驗過程中產生爆裂現象。樓版上拉力側受熱的試體，於4 小時左右發 生貫穿剪力破壞；高溫試驗過程中，不論高強度或普通強度混凝土試體均沒有發 生爆裂行為，而試體破壞後出現明顯錐形貫穿形狀。火害後殘餘貫穿強度試驗結 果發現，殘餘貫穿剪力強度隨昇溫時間增加逐漸遞減。