高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究

高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究

內 政 部建 築研 究 所自 行研 究 報告

中華民國 105 年 12 月

105-301070000G-0066 PG10504-0057

高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究

研究人員：陳柏端

內 政 部建 築研 究 所自 行研 究 報告

中華民國 105 年 12 月

（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）

目次

目次 ... V

表次 ... VII

圖次 ... IX

摘要 ... XI

第一章 緒論 ... 1

第一節 研究緣起與背景 ... 1 第二節 文獻回顧 ... 1 第三節 研究目的及方法 ... 2 第四節 研究流程 ... 3

第二章 實驗規劃... 5

第一節 試體規劃與設計 ... 5 第二節 量測儀器設置 ... 8 第三節 試體製作 ... 12

第三章 束制構件防火試驗 ... 17

第一節 實驗設備與設置 ... 17 第二節 試驗規劃與試驗步驟 ... 18 第三節 束制構架耐火試驗結果 ... 19

第四章 結論與建議 ... 29

第一節 結論 ... 29 第二節 建議事項 ... 30

附錄一 試體設計圖 ... 31

附錄二 實驗加載計算 ... 43

附錄三 研究業務協調會議紀錄 ... 47

目次

附錄四 期中審查會議紀錄 ... 55

附錄五 期末審查會議紀錄 ... 69

參考書目 ... 77

表次

圖次

圖 1 研究流程圖 ... 3

圖 2 鋼梁受火害變形圖與一跨兩層子結構示意圖 ... 6

圖 3 梁柱子結構試體示意圖 ... 6

圖 4 下部試體梁柱構件圖 ... 7

圖 5 彎矩接頭細節圖 ... 8

圖 6 鋼梁熱電偶測點設置斷面圖 ... 9

圖 7 樓版與梁斷面熱電偶配置圖 ... 10

圖 8 彎矩接頭熱電偶配置圖 ... 10

圖 9 柱與底梁熱電偶配置圖 ... 11

圖 10 位移量測位置圖 ... 11

圖 11 鋼梁試體上部結構 ... 12

圖 12 鋼梁試體下部結構 ... 13

圖 13 構架中間鋼梁與柱接合形式 ... 13

圖 14 樓版中央佈設熱電偶 ... 14

圖 15 樓版灌漿施工 ... 14

圖 16 試體完工圖 ... 15

圖 17 防火實驗中心複合實驗爐 ... 17

圖 18 實驗設置示意圖 ... 18

圖 19 試體 2 爐內升溫曲線 ... 21

圖 20 試體 2 爐內升溫曲線 ... 21

圖 21 試體 2 撓曲變形圖 ... 22

圖 22 試體 2 鋼梁軸向變形圖 ... 22

圖 23 試體 2 斷面 A 測溫點溫度圖 ... 23

圖 24 試體 2 斷面 B 測溫點溫度圖 ... 23

圖 25 試體 2 斷面 C 測溫點溫度圖 ... 24

圖 26 試體 2 斷面 D 測溫點溫度圖 ... 24

圖 27 試體 2 斷面 E 測溫點溫度圖 ... 25

圖 28 試體 2 斷面 F 測溫點溫度圖 ... 25

圖 29 試體 2 斷面 G 測溫點溫度圖 ... 26

圖 30 試體 2 斷面 H 測溫點溫度圖 ... 26

圖 31 試體 2 斷面 I 測溫點溫度圖 ... 27

圖 32 試體 2 鋼梁接頭局部挫屈 ... 27

圖 33 試體 2 樓版破裂情形 ... 28

圖 34 卸載後試體 2 鋼梁構架無明顯側向扭轉挫屈 ... 28

摘要

關鍵詞：束制鋼梁、耐火性能、側向扭轉行為 一、研究緣起 為探討鋼梁構件遭受火害時，柱之束制對於鋼梁軸力影響，於 104 年進行 3 組 2 層鋼構架實驗研究，發現柱斷面大，束制勁度大，對梁之軸向變形量及 時間、梁中點撓曲變形、耐火性等，都有影響。實驗中觀察到下方螺栓孔變為 橢圓形狀，表示鋼梁有拉力產生，加上梁垂直變形過大，證明鋼梁之懸鏈線效 應，但因量測不易無法確實得知軸力何時由壓力轉為拉力。 鋼梁兩端接頭並未發生塑性鉸，原因是樓版的合成效應，由於鋼梁上翼板 剪力釘作用，樓版與鋼梁垂直變位相同，且二者介面無相對位移，故中性軸應 發生於鋼梁中線以上。因此，實驗雖然達到終止條件，但是梁與樓版仍未到達 到破壞階段。 然而柱之束制越大，限制梁之伸長力量越大，造成梁於升溫時期先發生下 翼板及腹板挫屈，並在降溫後發生較大之側向扭轉挫屈，降低結構之穩定性。 為減緩梁發生側向扭轉，本研究擬增加梁之抗側向扭轉機制，再以火害實驗探 討鋼梁構件在高溫下之抗側向扭轉變形行為與破壞模式，並驗證其防火時效。 二、研究方法及過程 本研究探討高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為之研究，研究方法包括資料蒐 集與整理、理論分析、資料整理與分析。研究方法與步驟如下： 1. 文獻資料之收集與整理。 2. 實尺寸束制鋼梁構件試體規劃製作與火害實驗之進行。 3. 試驗結果分析與探討。 三、研究發現 1. 鋼柱加側向短梁可增加樓版的穩定性，於試體冷卻時不會造成樓版沿 鋼梁軸向之旋轉，使鋼梁上翼板只有垂直變位，無扭轉行為。 摘要

2. 鋼梁加上加勁板有助於試體冷卻時之抗側向扭轉挫屈行為，本實驗加 勁板位置規劃為 2 倍梁深處，除可增加鋼梁抗彎矩之韌性外，對於鋼 梁側向扭轉之穩定性，亦有提升之作用。 四、主要建議事項 辦理自然火害下梁柱接頭之破壞行為研究：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：中華民國鋼結構協會 本研究成果顯示束制鋼梁於適當位置設置加勁板，有助於鋼梁抵抗火害 後降溫階段時之側向扭轉挫屈行為發生。另外，鋼柱加側向短梁可增加樓版 穩定性，抵抗樓版沿鋼梁軸向旋轉。對於實驗室火害中鋼梁穩定性及梁柱接 頭破壞行為已有初步了解，建議可進行自然火害下之相關研究。

第一章

緒論

第一節 研究緣起與背景

為探討鋼梁構件遭受火害時，柱之束制對於鋼梁軸力影響，於 104 年進行 3 組 2 層鋼構架實驗研究，發現柱斷面大，束制勁度大，對梁之軸向變形量及 時間、梁中點撓曲變形、耐火性等，都有影響。實驗中觀察到下方螺栓孔變為 橢圓形狀，表示鋼梁有拉力產生，加上梁垂直變形過大，證明鋼梁之懸鏈線效 應，但因量測不易無法確實得知軸力何時由壓力轉為拉力。 鋼梁兩端接頭並未發生塑性鉸，原因是樓版的合成效應，由於鋼梁上翼板 剪力釘作用，樓版與鋼梁垂直變位相同，且二者介面無相對位移，故中性軸應 發生於鋼梁中線以上。因此，實驗雖然達到終止條件，但是梁與樓版仍未到達 到破壞階段。 然而柱之束制越大，限制梁之伸長力量越大，造成梁於升溫時期先發生下 翼板及腹板挫屈，並在降溫後發生較大之側向扭轉挫屈，降低結構之穩定性。 為減緩梁發生側向扭轉，本研究擬增加梁之抗側向扭轉機制，再以火害實驗探 討鋼梁構件在高溫下之抗側向扭轉變形行為與破壞模式，並驗證其防火時效。

