中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
內灌混凝土箱型鋼柱因其受壓強度高、不易發生局部挫屈且強弱軸差異小等優點，為國內常見之柱構件。相較於一般鋼板，高強度鋼材之高降伏強度與高抗拉強度更適合用於高樓層建築。當箱型鋼柱構件之強度需求較高時，多於鋼柱內灌高強度混凝土以增加其設計強度。於高溫環境下，鋼材與混凝土之機械性質均會隨溫度上升而有所折減，其中鋼材熱傳導性佳，使其強度及彈性模數衰減較快，因此高溫下內灌混凝土箱型鋼柱之強度將依兩種材料之交互作用而有所變化。目前國內外於高強度內灌混凝土箱型鋼柱於高溫下之力學行為的研究較為缺少，因此本計畫將進行高強度內灌混凝土箱型鋼柱之火害實驗，並探討其於高溫環境下之受壓強度及力學行為。
二、研究方法與過程
本研究之方法包含火害試驗與建立受壓強度計算模式。研究首先蒐集與彙整國內外相關文獻及規範，了解影響高強度內灌混凝土箱型鋼柱於高溫下受壓強度之參數，與各國規範對於計算受壓構材強度之方式及限制。火害試驗規劃兩組實尺寸高強度鋼材之箱型鋼柱並內灌高強度混凝土以進行火害實驗。受壓強度計算模式則參考各國規範建立之。實驗結果將與計算結果進行比較，以探討高強度內灌混凝土箱型鋼柱於火害下之行為、受壓強度、破壞模式。
三、重要發現
實驗結果顯示兩支試體的破壞模式為整體挫屈伴隨著柱鋼板的局部挫屈，試體箱型斷面全滲透開槽銲道皆無開裂破壞情況。斷面較大之試體若承受較高溫度，其受壓強度仍會小於斷面小之試體。當溫度為600°C以下時，鋼骨仍具有良好之強度，此時內灌混凝土箱型鋼柱之受壓強度主要由鋼骨提供。當溫度提升至約700°C時，鋼骨之強度急遽下降，內灌混凝土箱型鋼柱之受壓強度主要由混凝土提供。以國內「鋼骨鋼筋混凝土構造設計規範及解說」代入高溫材料機械性質之計算值最為接近實驗值，相較於其它規範準確。
四、主要建議事項
高強度鋼板及螺栓於火害後材料機械性質之研究：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
國內高層建築物常採用鋼構造，惟強度需求高時常使用高強度鋼板；高強度螺栓亦常應用於鋼構造建物之構件接合中，兩者於火害後之機械性質將影響鋼構造建築物火害後的強度。針對國內常使用之高強度建築用鋼及螺栓於火害後材料機械性質之相關研究甚少，高強度建築用鋼及高強度螺栓於火害後之材料機械性質之研究有其必要性，以作為火害後鋼構造建築鑑定與強度評估之依據。