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107年度鋼構建築複合性災害作用下耐火科技研發計畫個案計畫(4/4)

(2017/4/25)

壹、計畫緣起
本計畫依據(1)行政院民國102年10月3日第3367次會議核定「國家科學技術發展計畫(102-105年)」,有關內政部102 年至105 年科學技術發展目標:策略一 (4)提升防火工程科技之永續應用,精進建築防火性能法規及性能設計技術,研發火災極早探測、逃生避難、自動滅火、消防救災及系統整合等智慧化應用,結合結構耐火、避難煙控、區劃設備等創新技術,建立結構火害後非破壞性檢測機制與補強基準。(2)「國家科學技術發展計畫(106-109年)」(草案) 目標二、「堅實智慧生活科技與產業」3.因應複合型災害發生頻仍,亟需運用新興科技建構安全。 (3)內政部中程施政計畫(106至109年)施政綱要第二項「建構永續、宜居環境」辦理。(4)「NSTP-20010305020100:1.加強防救災科技研發成果之落實與應用」。(5)「NSTP-20010305020200:2.強化防災科技研發」。另本計畫係接續前一年度(106年)「鋼構建築複合性災害作用下耐火科技研發計畫(3/4)」,並依「內政部106年度施政目標與重點:三、 健全國土規劃,落實國土永續發展(二) 建構永續智慧生活環境,精進建築科技技術研發,強化都市防災韌性,打造友善居住空間;充實國土基本圖資,擴大國土資訊流通應用。」之施政目標辦理。
近年來建築建築延壽、永續利用以及巨大震災下建築物災害韌性的觀點逐漸受到重視,一棟建築物在它的生命週期中或多或少會遭遇到一種以上災害的衝擊影響,因此複合式(或多重性)災害之研究更相形重要。
就複合式(或多重性)災害,有關火災與震災先後關係之災害情境安排問題而言,基於本計畫主要以火害研究為中心來探討結構安全問題,參酌一般建築物受火害後,必須先確認結構安全再進行結構物修復補強,故先火後震之研究其應用頻率較高也較廣泛;反觀先震後火之狀況通常發生在巨大震災後火災,若建築物仍堪使用,就火害而言研究重點可能會聚焦於防火防煙區劃、防火被覆、防火貫穿材、消防設備、管線等之防火避難功能維持。因此,本計畫複合式(多重性)災害研究係以在建築物生命週期中受到火害與震害影響為優先,次為類似日本311地震在同一時間受到火災之複合災害衝擊影響。其研究定位,主要著重在建築物生命週期中多重性災害影響,故本計畫前階段將以先火後震為主軸之災害情境,進行火害後鋼結構健康檢測與診斷技術,並制訂火害後鋼結構安全評估準則、補強設計規範等研究;本計畫後期俟國家地震工程研究中心第二實驗設施(預定106年啟用)完成後,再進行先震後火之災害情境下之相關研究。
本計畫104年完成興建實尺寸鋼構屋,其基地為19.35m×13.35m,鋼構屋尺寸為一層樓的鋼構(樓層高度4m,面積12m×12m,2跨×2跨,計9根柱),105年至106年已進行大、小梁之火害及靜動態實驗。107年持續有關實尺寸鋼構屋真實火災研究議題探討及發展火害後鋼構造健康檢測與診斷技術。