第二節 文獻回顧

陳誠直(2015)進行 2 組 2 層鋼構架火害實驗，鋼梁上加剪力釘，覆以鋼承 板混凝土樓版，以不同柱尺寸並包覆防火棉，探討柱之束制對於梁破壞模式的 影響，發現柱束制影響梁下翼板與腹板挫屈時間，束制勁度大，能有效約束鋼 梁受熱膨脹，達到最大軸向伸長量時間較快，但局部挫屈行為較為明顯，且於 鋼梁降溫時產生較為嚴重之側向扭轉挫屈。 陳柏端(2015)進行 2 組 2 層鋼構架火害實驗，以相同柱尺寸，一試體包覆 另一試體不包覆防火被覆，探討柱之束制對於梁破壞模式的影響，發現未包覆 第一章 緒論

防火被覆之鋼柱因受熱束制勁度降低，故鋼梁產生約 2.2 倍軸向變形，且達到 最大軸向變形時間增至 2.8 倍，梁柱接頭因受熱及負彎矩產生旋轉角，因此梁 下翼板只有輕微挫屈現象，腹板無挫屈，也有輕微側向扭轉現象，不過 2 組試 體耐火時效相同，都接近一小時。 對於鋼梁防側向扭轉設置，有連續之措施如加扭轉束制，或點狀措施如設 置加勁板、封板等，1985 年 Winter 等人以理論分析方法，對於梁與柱構件配置 側向支撐之設計，進行相關研究，發展出一簡單的有限分析模式，以求得桿件 中側向支撐所提供的強度及剛度下限值，提出如何設計桿件中的等值有效側撐。 1991 年 Takabatake 以實驗方式，探討加勁板或封板對於 I 型梁側向挫屈行為之 影響，結果顯示使用加勁板或封板可增加挫屈彎矩，使用加勁板增加約 15%， 封板增加約 30%，且與其位置、形狀、尺寸及有效長度有關，並提出一計算方 法來評估其加勁板之需求量。 1997 年 Valentino 探討在梁中加扭轉束制對於非彈性挫屈的影響，認為扭 轉束制可增加非彈性挫屈強度，但是當梁的細長比減少時強度反而下降。2008 年林禹任以實驗探討抗彎構架在單向水平載重下，梁在不同側向支撐系統及斷 面型式下之挫屈行為，側撐系統之配置分別討論位移束制及扭轉束制之效益， 發現位移束制系統或使用封板斷面皆可有效抑制梁發生整體側向扭轉挫屈。 一般工程所使用的側向支撐在高溫情形下都會因材料強度降低失去作用， 本研究將於鋼梁正交方向設置短梁，增強鋼柱弱軸扭轉勁度，另外在鋼梁上設 置加勁板，提高梁之挫屈彎矩。

第三節 研究目的及方法

本研究主要目標為瞭解束制鋼梁構件在高溫下之抗側向扭轉變形與破壞模 式，並藉由大尺寸實驗方式與分析方法探討束制鋼梁構件在高溫中之結構行為。 研究方法包括資料蒐集與整理、火害實驗、資料整理與分析，如下： 1. 文獻資料之收集與整理。 2. 大尺寸束制鋼梁構件試體規劃製作與火害實驗之進行。

第四節 研究流程

本計畫之研究項目包括資料與文獻收集、數值分析、試體規劃與實驗、報 告撰寫，流程圖如圖 1 所示。 圖 1 研究流程圖 （資料來源：本研究整理） 國內外相關資料及文獻收集 研究計畫開始 力學理論分析 試體規劃 試體設計與製作 大尺寸束制鋼梁構件火害實驗 數據整理分析 撰寫研究報告書 研究計畫完成

第二章

實驗規劃

本研究規劃 2 組含抗彎矩接頭鋼構造梁試體進行火害實驗，以瞭解束制鋼 梁構件在高溫下之抗側向扭轉行為與破壞模式，並藉由大尺寸實驗方式與分析 方法探討束制鋼梁構件在高溫中之結構行為。本研究實驗之升溫曲線，則依照 CNS 12514-1「建築物構造部分耐火試驗法」之規定進行。

第一節 試體規劃與設計

本研究試體規劃模擬鋼梁構件於抗彎矩構架之設計，試體取一跨二層之梁 柱子結構，並僅於中間層之鋼梁受火害，如圖 2 所示。 試體涵蓋鋼梁、鋼柱與中間層之樓版，如圖 3 所示。設置樓版之考量乃因 樓版亦提供鋼梁束制、並使鋼梁上部受混凝土保護不直接受火害。下層鋼梁不 設置樓版，因假設不受火害，將以防火棉包覆。 由束制鋼梁受火害之研究文獻發現，鋼梁會因溫度上升導致材料強度降低， 使鋼梁逐漸喪失承重能力。影響束制鋼梁耐火性能之參數為載重大小、梁柱接 頭形式、柱對受火梁之束制鋼度等，因此本研究規劃兩組試體，改變柱之尺寸 大小，以模擬受火梁承受不同的束制剛度，如表 1 所示。 第二章 實驗規劃

圖 2 鋼梁受火害變形圖與一跨兩層子結構示意圖 圖 3 梁柱子結構試體示意圖 表 1 試體規劃表 試體編號 梁斷面尺寸 H×B×tw×tf(mm) 柱斷面尺寸 H×B×tw×tf(mm) 試體1 300×150×6.5×9 250×250×9×14 試體2 300×150×6.5×9 350×350×12×19 （資料來源：本研究整理）

下部試體為2根梁構件與兩根柱構件組合而成，所有構件均以國內鋼結構 常用之A572 Gr.50規格鋼材製作。兩組試體鋼梁皆採用 RH 300×150×6.5×9 斷 面，鋼柱則分別採用 RH 250×250×9×14 及 RH 350×350×12×19 斷面。樓版寬度 為70cm，厚度為13cm，以鋼承版2W-0.76、混凝土、剪力釘及鋼絲網製作，試體 設計圖如附錄一所示。 防側向扭轉設置在鋼梁設加勁板，並在鋼柱另一側設置短梁，梁柱彎矩接 頭採實務上常用之翼板銲接腹板鎖螺栓方式，如圖4所示，接頭細節如圖5所示。 圖 4 下部試體梁柱構件圖 (資料來源：本研究整理) 加勁板 短梁

圖 5 彎矩接頭細節圖 (資料來源：本研究整理)

第二節 量測儀器設置

本研究試體裝設熱藕計以監測溫度，依 CNS12514-1 規定，梁構造內部熱 電偶測點配置如圖 6 之 B、C、D 三斷面，每一斷面裝設 4 個測點，如圖 7 之(a)、 (b)、(c)所示。兩邊抗彎矩接頭各有 4 個測點，如圖 6 之 A 與 E 斷面，熱電偶 位置如圖 8 所示，共有 20 個。柱斷面熱電偶配置如圖 6 之 F、G、H 三斷面，每 一斷面有 2 個測溫點，如圖 9(a)所示。底梁設中間 1 點，如圖 6 之 I-I 斷面， 熱電偶位置如圖 9(b)所示。

