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
本所「鋼構建築複合性災害作用下耐火科技研發計畫」於104年完成建置實尺寸鋼構屋，其基地為19.35m×13.35m，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），其鋼梁與鋼柱皆採用H型鋼，梁柱接頭採用
梁翼板與柱銲接，梁腹板與柱栓接的彎矩接頭，小梁與大梁接頭採用小梁腹板與大梁加勁板栓接之剪力接頭，未來可擴建成5層樓，且設置隔震器(滑動支承)與激振設施，作為多重災害實驗基地。並在105年委託研究案「實尺寸鋼構屋之剪
力連接複合鋼梁火害結構行為研究」，首次進行有關實尺寸鋼構屋火害實驗，探討實尺寸鋼構屋之之剪力連接合成鋼梁在真實的結構束制情況下受真實火害行為。當時與其研究團隊共同研究混凝土鋼承板在火害中的結構行為。106年委託
研究案「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」，賡續有關實尺寸鋼構造火災實驗研究，於106年11月16日進行彎矩連接鋼梁(大梁)與受火害修復之剪力連接鋼梁(小梁)的火災模擬實驗，探討彎矩連接鋼梁於火害的真實
結構行為，及剪力連接鋼梁在有無防火被覆受到高溫侵襲之差異。並與之合作探討受火害修復之混凝土鋼承板之火害結構行為。
今(107)年度委託研究案「實尺寸鋼構屋切削減弱式接頭鋼梁(RBS)與梁柱接頭之火害結構行為研究」，針對實尺寸鋼構實驗屋的切削減弱式接頭鋼梁(RBS)與梁柱接頭來進行真實火害實驗。經由106年修復混凝土鋼承板，發現小梁部份
剪力釘可能受到火害之熱應力與冷卻收縮影響，造成破壞斷裂分離，致無法達到小梁支撐混凝土樓版功能，更無法與樓版共同作用形成合成梁，達到抵抗彎矩之要求，有造成樓版塌陷之虞。因此，本研究將與該委託研究團隊合作，探討剪力
釘與受火害修復之混凝土鋼承板之火害結構行為。
二、研究方法及過程
本研究配合本(107)年度委託研究案「實尺寸鋼構屋切削減弱式接頭鋼梁(RBS)與梁柱接頭之火害結構行為研究」，進行實尺寸鋼構屋切削減弱式接頭鋼梁(RBS)與梁柱接頭火災實驗，一併探討剪力釘對混凝土鋼承板之耐火性能影響，
及分析比較混凝土鋼承板在火害修復後、有無防火被覆及不同鋼材（耐火鋼與普通鋼）小梁支撐。
本研究已於 106 年依據原混凝土鋼承板試體尺寸規格修復，其尺寸為6m×6m，板厚度15cm，普通混凝土強度210kgf/cm2，鋼承板厚度1.2mm 且為模板使用。預拌混凝土澆置前，新舊混凝土黏結界面，分別先以epoxy 環氧樹脂及
水泥漿添加海菜粉等兩種黏結材料施作。且先進行epoxy 環氧樹脂黏結材料施作之混凝土鋼承板火災實驗，今(107)年則進行水泥漿添加海菜粉黏結材料施作之混凝土鋼承板火災實驗，以探討兩者受火害之差異。蒐集鋼承板、鋼筋與混
凝土溫度、混凝土鋼承板垂直位移、火災區劃空間內氣體溫度等資料，持續建立實尺寸鋼構屋火害實驗資料庫。
三、重要發現
本研究針對修復的普通鋼小梁支撐之混凝土鋼承板試體(新舊混凝土黏結界面，以水泥漿添加海菜施作) (埋設有拉力鋼筋與雙向的溫度鋼筋)所進行的實尺寸鋼構實驗屋火害實驗可得到以下結論：
(一)、比較第1 次與第4 次實驗，第1 次的殘餘變位較第4 次大，可能是因為第4 次的鋼承板與小梁是由雙排剪力釘連接，與小梁的合成作用較佳，冷卻到室溫，其強度有一定程度的恢復，故回升量較多，而第1 次的鋼承板與
小梁僅用單排剪力釘連接，火害後，與小梁的合成作用變差，導致樓版變位回升有限。
(二)、4 次火害實驗的樓版中心垂直變形比較結果顯示，樓版火害中變形行為受到諸多因素影響，如大梁有無防火被覆、小梁鋼材性質、新舊混凝土接觸面處理方式、剪力釘長度與數量等，致4 次實驗之垂直變形曲線有所差異，
需再加以進一步探討。
(三)、4 次火害實驗的結果顯示，真實火災實驗目前仍難以控制及預測，使得每次實驗之火場溫度一致，火場的燃燒行為受到諸多因素影響，4 次實驗之溫度時間曲線在線形與火災歷程皆有所差異。
(四)、火害實驗後可發現混凝土鋼承板與小梁些許燻黑，且鋼承板接縫處出現分離之情況，小梁於靠近內牆處產生側向扭轉挫屈。
(五)、試體內的最高溫度不是發生在加熱結束時，而是在冷卻過程中出現，主要因混凝土為熱惰性材料，在火災結束時試體表面溫度開始下降，但仍高於非曝火面處之溫度，部份熱量仍會往內部傳送，致使試體內部溫度繼續上
升。
(六)、混凝土鋼承板溫度分析，發現混凝土溫度最高約為190.1~210.6℃，拉力鋼筋溫度最高為340.1~385.7℃，溫度鋼筋溫度最高為190.1~241.5℃，大梁上剪力釘之溫度最高為265~271.3℃。
(七)、小梁因高溫導致鋼材強度降低，混凝土鋼承板垂直變形隨溫度增加而逐漸變大。樓版中央(D2)變形量最大。
四、主要建議事項
建議一
剪力釘高溫承載力評估之研究：立即可行之建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：
經由 4 次實尺寸鋼構屋火害實驗，發現剪力釘在高溫中對合成梁的複合作用影響甚巨，國內有關剪力釘於高溫承載力評估尚無，實有必要做進一步研究。
建議二
自充填混凝土鋼承板耐火性能研究：立即可行之建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：
隨著自充填混凝土應用於各種建築中，由於自充填混凝土在高溫下易爆裂與剝落，其耐火時效往往比普通混凝土為低，目前缺乏實尺寸自充填混凝土鋼承板在火害中及火害後行為相關實驗資料，值得進一步探討。

Fire tests performed on single isolated structural members are the necessary first step to support the structural fire resistance design. However, such tests do not reflect
