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
本研究係探討火害後的鋼筋混凝土(RC)造與鋼(SS)造構架屋的耐震能力，分別以實驗及分析方式進行研究。本研究團隊將使用 109 年度由建築研究所已委託製作完成之2 座單層單跨 RC 造構架屋，一座為未受火害試體僅探討受震反應，另一座先於台南市歸仁區之內政部建築研究所防火實驗中心戶外場地進行火害實驗，模擬 RC 造構架屋在火場中可能受到的高溫變化，完成後再運至鄰近的國家地震中心台南實驗室，2 座試體可分別進行未受火害和受火害 RC 構架屋之振動台實驗，獲致火害後 RC 造構架屋的耐震能力影響。此外，本研究將製作 2 座單層單跨鋼(SS)造構架屋，以供後續 SS 造構架屋火害後之耐震能力研究。基於前述實驗成果，本研究亦進行受火害與未受火害單層單跨 RC 造、SS 造構架屋受地震之數值模擬，相關成果將研擬 RC 造火害後耐震能力評估流程。
二、研究方法及過程
本研究將延續109年研究成果，針對鋼筋混凝土造及鋼構造建築物，進行火害後建築物之結構耐震性能評估研究，以實際瞭解火害後建築物之耐震能力。本研究110年度仍與國家地震中心台南實驗室結合，進一步進行火害後單層單跨構架之振動台實驗，藉此發展火災後建築物之振動台實驗技術方法與流程，並建立有系統的火害後建築物之結構耐震性能評估方法，且研究火災及地震之多重性災害對建築物之影響。
本研究110年的主題是探討火害後鋼筋混凝土(RC)構架屋之耐震性能，並製作鋼鋼構架屋。因此，本研究團隊利用109年已製作之RC構架屋，於內政部建築研究所防火實驗中心戶外場地進行火害實驗，以模擬RC構架屋在火場中所受到高溫影響，之後再運至鄰近的國家地震中心台南實驗室，進行未受火害和受火害RC構架屋之振動台實驗，藉以了解火害後RC構架屋之耐震能力變化。
本研究亦建置單層單跨鋼(SS)造構架屋2座，以供後續鋼造構架屋火害後的耐震性能研究之用。此外，本研究同時進行受火害與未受火害單層單跨RC造構架屋受地震之數值模擬，最後研擬完成鋼筋混凝土造火害後耐震能力評估流程。
三、重要發現 
(1)振動台實驗結果顯示，相較於無火害RC構架屋，有火害RC構架屋受近斷層地震作用時，側向勁度折減64%、層間位移放大2.6倍、耐震能力下降27%。
(2)梁柱接頭剪力破壞可印證，土木401-110規範草案對於梁柱接頭剪力容量之係數由3.2修正為2.1為合理作法。假設梁柱接頭未發生剪力破壞，依系統識別之參數進行側推分析模擬，火害後構架屋之耐震能力降低28 %。
(3)根據有火害RC構架屋實驗與分析比較結果，以等效ISO 834火害延時搭配Eurocode2之500度等溫線法，選擇截角斷面可獲得火害後柱斷面之等效混凝土抗壓強度與慣性矩折減係數(0.25)。
(4)研究驗證使用有限元素分析軟體OpenSees建立之RC構架屋數值模型於模擬火害前後試體受地震力行為之正確性與可行性，並能用於日後模擬RC結構物受火害後之使用性與安全性之評估與預測。
(5)本研究依照我國鋼結構耐震設計規範，完成實尺寸鋼構屋結構之分析與設計，並興建兩座單層單跨之實尺寸鋼構實驗屋，未來可用來模擬實際三層樓鋼構建築火害前後受震之振動台實驗。
(6)鋼構屋之側推分析顯示，火害後鋼構屋之最大側推(剪力)強度下降約24%、彈性段之側向勁度下降約8%。動力分析顯示，火害後鋼構屋有延長周期、增加層間位移及增加頂層加速度趨勢。
四、主要建議事項
建議一 
火害後RC構架屋之結構耐震補強：立即可行建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：國立成功大學、國家地震工程研究中心
鋼筋混凝土(RC)建築受到火災侵襲後，其構件與梁柱接頭之混凝土與鋼筋，常因火場的溫度造成材質與握裹能力之變化，造成構件與接頭之強度下降，使得鋼筋混凝土(RC)建築整體耐震能力下降。本年度研究成果顯示，吾人已可透過未受火害與受火害之RC構架屋的大型振動台實驗，探討火害後RC構架屋之結構耐震性能。未來宜針對建築物構造火害後補強技術及相關工法之文獻蒐集，完成建築物構造火害後補強技術及相關工法之比較分析，並進行鋼筋混凝土造單柱構件受火害與地震後之修復實驗。
建議二
火害後鋼構架屋之結構耐震性能評估：中長期建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：國立成功大學、國家地震工程研究中心、中國鋼鐵結構股份有限公司
鋼構建築受到火災侵襲後，其構件與梁柱接頭之銲道、螺栓，常因火場的高溫與冷卻方式造成材質變化，造成構件與接頭之強度下降，使得鋼構建築整體耐震能力下降。本年度已建置鋼造構架屋，未來可透過未受火害與受火害之鋼構屋的大型振動台實驗，並輔以非線性靜力側推分析與非線性動力歷時分析，驗證火害後鋼構屋之結構耐震性能，研擬鋼構屋火害後之耐震評估流程。

Fires and earthquakes have been the leading causes of damage and destruction to urban buildings (including reinforced concrete and steel buildings). In recent years, ABRI has focused on the fire experiments of members and structures of reinforced concrete (RC) and steel buildings. The fire experiments and research for the structural and sub assemblages have been systematically carried out and have achieved fruitful results. However, there is still a lack of research to discuss the seismic performance evaluation of buildings affected by fire high-temperatures and damages. After a fire, the building's material properties are affected by high temperatures, which reduces the strength of the building members (such as columns and beams) and reduces the building's seismic resistance. So far, a systematic approach to evaluate the seismic resistance reductions of post-fire buildings has not been established in Taiwan to address this critical issue yet. This research's main objective is to investigate the post-fire seismic performances of reinforced concrete (RC) and steel structures. The research team uses a single-bay and single-story RC experimental house as a benchmark to conduct the shaking table test in NCREE, South Laboratory. Another single-bay and single-story RC experimental house is first subjected to the fire at the outdoor field of ABRI in Tainan to simulate the high-temperature variations that the RC columns may be subjected to in the building fires by the shaking table test. This study will also build two single-bay and single-story steel experimental houses for the same experimental purpose. This study will first carry out the numerical simulations for RC and steel single-story and single-bay experimental houses with or without fire damage. Therefore, in order to correctly evaluate the seismic resistance of buildings after fire damage and to provide correct information for the future seismic reinforcement of buildings after fire damage, the experimental study of structural seismic performance evaluation of buildings after fire damage should be conducted first to provide the references of fire-resistant and seismic-resistant design practices for buildings.