(c)所示。

圖 6 鋼梁熱電偶測點設置斷面圖 (資料來源：本研究整理)

(a) 斷面 B-B (b) 斷面 C-C (c) 斷面 D-D 圖 7 樓版與梁斷面熱電偶配置圖 (資料來源：本研究整理) 圖 8 彎矩接頭熱電偶配置圖 (資料來源：本研究整理)

(a)斷面 F-F、G-G、H-H (b)斷面 I-I 圖 9 柱與底梁熱電偶配置圖 (資料來源：本研究整理) 本次實驗在梁跨度中點及距離中點 660 mm 處設置位移計，量測鋼梁撓曲 量，如圖 10 之δ1、δ2 及δ3，梁柱接頭轉角量則利用柱兩側位移計之差值除 以位移計距離得之，如圖 10 之δ6 與δ7 及δ8 與δ9。鋼梁之軸向變形量則以 耐火陶瓷棒頂住鋼柱翼板外側，並延伸之爐外，再利用位移計量測相對位移， 如圖 10 之δ4 及δ5。 圖 10 位移量測位置圖 (資料來源：本研究整理)

第三節 試體製作

本研究實驗製作束制鋼梁試體 2 座，各包含樓版，鋼梁因構架無法直接安 裝於防火爐緣故，須分為上部與下部結構，再用螺栓接合，如圖 11 與圖 12 所 示。構架中間鋼梁與柱接合處採用螺栓與銲接兩種，腹板用 4 個螺栓，上下翼 板用銲接，如圖 13 所示。構架上部鋼梁置於爐外，構架下部鋼梁將包覆防火棉， 此二梁皆不直接受火，故與柱之接合處則全部採用銲接形式。樓版部分則先架 設鋼承板，放置鋼筋網，並於中央佈設熱電偶，如圖 14 所示，樓版灌漿施工及 完工圖如圖 15 及圖 16 所示。 圖 11 鋼梁試體上部結構 (資料來源：本研究整理)

圖 12 鋼梁試體下部結構 (資料來源：本研究整理)

圖 13 構架中間鋼梁與柱接合形式 (資料來源：本研究整理)

圖 14 樓版中央佈設熱電偶 (資料來源：本研究整理)

圖 15 樓版灌漿施工 (資料來源：本研究整理)

圖 16 試體完工圖 (資料來源：本研究整理)

第三章

束制構件防火試驗

第一節 實驗設備與設置

本實驗將於本所防火實驗中心之複合實驗爐進行，如圖17所示，以現有儀 器設備，適當的設計試體與實驗設置，以達研究要求。實驗設置如圖18所示， 子結構上端梁柱交會區以一端鉸支承一端滾支承形式，以樞接構材與設備梁連 接。中間鋼梁與樓版位於加溫爐蓋板下方，鋼柱與下方鋼梁以防火棉包覆置於 爐內，樓版上方放置載重塊以模擬樓版上作用力，施加載重計算如附錄一所示。 圖 17 防火實驗中心複合實驗爐 (資料來源：本研究整理) 第三章 束制構件防火試驗

設備梁 樞接構件 試體 高溫爐 施力鋼架 防火棉 載重塊 A A 爐蓋版 載重塊 樓版 防火棉 剖面 A-A 圖 18 實驗設置示意圖

第二節 試驗規劃與試驗步驟

本研究火害實驗依據CNS12514-1相關規定進行，試驗步驟如下： 試驗開始前準備事項 1. 室內溫度須介於10-40℃範圍內，且爐內溫度須小於50℃。 2. 試體載重至少須在試驗開時前15分鐘加載至試體，並保持加載不變質 至變形不再增加。 3. 試驗開始前5分鐘內，所有熱電偶之初始值須持續記錄並檢查一致性， 試體之變形量及其他狀態亦須記錄。 耐火試驗過程 1. 試驗開始之際，試體之初始平均溫度和非加熱面溫度須與初始室內

2. 高溫實驗爐依照 CNS 12514-1 溫升曲線加熱，並透過所埋設的熱偶 計監測柱試體的溫度，以瞭解柱試體內外之溫差。 3. 在試驗過程中保持加載不變，且當試體發生進一步變形時，加載系 統應有及時反應之能力，以保持穩定之加載值。 4. 爐內溫度與試體溫度之熱電偶測點，應每隔不超過 1 分鐘量測一 次。 5. 試體在整個試驗中之變形須每隔 1 分鐘量測一次，變形速率依上述 量測值加以計算，本研究採每分鐘量測 6 次。對於水平承重試體， 應量測預期發生最大變形量為至之撓曲度及撓曲速率。 6. 試驗結束後，須觀察試體之變形模式並詳實記錄之。 試驗終止條件 1. 試體達到性能基準，或試驗時間已達預定時間。 2. 因人員安全或設備可能遭受破壞之因素。 水平承重構造性能基準，最大撓曲度：D = L2 /400d (mm)，最大撓曲速率： dD/dt = L2 /9000d (mm/min)，其中L為試體淨跨度，d為斷面受壓最外緣至受拉 最外緣之距離。本研究試體長度為 4000 mm，依上述之性能標準，試體1最大撓 曲度為98 (mm)，最大撓曲速率為4.34 (mm/min)；試體2最大撓曲度為93 (mm)， 最大撓曲速率為4.13 (mm/min)。

第三節 束制構架耐火試驗結果

試體2： 實驗開始之室溫約 26.5℃，試體各測點平均溫度為 26.8℃，試體破壞前加 溫爐內平均溫度與 CNS 標準升溫曲線如圖 19 錯誤! 找不到參照來源。所示，

試體爐內溫度曲線如圖 20 所示，鋼梁撓曲變形與時間關係如圖 21 所示，鋼梁 軸向伸長量與時間關係如圖 22 所示，試體各斷面溫度測點與時間關係如圖 23 至圖 31 所示。 實驗開始後，鋼梁隨溫度升高伸長量增加，但鋼梁中點垂直位移並未明顯 增加。實驗進行 18 分鐘後，鋼梁垂直位移開始增加，此時爐內溫度約 762℃， 鋼梁軸向伸長量於實驗進行 17 分鐘後達到最大值 21.9mm，此時爐內溫度約 755 ℃，鋼梁中點腹板溫度約為 681℃。 實驗進行 27 分鐘後，試體垂直位移速率逐漸增加，實驗進行 53 分鐘，垂 直位移與速率達到 CNS12514 規定之性能基準，此時爐內溫度約 937℃，實驗 進行至 54 分鐘加溫爐熄火，開始降溫並持續紀錄爐內溫度、試體各測點溫度及 變形量。 降溫 11 分鐘後，鋼梁中點垂直位移達到最大值 127.2mm 後，便不再增加， 此時爐內溫度為 459℃。 待試體冷卻後觀察，梁柱接頭銲道、螺栓及剪力板皆無破壞，但腹板及下 翼板皆有局部挫屈，如圖 32 所示，樓版破裂情形與卸載後鋼梁構架變形如圖 33 所示。鋼梁並無明顯側向扭轉情形發生，如圖 34 所示。