the real behaviour of the elements in the whole structure under fire conditions.
Interactions between different structural elements in a whole structure can alter the loading and support conditions of any structural element. This alteration can lead to
completely different structural behaviour from that based on the initial set of loading and boundary conditions.
At present in Taiwan, the fire-resistance test for steel-deck concrete floor mainly follows CNS 12514-1 and CNS 12514-5, which test a simply supported in fire to obtain the fire-resistant time and strength. However, this kind of test method does not
consider the restraint forces in a real steel building on fire. Hence, through the fire test of a steel experimental house, we can study the real structural behavior of steel-deck
concrete floor, and discuss the differences between the real fire test and the standard fire test.
This year, we will discuss the fire damage behavior of shear studs and concrete steel plates subjected to fire damage repair. The fire test results show that the real fire
experiment is still difficult to control and predict, so that the fire temperature of each experiment is consistent, the combustion behavior of the fire field is affected by many
factors, and the temperature time curve of the four experiments is different from the fire history. The deformation behavior of the fire damage in the floor is affected by
many factors, such as whether the beam has fireproof coating, the properties of the steel, the treatment method of the new and old concrete contact surface, the length and
quantity of the shear studs, etc., which causes the vertical deformation curve of the four experiments to be different. It needs to be further explored. The steel bearing
plate and the beam are connected by double shear studs, and the synthesis of the beam is better. When cooled to room temperature, the strength is restored to a certain extent,
so the amount of rebound is more, and the first steel bearing The plate and the beam are only connected by a single shear studs. After the fire damage, the synthesis of the
beam becomes worse, resulting in a limited increase in the displacement of the floor plate.
This project comes to the immediate and long-term strategies.
For immediate strategies:
The study evaluated the bearing capacity of shear studs subjected to fire.
For immediate strategies:
The study on fire resistance of self-compacting concrete steel deck slab.