貳、歷年已完成之工作計畫說明

104-105年度重要績效成果:
一、辦理完成有關「建築結構耐火技術」等研究10案,另106年度刻正辦理5案(如下所示)。
(一)104年度研究計畫
1. 複合性災害實驗用實尺寸鋼構屋結構行為研究
2. 含抗彎矩接頭鋼構造梁之耐火性能研究
3. 箱型鋼管混凝土柱偏心載重防火性能研究
4. 火害後修復鋼筋混凝土柱承受偏心載重之耐火性能研究
5. 高溫下束制鋼梁構件變形行為研究
(二)105年度研究計畫
1. 實尺寸鋼構屋之剪力連接複合鋼梁火害結構行為研究
2. 含剪力接頭鋼構造梁之耐火性能研究
3. 實尺寸鋼構屋之混凝土鋼承板火害下承重行為研究
4. 高溫下束制鋼梁抗側向扭轉行為研究
5. 彎矩作用下箱型鋼管混凝土柱耐火性能
(三)106年度研究計畫
1. 實尺寸鋼構屋彎矩連接與剪力連接鋼梁之火害結構行為研究
2. 高強度鋼構造梁柱接頭之耐火性能研究
3. 實尺寸鋼構屋火害後修復混凝土鋼承板之耐火行為研究
4. 彎矩連接式鋼梁之標準試驗與真實火害之比較研究
5. 建築用噴附式防火鋼骨被覆材料標準之研究
二、發表於SCI、EI、TTSCI論文1篇、國內外研討會論文14篇。
三、辦理國際首次實尺寸火害、震害多重災害模擬實驗。內政部並於105年12月14日,以「獨領全球我國首創火災、地震多重災害實屋模擬實驗」為題舉行記者會。
四、為蒐集國際上有關複合式(或多重性)災害研究現況,105年參訪美國國家標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)。
五、為了解國際上結構火災及建築防火實驗技術發展趨勢,105年赴美國參加第9屆結構防火國際研討會(Structures in Fire, SiF)及參訪普林斯頓大學土木與環境工程系M. Garlock教授。
六、104年與成功大學、中鋼公司、中鋼結構公司、劦承精密股份有限公司、佳德建材股份有限公司合作興建實尺寸鋼構屋試體,105年柏林股份有限公司提供防火被覆材,廠商配合款金額累計3,120千元,促成與產業團體合作研究,提昇防火技術。
七、因應CNS 12514-1「建築物構造構件耐火試驗法-第1部:一般要求事項」等修訂,104年完成修訂其試驗操作手冊9份,並辦理前述標準之訓練講習會。
八、提供實驗設施與檢測技術服務,辦理有關建築結構檢測案23件,技術支援相關實驗74次(材料熱釋放等檢測)。
九、參訪本所防火實驗中心累計386人次,以建築及土木科系之學生為主,對於國內防火建材應用及構造耐火等檢測標準與設備能有進一步的認識與了解。本所防火實驗中心網站刊載最新防火研究成果及相關法規、研討會、訓練講習活動資訊等累計32則,瀏覽人次則為531,792人。
十、參與審查CNS國家標準累計36案及參與經濟部標準檢驗局「建築用防火門檢驗技術一致性會議」研議建築用防火門商品檢舉案件處理作業程序及討建築用防火門同型式判定原則執行疑義與新舊CNS 11227檢驗標準內容差異性分析及相關審查事宜之評估案。
十一、新增防火實驗資料庫累計420筆。

參、未來擬規劃之研究課題說明

107年計畫研究課題方向如下:
一、鋼構造建築多重性災害之行為研究:
持續實尺寸鋼構屋及構件火害結構行為研究
二、鋼構造建築火害之結構安全評估:
發展火害後鋼構造健康檢測與診斷技術

肆、研究成果之預期績效說明

一、建立鋼構造多重性災害之行為模式,研修(訂)適合國內現行建築法規採用之規範與性能化防火設計需求,如鋼結構設計法規範有關防火考慮事項、「建築物構造防火性能驗證技術手冊」有關鋼構造部分。。
二、建立鋼構造火害之結構安全評估準則與修復技術,研訂火害後鋼結構補強設計規範。
三、進行國內常用鋼構造實尺寸多重性災害實驗,可加強建築新材料、新設備、新工法驗證能力,制定國家測試標準規範、發展防火性能認可試驗基準與驗證技術,發揮內政部建築研究所防火實驗中心功能。
四、歐洲EC3規範針對鋼構造防火時效已有設計方法,倘經由本研究相關實驗驗證後,如能與前揭國外設計資料相符,該成果或可納於國內現行建築技術規則或鋼結構設計法規範中。
五、研發鋼構造建築物防火應用性技術,以具體研究與技術成果的實力,積極參與國際交流活動及國際合作研究計畫,瞭解國際研究發展現況及未來方向,藉以提昇我國鋼構造建築結構防火技術水準。