圖 19 試體 2 爐內升溫曲線 圖 20 試體 2 爐內升溫曲線 (資料來源：本研究整理) 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0 0 10 20 30 40 50 60 T em perat ure (C ) Time (min) Furnance CNS 12514 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 60 120 180 240 300 360 T em pe ra tu re ( C ) Time (min)

Furnance Average Temperature

54 min

圖 21 試體 2 撓曲變形圖 圖 22 試體 2 鋼梁軸向變形圖 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 0 60 120 180 240 300 360 V er tic al D is pl ac eme nt ( m m ) Time (min) d1 d2 d3 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 0 60 120 180 240 300 360 A xi al D is pl acem ent ( m m ) Time (min) d4 d5 d4 + d5

圖 23 試體 2 斷面 A 測溫點溫度圖 圖 24 試體 2 斷面 B 測溫點溫度圖 (資料來源：本研究整理) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em per atur e (C ) Time (min) Furnance A1 A2 A3 A4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em per atur e (C ) Time (min) Furnance B1 B2 B3 B4

圖 25 試體 2 斷面 C 測溫點溫度圖 圖 26 試體 2 斷面 D 測溫點溫度圖 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em per atur e (C ) Time (min) Furnance C2 C3 C4 C5 C6 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em pe ra ture ( C ) Time (min) Furnance D1 D2 D3 D4 D5

圖 27 試體 2 斷面 E 測溫點溫度圖 圖 28 試體 2 斷面 F 測溫點溫度圖 (資料來源：本研究整理) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em per atur e (C ) Time (min) Furnance E1 E2 E3 E4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em pe ra ture ( C ) Time (min) Furnance F1 F2

圖 29 試體 2 斷面 G 測溫點溫度圖 圖 30 試體 2 斷面 H 測溫點溫度圖 (資料來源：本研究整理) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em pe ra ture ( C ) Time (min) Furnance G1 G2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em pe ra ture ( C ) Time (min) Furnance H1 H2

圖 31 試體 2 斷面 I 測溫點溫度圖 圖 32 試體 2 鋼梁接頭局部挫屈 (資料來源：本研究整理) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 10 20 30 40 50 60 T em pe ra ture ( C ) Time (min) Furnance I1 I2

圖 33 試體 2 樓版破裂情形

圖 34 卸載後試體 2 鋼梁構架無明顯側向扭轉挫屈 (資料來源：本研究整理)

第四章

結論與建議

第一節 結論

本研究結論如下： 1. 鋼柱加側向短梁可增加樓版的穩定性，於試體冷卻時不會造成樓版沿鋼 梁軸向之旋轉，使鋼梁上翼板只有垂直變位，無扭轉行為。 2. 鋼梁加上加勁板有助於試體冷卻時之抗側向扭轉挫屈行為，本實驗加勁 板位置規劃為 2 倍梁深處，除可增加鋼梁抗彎矩之韌性外，對於鋼梁側 向扭轉之穩定性，亦有提升之作用。 第四章 結論與建議

第二節 建議事項

辦理自然火害下梁柱接頭之破壞行為研究：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：中華民國鋼結構協會 本研究成果顯示束制鋼梁於適當位置設置加勁板，有助於鋼梁抵抗火害 後降溫階段時之側向扭轉挫屈行為發生。另外，鋼柱加側向短梁可增加樓版 穩定性，抵抗樓版沿鋼梁軸向旋轉。對於實驗室火害中鋼梁穩定性及梁柱接 頭破壞行為已有初步了解，建議可進行自然火害下之相關研究。

附錄一 試體設計圖

圖號 S1-4 4/18 圖名 框架 A 詳圖 日期 2015/06/30 DETAIL S1-1 3 DETAIL S1-1 4 HOLE ϕ32 17 0 170 11 400 175 前視圖 左視圖 俯視圖 右視圖 前視圖 俯視圖 上下加勁板 10 400 175 10 10 .上下加勁板 10 圖號 S1-5 5/18 圖名 框架 A 詳圖 日期 2015/06/30 Item 3 Item 4 170 175 170 175 1020 1020 Item 5 2 7 15 S1-6 7

圖號 S1-6 6/18 圖名 框架 A 詳圖 日期 2015/06/30 2 @ 6 0 2 @ 6 0 40 40 5 405 70 140 70 344 3@60 260 40 40 32 32 70 32 32 2@ 4o 2@ 4o 5 Φ21.5 Φ21.5 前視圖 左視圖 俯視圖 DETAIL S1-1 7 12 13 12 14 14 15 螺栓 F10T M20 圖號 S1-7 7/18 圖名 框架 A 詳圖 日期 2015/06/30 Item 6 15 312 t = 12 15 169 Item 10 400 34 0 17 0 200 _{HOLE ϕ32} Item 11 3 4 0 1 7 0 t = 20 t = 20 82 400 32 200

圖號 S2-2 10/18 圖名 框架 B 詳圖 日期 2015/06/30 HOLE ϕ32 DETAIL S2-1 9 DETAIL S2-1 10 125 170 400 125 400 170 10 10 10 ₁₁ 10 TYP. 25 25 26 26 TYP. 上下加勁板 上下加勁板 左視圖 前視圖 俯視圖 俯視圖 前視圖 右視圖

圖號 S2-3 11/18 圖名 框架 B 詳圖 日期 2015/06/30 Item 21 Item 22 170 170 125 125 Item 23 S2-4 11 1020 1020 2 7 15 圖號 S2-4 12/18 圖名 框架 B 詳圖 日期 2015/06/30 2 @ 6 0 40 40 2 @ 6 0 5 405 150 48 48 60 60 40 40 5 285 左視圖 前視圖 俯視圖 60 40 40 2 @ 4 8 DETAIL S2-1 11 27 27 28 29 29 Φ21.5 Φ21.5

圖號 S2-5 13/18 圖名 框架 B 詳圖 日期 2015/06/30 15 15 120 222 t = 9 150 75 150 75 HOLE ϕ32 150 75 t = 50 t =50 82 150 32

Item 24 Item 25 Item 26

75 圖號 C1-1 15/18 圖名 連接構件 組裝圖 日期 2015/06/30 360 1150 20 350 395 290 HOLE ϕ26 830 10 31 32 33 34 左視圖 前視圖 仰視圖 275 325 60 60 30 連接構件 (二組)

圖號 C1-2 16/18 圖名 連接構件 詳圖 日期 2015/06/30 4 55 370 t=20 t=20 HOLE ϕ32 150 110 250 Item 33 Item 34 20 20

附錄二

實驗加載計算

本研究實驗試體鋼梁斷面尺寸(H×B×tw×tf)為 300×150×6.5×9，梁長度為 4m。 假設試體為簡支梁，鋼梁降伏強度(Fy)為 3.5tf/cm2。試體強度參考鋼結構容許 應力設計法之計算如下： 1. 斷面肢材寬厚比要求： (a) OK (b) OK 2. 鋼梁容許撓曲應力： 鋼梁側向未支撐間距 Lb = 400 cm 強軸容許撓曲應力取 max{Fbx1, Fbx2} = 1.15 tf/cm2

3. 強軸容許撓曲強度 Max = fbx1 × Sx = 1.15 × 481 = 553.15 tf．cm (載重比為 0.6) 一般梁於使用狀態下，載重比約為 0.1 至 0.2 左右，本實驗為求保守取載重比為 0.3。 Mu = 0.3 × 553.15 = 165.95 tf．cm 4. 容許載重 Pa = wa × 400 = 3.32 tf P = Pa – (2.4 × 0.7 × 0.12 + 0.0367) × 4 = 2.37 tf 故總共需施加 2.37 tf 之載重塊

附錄三

研究業務協調會議紀錄

內政部建築研究所 105 年度第 1 次研究業務協調會議紀

錄

一、時間：105 年 2 月 15 日(星期一)下午 2 時整

二、地點：本所簡報室

三、主席：何所長明錦

四、出席人員：詳簽到簿

五、主席致詞：

（略）

六、研究案主持人簡報：（略）

七、發言要點：

（一）「行動弱勢者照護機構防火避難安全改善之調查研究」案：

1. 本案研究對象機構宜請參考國內有關法規予以調整，如

修正為長期照顧服務法之長照服務機構。

2. 本案進行防火避難性能評估時應審慎，所採用方法、工

具及分析判斷時亦須有其可靠度。

3. 日後研究成果如對於 104 年度協辦案研究成果「老人福

利機構及護理之家防火安全設計參考手冊(草案)」之推

廣應用有益者，可酌情適時提出增修建議。

4. 建議有關長照服務機構面臨之住民避難行動能力不足、

硬體設施、區劃防火性能等問題，可結合防火避難性能

評估一併探討。

（二）「高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究」案：

1. 本研究依照 CNS 12514-1 規定製作試體並進行測試，請

注意試體規劃及製作時程，以利實驗能順利進行。

2. 有關實驗研究之內容，應與本所相關委辦研究整合，釐

清相互間之關係，以避免資源重複浪費。

3. 本研究鋼梁構件實驗複雜，有關試體規劃、實驗程序及

記錄：陳柏端、雷明遠、林霧霆、

陶其駿、李台光

測試，請考量實驗中心設備能量，並做好協調工作，確

保設施之安全。

（三）「建材逸散半揮發性有機化合物可行性之研究」案：

1. 有關建材逸散 SVOC 檢測方法，應蒐集國際相關試驗規

範進行比較分析，並考量臺灣氣候等條件審慎評估建立

本土化檢測方法。另避免影響國內建材產業，本計畫應

辦理相關建築材料調查分析。

2. 本計畫引用 ISO16000-25 標準測試建材逸散 SVOC，評

估本所性能實驗中心缺乏之實驗設備，進行建置經費概

估。調查瞭解國內具備本項檢測技術能力之實驗室現

況。

3. 本年度進行建材逸散 SVOC 檢測方法之國際標準彙析

與建立，相關評定基準、評定項目納入後續年度辦理。

4. 為使題目與研究內容相符，本研究題目修正為「建築材

料逸散塑化劑風險評估及檢測方法之研究」

。

（四）「矩形斷面填充混凝土箱型柱高軸力下撓曲行為之長寬比

影響研究」案：

1. 試體製作需時較久，本案應及早辦理試體採購簽辦作業，

妥慎規劃實驗室排程，並預留試驗分析時間。

2. 圍束繫桿應具明確規格及可控制之品質，研究結果呈現

應註明施工要求，避免因實務誤用或錯用，而致耐震效

果不如預期。

3. 建議題目可修正為「高軸力下矩形斷面填充混凝土箱型

柱耐震性能驗證研究」，以符實際研究內容。

（五）「含組合繫筋之鋼筋混凝土圓柱耐震性能之研究」案：

與施工之研究需求，本案研究題目修正為「含組合繫筋

之鋼筋混凝土方柱承受拉壓軸力耐震性能之研究」，以

解決國內工程實務問題。

2. 建議可先進行理論分析，探討各種形式繫筋的耐震行為，

再針對圍束效果及施工性較佳的繫筋形式，進行實驗研

究，以有效運用研究資源；另應對於傳統及組合繫筋進

行工時統計與分析，以驗證組合繫筋之施工性。

3. 本案試體製作之發包作業，應及早進行，以免影響計畫

的執行。

八、會議結論：

（一）自行研究所需試體之設計、製作及發包，請確實依本所內

部控制要求的時限，如質如期完成。

（二）

請參考與會同仁之寶貴意見，並請納入研究內容參採修正，

使研究成果更為豐富完整。

九、散會：

（下午 4 時 30 分）

研究業務協調會議意見回應表： 審查意見 研究單位回應 1. 本研究依照 CNS 12514-1 規定製作試體並進 行測試，請注意試體規劃及製作時程，以利 實驗能順利進行。 2. 有關實驗研究之內容，應與本所相關委辦研 究整合，釐清相互間之關係，以避免資源重 複浪費。 3. 本研究鋼梁構件實驗複雜，有關試體規劃、 實驗程序及測試，請考量實驗中心設備能 量，並做好協調工作，確保設施之安全。 1. 本研究探討鋼梁遭受 火害降溫階段產生之 扭轉現象，試體將依 CNS12514-1 規定進行 製作及測試，並與台南 防火實驗中心協調，配 合於委託研究實驗完 成後進行實驗。

本所 105 年度自行研究「實尺寸鋼構屋之混凝土鋼承

板火害下承重行為研究」及「高溫下束制鋼梁抗側向

扭轉行為研究」等 2 案期中審查會議紀錄

一、時 間：105 年 8 月 11 日（星期四）下午 2 時 30 分

二、地 點：大坪林聯合開發大樓 15 樓第 3 會議室（新北市新店區

北新路 3 段 200 號 15 樓）

三、主持人：蔡組長綽芳

記錄：李其忠、陳柏端

四、出席人員：如簽到單

五、簡報內容：略。

六、綜合討論意見：

（一）「實尺寸鋼構屋之混凝土鋼承板火害下承重行為研究」案：

邱顧問昌平：

1. 火害實驗區(如圖 3.17)之鋼柱和部分大梁以 ALC

板包覆，實驗區之隔間也以 ALC 磚牆隔間，故

受火害之曝火部分為兩根小鋼梁及其上之(鋼承

板+RC 板)，故第三章第二節中“試體製作”只

論及混凝土鋼承板而已，至於小鋼梁之角色為何?

因圖 3.24 之位移計只量測樓版(較厚之 slab 叫版

而非板)，而未見小梁之溫度及變形之量測。

2. 在戶外做實驗，萬一突然下大雨時，可能影響火

害實驗之成果，請注意防範措施。

方教授一匡：

1. 建請就溫度及變位量測點設置之目的與本研究

之目標關聯性補充說明。

2. 建請就本實尺寸結構試驗之預期成果與早期本

所建立之建築結構耐火性能設計相關預測式結

合在一起，期望能有相關驗證工作。

3. 本研究之試驗規劃詳盡。

陳教授誠直：

1. 本研究為國內首創的實驗，試驗結果將能反應實

體結構火害的行為。

2. 試驗區為構架之一部分，與單一樓版之試驗不同，

試驗結果之討論須考量未受火害其他構件於勁

度與強度之影響。

3. 報告書宜修正(1)摘要與(2)熱電偶線配置位置之

顏色區分。

郭教授詩毅：

1. 薄膜效應扮演重要角色，建議在研究方法或文獻

回顧中，作清楚說明。

2. 薄膜效應下的試驗終止條件(撓度等)如何算出?

試驗中的資料 data 收集，約多少秒一筆資料，是

否足夠供分析?

3. 如圖 3.5 單純樓板熱電偶線配置，單點垂直向之

佈設是否會太密?澆置混凝土時亦會影響及偏

移。

4. 圖 3.12 澆置混凝土時，踏踩綁紮鋼筋面易變形，

建議加腳踏板。

5. 局部火害受溫前後，靜動態加載的結構系統行為

或結構行為變化，可以納入討論。

鍾教授興陽：

1. 樓板火害試驗的終止條件，與樓板下梁構件之終

止條件，可能會由梁構件控制，兩者應綜合考

量。

2. 建議可在樓板特定位置埋設應變計，以量測觀察

樓板薄膜效應的行為。

柯技師鎮洋：

1. 本研究目的為(1)鋼承板受火害的結構反應與行為

(2)耐火性能，混凝土抗壓強度，設計值 210 kgf/cm

2

，

實際平均抗壓強度 306 kgf/cm

2

_{，對於研究目的之}

影響，建議進行探討，尤其是結構反應與行為。

2. 期望混凝土鋼承板具有明顯的薄膜效應，樓版中

間上側就宜有配筋，這一點是否可列於樓版防火

時效的條文內。例如，一小時配置多少鋼筋，二

小時配置多少鋼筋。

陳技師正平：

1. 由樓版小梁配置系統應為小梁懸索效應，而非薄

膜效應。

2. 鋼承板樓版有考慮合成與只當模板用，二種之防

火時效宜予區分。

臺北市結構工程工業技師公會 王技師森源：

無意見。

計畫主持人回應（李副研究員其忠）：

1. 報告書內容有關摘要、圖示顏色、文獻回顧、溫

度及變位量測點設置之目的等，將依審查意見修

正補充與說明。

2. 本研究係與本(105)年度委託研究案「實尺寸鋼構

屋之剪力連接複合鋼梁火害結構行為研究」

，共

同進行實尺寸鋼構屋真實火災實驗，本案研究標

的為混凝土鋼承板於高溫中的結構行為，有關小

梁靜動態加載及高溫中的結構行為，屬於該委託

研究範疇。

3. 本研究試驗結果將與本所之建築結構耐火性能

設計預測公式比較，並考量未受火害其他構件於

勁度與強度之影響。

4. 由 Cardington 試驗結果發現混凝土鋼承板的薄膜

效應，有助小梁防火性能提昇，英國據此發展無

防火被覆小梁的相關設計方法，本研究將初步探

討薄膜效應的影響，期能對實務設計有所助益。

（二）「高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究」案：

邱顧問昌平：

1. 以

1 跨 2 層之子結構模擬多層鋼構大樓之一部分，

進行火害試驗，2 個試體不同之處在鋼柱之翼板

(一為 14 mm，一為 9 mm)。第二章中言梁柱接頭

為抗彎矩接頭，圖 2-3 及圖 2-4 所示者也是，但

第三章第一節中又言子結構上端梁柱交會處以

一端鉸支承另一端滾支承形式，以樞接構材與設

備梁連接，用意何在，請補充說明(建議本節之說

明宜在圖 3-2 對各接頭標示 A、B、C、D 等文字)。

2. 第二章與第三章之文及圖請重新整合，從實驗目

的、裝置、及火害試驗部分，有防火被覆之試體

部分，溫度及變形(在第二章後段)之量測，看不

到何者可以探討抗側向扭轉挫屈之用？或者是

抗側向支撐桿件也要實施防火被覆(單薄之角鋼

是不堪火燒的，會在高溫下很快的破壞)。

方教授一匡：

本研究計畫在於探討梁柱系統在高溫中如何增加抗

扭轉機制，共規劃 2 組大尺寸試體，同時考慮柱尺寸

不同對梁之束制效應，又在梁柱接頭處加短梁，在梁

腹設置加勁板增加梁的抗扭機制，似乎有太多參數要

考慮，建請先將主要參數掌握，使預期成果及實用性

較明確。

陳教授誠直：

1. 去年之研究試體未產生懸鏈效應，未產生塑性鉸，

但達性能基準，本研究終止條件為何，請說明。

2. 試體之 H 型柱弱軸將影響梁側向扭轉機制，宜檢

討 H 型鋼柱增加封板於梁側向扭轉挫屈強度之

影響。

3. 報告書文獻引用與參考書目之連結請加以修

正。

郭教授詩毅：

1. 本研究與 104 年所進行之試驗結果如何作縱向連

結及分析比較，請加以說明。

2. 報告書圖 2-3 如何計算出加勁板的需求範圍尺寸，

與預估加勁效果。

3. 本研究試體尚未製作，建議排定工作時間表，按

期程達標，較易掌握。

4. 建議附期初審查會議紀錄，並有研究回應。

5. 報告書第 13 頁，試驗中之變形及溫度各每隔 1

分鐘收集 1 筆，資料數量是否足夠分析，尤其是

試驗終止前的資料蒐集與判定頗為重要。

鍾教授興陽：

1. 加勁板之設置位置是否有其配置原理，可以補充

敘述。

2. 鋼梁火害實驗的文獻可再增加，以充實報告內

容。

3. 本研究實驗終止條件 D=L

2

/400 d，

d 的定義為何，

是否要考慮複合效應？

柯技師鎮洋：

1. 抗側向扭轉裝置如採用側向支撐桿件，一般於實

務結構強度配置時是單側配置，受火害時，或許

有負面效應。

2. 鋼承板的配置，有垂直大梁及平行大梁 2 種，影

響效果建議可以進一步探討。

3. 柱子採用 H 型鋼，建議可採用封板或封條，形成

Box Column 抗扭性較佳，並減少變數。

4. 樓版厚度採用 13 cm，實務上皆採用 15 cm，如

果試體尚未製作，可考慮修改厚度。

陳技師正平：

1. 下翼板由軸壓轉為軸拉之現象，似乎是因載重與

高溫之合併影響，另一種情況是收縮時產生斷面

受拉。

2. 簡支小梁或固定梁之中間段依規範張力側不會

有側向扭轉挫屈。

3. 實務上大都為下翼板之波浪形扭轉，而非側向挫

屈。

4. 單跨構架束制度似不足，不會產生側向扭轉挫

屈。

計畫主持人回應（陳約聘助理研究員柏端）

：

1. 本研究報告書第二章所言受火害鋼梁部分是採

用抗彎矩接頭，第三章第一節是描述整體鋼構架

之懸吊機制，是在加溫爐上方以鉸支承及滾支承

形式與設備梁連接，二者作用不同。

2. 一般實務上所用側向支撐桿件為單側配置，受火

害時會有負面效應，且其本身亦不耐高溫，故未

予以採用。

3. 本研究規劃抗扭轉機制有 2，除在鋼柱側向加短

梁外，並採用加勁板，根據文獻所述，加勁板位

置約為離柱 1/5 梁長之處，可增加梁 15%彎矩承

載力。

4. 報告書內容有關文獻引用與參考書目之連結、實

驗參數掌握、量測點設置等，將依審查委員意見

補充及修正。

七、會議結論：

（一）本次會議 2 案期中報告，經審查結果原則通過。請詳實

記載與會審查委員及出席代表意見，並請計畫主持人參

採，於期末審查時作適當回應。

（二）請計畫主持人掌握研究時程，並請留意成果報告格式，

以符規定。

八、散會：下午 4 時。

期中審查意見回應表： 委員 審查委員意見 研究單位回應 邱昌平顧問 1. 以 1 跨 2 層之子結構模擬多層 鋼構大樓之一部分，進行火害 試驗，2 個試體不同之處在鋼 柱之翼板(一為 14 mm，一為 9 mm)。第二章中言梁柱接頭為 抗彎矩接頭，圖 4 及圖 5 所示 者也是，但第三章第一節中又 言子結構上端梁柱交會處以 一端鉸支承另一端滾支承形 式，以樞接構材與設備梁連 接，用意何在，請補充說明(建 議本節之說明宜在圖 18 對各 接頭標示 A、B、C、D 等文 字)。 2. 第二章與第三章之文及圖請 重新整合，從實驗目的、裝 置、及火害試驗部分，有防火 被覆之試體部分，溫度及變形 (在第二章後段)之量測，看不 到何者可以探討抗側向扭轉 挫屈之用？或者是抗側向支 撐桿件也要實施防火被覆(單 薄之角鋼是不堪火燒的，會在 高溫下很快的破壞)。  構架分為上下部以螺 栓連接，目的是為了容 易拆裝試體，也能節省 部分經費，因此實驗後 只要換下部試體就 好。至於整體結構是在 上部梁柱交會處以一 端鉸支承另一端滾支 承形式，與設備梁連 接，用以固定整體結 構。  有關抗側向扭轉挫屈 裝置有 2，一為在梁柱 接頭處增加側向短 梁，一為在梁腹設置加 勁板，並非加抗側向支 撐桿件。 方一匡教授 1. 本研究計畫在於探討梁柱系 1. 依據去年研究成果，尺

統在高溫中如何增加抗扭轉 機制，共規劃 2 組大尺寸試 體，同時考慮柱尺寸不同對梁 之束制效應，又在梁柱接頭處 加短梁，在梁腹設置加勁板增 加梁的抗扭機制，似乎有太多 參數要考慮，建請先將主要參 數掌握，使預期成果及實用性 較明確。。 寸較大之柱有較嚴重 之側向扭轉行為，因此 本研究主要嘗試於梁 腹設置加勁板，以增加 梁的抗扭轉機制。 陳教授誠直 1. 去年之研究試體未產生懸鏈 效應，未產生塑性鉸，但達性 能基準，本研究終止條件為 何，請說明。 2. 試體之 H 型柱弱軸將影響梁 側向扭轉機制，宜檢討 H 型鋼 柱增加封板於梁側向扭轉挫 屈強度之影響。 3. 報告書文獻引用與參考書目 之連結請加以修正。 1. 本研究之終止條件為 達到最大撓曲度及最 大撓曲速率時即終止 試驗。 2. 報告書文獻引用與參 考書目之連結已修正。 郭詩毅教授 1. 本研究與 104 年所進行之試驗 結果如何作縱向連結及分析 比較，請加以說明。 2. 報告書圖 4 如何計算出加勁板 的需求範圍尺寸，與預估加勁 效果。 3. 本研究試體尚未製作，建議排 定工作時間表，按期程達標， 1. 本研究主要目的為探 討 104 年試驗時所發生 梁的側向扭轉現象。 2. 加勁板的設置是參考 文獻結果，預估有 20% 的抗側向扭轉效果。 3. 本研究試體已完成，預 計於 12 月中完成實驗。

較易掌握。 4. 建議附期初審查會議紀錄，並 有研究回應。 5. 報告書第 13 頁，試驗中之變 形及溫度各每隔 1 分鐘收集 1 筆，資料數量是否足夠分析， 尤其是試驗終止前的資料蒐 集與判定頗為重要。 4. 期初審查為本所內部 所召開之業務協調 會，已附上回應。 5. 試驗中變形及溫度資 料擷取為每 10 秒鐘收 集 1 筆，每分鐘 6 筆， 尚足夠分析。 鍾興陽教授 1. 加勁板之設置位置是否有其 配置原理，可以補充敘述。 2. 鋼梁火害實驗的文獻可再增 加，以充實報告內容。 3. 本研究實驗終止條件 D=L2/400 d，d 的定義為何， 是否要考慮複合效應？。  加勁板配置原理及火 害實驗資料已補充於 文獻中。  d 已考慮複合效應，並 修正終止條件。 柯技師鎮洋 1. 抗側向扭轉裝置如採用側向 支撐桿件，一般於實務結構強 度配置時是單側配置，受火害 時，或許有負面效應 2. 鋼承板的配置，有垂直大梁及 平行大梁 2 種，影響效果建議 可以進一步探討。 3. 柱子採用 H 型鋼，建議可採用 封板或封條，形成 Box Column 抗扭性較佳，並減少變數。 4. 樓版厚度採用 13 cm，實務上 皆採用 15 cm，如果試體尚未 1. 本研究並未採用側向 支撐桿件。 2. 本研究鋼承板配置為 垂直大梁形式，垂直位 移勁度較平行大梁形 式小。 3. 柱子 H 型鋼弱軸已加垂 直短梁增強，暫不考慮 封板或封條之箱型柱。 4. 依 104 年實驗資料，樓 版厚度並非梁發生側 向扭轉之因素，故暫不

製作，可考慮修改厚度。 考慮採用 15 cm。 陳技師正平 1. 下翼板由軸壓轉為軸拉之現 象，似乎是因載重與高溫之合 併影響，另一種情況是收縮時 產生斷面受拉。 2. 簡支小梁或固定梁之中間段 依規範張力側不會有側向扭 轉挫屈。 3. 實務上大都為下翼板之波浪 形扭轉，而非側向挫屈。 4. 單跨構架束制度似不足，不會 產生側向扭轉挫屈。 1. 下翼板由軸壓轉為軸 拉之現象，是因載重與 高溫之合併影響。 2. 梁側向扭轉挫屈發生 於降溫段，升溫段時不 明顯。且本研究梁非剪 支梁，下翼板若壓力過 大仍會有側向扭轉現 象。

本所 105 年度自行研究「實尺寸鋼構屋之混凝土鋼承

板火害下承重行為研究」及「高溫下束制鋼梁抗側向

扭轉行為研究」等 2 案期末審查會議紀錄

一、時 間：105 年 12 月 1 日（星期四）下午 2 時 30 分

二、地 點：大坪林聯合開發大樓 15 樓第 3 會議室（新北市新店區

北新路 3 段 200 號 15 樓）

三、主持人：蔡組長綽芳

記錄：李其忠、陳

柏端

四、出席人員：如簽到單

五、簡報內容：略。

六、綜合討論意見：

（一）「實尺寸鋼構屋之混凝土鋼承板火害下承重行為研究」案：

鍾教授興陽：

1. 簡報第 35 頁圖中 C33-b2 曲線在 1300~2000 sec

時，鋼筋溫度突降，日後可探討其原因。

2. 簡報第 42 頁圖中 TB-225-3 在 29~35 min 溫度突

昇，是否測溫線受到干擾或有其他原因？

3. 本研究之成果珍貴，將對我國鋼構防火之規範和

研究提供有意義的參考資料。

4. 所內研究人員的辛勞，予以嘉許。

5. 請註明本次樓板的火害實驗結果僅限於附拉力

筋與上層鋼筋網的 case，以免被工程界誤用。

陳技師正平：

1. 建議註明 Deck 僅作模板用途。

2. 剪力釘建議繪圖時注意突出 Deck 至少 38 mm。

3. 樓板上層鋼筋保護層 44 mm，過厚。

柯技師鎮洋：

依據研究結論: 「高溫中整體結構的混凝土鋼承板具

有明顯的薄膜效應」

，如果依據本研究結構配置，如

何合宜轉為「薄膜效應」的方法，如果可以列出，對

於結構薄膜效應，提供實用評估方法。

郭教授詩毅：

1. 實驗中，調整原規劃之木材火載重，考量為何，

應說明。

2. 實驗過後，除了相關資料撓度及溫度的收集外，

建議也將裂縫情況作紀錄，如角隅處之大裂縫

等。

3. 火害中後期，小梁已失去大部分承載能力且喪失

結構行為，改由樓板控制的描述，可以配合實驗

資料的收集，如配合溫度作較清楚的說明。

4. 報告書圖 3.12 照片部分，建議抽換調整。

中華民國全國建築師公會 林建築師鴻志：

1. 有關樓板的薄膜效應如何運用在實際設計上？

2. 建築物受火害後如何評估結構堪用程度？

計畫主持人回應（李副研究員其忠）：

1. 報告書將註明 Deck 僅為模板、樓板配置拉力筋

與上層鋼筋，另圖示、照片、火載量的調整等，

將依審查意見修正與說明。

2. 由於本研究試驗剛完成，相關數據尚在整理中，

若溫度或位移量測結果有異常變化將探討其原

因，並針對火害中樓板撓度變化描述，配合溫度

3. 本研究今年藉由實尺寸鋼構屋火害實驗瞭解混

凝土鋼承板薄膜效應的行為，以期對設計或評估

有所助益。

（二）「高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究」案：

鍾教授興陽：

1. 本研究實驗將在 12 月中旬進行，實驗結果可否

以簡報方式寄給審查委員參考？

2. 以加勁板抗側向扭轉挫屈之力學機制可再探

討。

陳技師正平：

1. 報告書第 17 頁「成」請修正為「承」

，另外圖字

體太小，建議加大。

2. 柱側短樑對梁側向扭轉幫助似乎不大。

柯技師鎮洋：

高溫下束制鋼樑抗側向扭轉，其抗扭側向支撐需求和

現行鋼構設計規範之側向支撐需求，兩者是否相同？

郭教授詩毅：

1. 報告書圖 18 示意圖不清，建議調整。

2. 實驗收集的數據資料如何進行分析，且與模擬結

果作進一步比較，最後結果如何敘述應作進一步

討論。

3. 實驗亦有可能在時間終止時，仍然達不到預期所

要達到的效果或目標，如何處理請說明。

中華民國全國建築師公會 林建築師鴻志：

為克服鋼梁受熱時產生側向扭轉挫屈而設置加勁板，

但其受熱時亦同時失去加勁之效果，是否也需加防火

被覆保護。

計畫主持人回應（陳約聘助理研究員柏端）

：

1. 本研究設置加勁板目的是增加鋼梁在降溫階段

之穩定性，仍屬研究分析階段，故與鋼構設計規

範之側向支撐需求不同。

2. 柱側短樑之設置主要是加強樓版及協助梁上翼

板之穩定，在試體升溫階段產生垂直變形時，不

會發生梁軸方向之旋轉。

3. 本研究目的是探討梁側向扭轉行為，尤其是在試

體降溫階段之變化，並與去年度研究結果比較，

因此實驗終止條件將與去年之實驗相同。

4. 報告書內容文字錯漏、圖表標示不清及字體過小

等，將依委員意見配合修正。

七、會議結論：

（一）本次會議 2 案期末報告，經審查結果原則通過。

（二）請詳細記錄與會審查委員及出席代表之意見，並請計畫

主持人參採及確依本部規定格式修正成果報告，注意文

字圖表之智慧財產權，如有引述相關資料，應註明資料

來源，對於成果報告之結論與建議事項內容，須考量應

為具體可行，並適時將研究成果投稿建築相關學報或期

刊。

八、散會：下午 4 時。

期末審查意見回應表： 委員 審查委員意見 研究單位回應 鍾興陽教授 1. 本研究實驗將在 12 月中旬進 行，實驗結果可否以簡報方式 寄給審查委員參考？ 2. 以加勁板抗側向扭轉挫屈之 力學機制可再探討。 1. 設置加勁板主要目的 是探討試體於降溫時 能提供鋼梁抗側向扭 轉挫屈之行為。 陳技師正平 1. 報告書第 17 頁「成」請修正 為「承」，另外圖字體太小， 建議加大。 2. 柱側短樑對梁側向扭轉幫助 似乎不大。 1. 報告書第 17 頁圖文已 修正。 2. 柱側短樑之設置主要 是加強樓版及協助梁 上翼板之穩定，在試體 升溫階段產生垂直變 形時，不會發生梁軸方 向之旋轉。 柯技師鎮洋 1. 高溫下束制鋼樑抗側向扭 轉，其抗扭側向支撐需求和現 行鋼構設計規範之側向支撐 需求，兩者是否相同？ 1. 本研究設置加勁板目 的是增加鋼梁在降溫 階段之穩定性，仍屬研 究分析階段，故與鋼構 設計規範之側向支撐 需求不同。 郭詩毅教授 1. 報告書圖 18 示意圖不清，建 議調整。 2. 實驗收集的數據資料如何進 行分析，且與模擬結果作進一 步比較，最後結果如何敘述應 作進一步討論。 1. 報告書圖 18 已修正。 2. 本研究目的是探討梁 側向扭轉行為，尤其是 在試體降溫階段之變 化，並與去年度研究結 果比較，因此實驗終止

3. 實驗亦有可能在時間終止 時，仍然達不到預期所要達到 的效果或目標，如何處理請說 明。 條件將與去年之實驗 相同。 林建築師鴻 志 1. 為克服鋼梁受熱時產生側向 扭轉挫屈而設置加勁板，但其 受熱時亦同時失去加勁之效 果，是否也需加防火被覆保 護。 1. 設置加勁板主要目的 是探討試體於降溫時 能提供鋼梁抗側向扭 轉挫屈之行為，不考慮 加防火被覆作為保護。

參考書目

中文部分： 中華民國鋼結構協會，2008，「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構容許 應力設計法規範及解說」，2007 年 6 月。 中華民國鋼結構協會，2008，「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範-鋼結構極限 設計法規範及解說」，2007 年 6 月。 陳生金，「鋼結構行為與設計」，科技圖書股份有限公司，台北市，2009 年 1 月。 郭士雄(2006)，「約束鋼梁在升溫段和降溫段的反應及梁柱節點的破壞研究」， 同濟大學博士學位論文。 趙文成、陳誠直(2009)，「鋼梁構造以不同性能基準判定耐火性能之研究」，內 政部建築研究所委託研究報告。 蔡宜樺、陳正誠、黃國倫，「含扭轉型支撐鋼梁之撓曲韌性行為」，第十屆中華 民國結構工程研討會，2010 年。 陳誠直、林政億、蔡旻諺、王淼(2015)，「含抗彎矩接頭鋼構造梁之耐火性能研 究」，內政部建築研究所委託研究報告。 陳柏端(2015)，「高溫下束制鋼梁構件變形行為研究」，內政部建築研究所自行 研究報告。 參考書目

英文部分：

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