一、前言
為了解美國及國際間最新動態，作為本所未來規劃建築防火與鋼構建築複合性災害耐火科技發展計畫及擬訂研究課題之參考，本所派鄭主任秘書元良及陳約聘助理研究員柏端2人，於今(105)年6月4-12日至美國普林斯頓大學，進行國際結構火災及建築防火實驗技術交流考察，並參加第9屆結構火災安全國際研討會(Structures in Fire, SiF)。其中除拜會普林斯頓大學土木與環境工程系M. Garlock教授，討論國際結構防火趨勢及發展外，並蒐集相關整體建築結構耐火性、多重災害對建築結構損害評估等資料，作為我國建築結構耐火規範之研訂及防災規劃參考。
二、拜會普林斯頓大學土木與環境工程系M. Garlock教授
Garlock教授研究領域是複合型災害方面研究，包括災害後社會復元能力、建築結構耐火性能設計、建築物震後火災調查研究、鋼構造橋梁火害研究、鋼構件接頭火害行為研究，除了數值分析外，也積極與各大學及研究單位合作進行大型節構火害實驗，研究領域非常廣泛，其研究成果也常於國際重要期刊上發表。
本次與Garlock教授訪談內容包括複合性災害、地震後火害、鋼構件接頭火害、與結構耐火性能設計相關研究，如圖1所示。討論議題與內容簡述如下：
(一). 複合性災害研究-火災與地震
本所於台南防火實驗室新建實尺寸鋼構實驗屋，預計於今(105)年完成，規劃火害前與火害後動態結構行為量測，再進行載重下火害實驗，以了解我國常用的剪力連結型式複合鋼梁，受到真實火害的結構反應與行為。
對於建築物複合性災害研究，Garlock教授認為，大尺寸實驗規劃進行非常不容易，尤其是與火害相關研究，更是稀少，所以對於本所在這方面能規劃長期相關實驗計畫，給予極高的肯定與支持。在火災與地震的複合性災害研究，一般來說是以地震後火災研究為主，不過對本所即將進行的火害前後結構動態行為量測，Garlock教授也相當有興趣，她認為可從不同角度進行火害對於主結構之影響，這些資料也可以供地震研究者在實驗前對建築物耐震能力進行折減，是屬於相當寶貴的資料。
圖1. 與Garlock教授在研究室內進行討論
(二). 實驗研究-剪力接頭
為了探究梁接頭的破壞模式，本所於104年完成「抗彎矩構架之梁構件火害研究」，探討柱束制大小對於梁之破壞影響，並於今(105)年進行「含剪力接頭鋼構造梁之耐火性能研究」，及「實尺寸鋼構屋之剪力連接複合鋼梁火害結構行為研究」，探討簡支梁承受重力荷重於火害下之結構行為。
對於本所相關研究，Garlock教授提供一些建議供參考，一般剪力接頭破壞模式為腹板先挫屈，接著是下翼板，最後是螺栓破壞，破壞模式的判斷準則於目前仍未定，最粗略的是以結構是否倒塌為主。有關螺栓破壞模式，在她的研究結果中顯示，螺栓孔邊距只要大於1.5倍孔徑即可，過大效果增加不多，且在高溫時螺栓大多為剪力破壞控制，只是如何提高這部分強度則是另一研究課題。另外，她建議可思考增強剪力接頭設計，如提高延展性，而不是增加材料強度，以增加防火時效。
(三). 建築結構耐火性能設計
結構火害行為複雜，存在許多變數與不確定因素，Garlock教授表示，目前在材料方面還有相當多的基礎研究沒有完成，且在結構火害的破壞行為方面仍須進行諸多實驗印證，這些都是造成結構火害行為仍難以預測，且與數值分析結果仍有相當大的落差的原因。
應用機率概念的性能設計法是一個可以努力的方向，雖然還需要各研究單位共同努力增加實驗資料，不過，能從有限資料中，運用機率方法，對許多不確定因素，歸納出關鍵性的影響因子，並給予適當的權重，讓設計者能從諸多參數中理出頭緒，且有信心進行設計。性能設計法除了可用來量化材料及結構火害的不確定因素外，還可用來進行可靠度評估，在已知火害情境下評估結構安全。
三、參加第9屆結構火災安全國際會議
本次研討會探討主題包括混凝土結構(纖維混凝土，混凝土材料性質)、鋼結構(梁柱接頭、鋼材料性質)、木構造、橋梁與非建築結構、實驗方法、防火安全機率分析、數值方法、及防火材料，研討會簡報會場如圖2所示。對於研討會內容可供本所參考之處彙整如下：
圖2. 研討會會場
(一)、不同溫度下材料基本性質研究：
在結構火害方面的研究，最讓研究人員感到困擾的是缺乏不同溫度下材料基本性質，如應力應變關係(鋼材、混凝土)、材料潛變(鋼材、混凝土)，與高強度材料性質(鋼、螺栓、混凝土)，主要是因為定溫實驗環境不容易達到，文獻少，在EuroCode 3所提供的材料組成律也過於簡略，缺少高溫方面的資料，本所防火實驗中心可進行這方面之研究。
(二)、大型結構實驗屋火害試驗：
自2003年英國Cardington多樓層鋼構屋火害實驗計畫以來，各國研究單位陸續進行相關實驗，2009年美國加州聖地牙哥Englekrik實驗研究中心進行3年5層樓實尺寸震後火災實驗計畫，捷克於2015年進行4層樓Tisova Fire Test實驗，這些實驗數據經過多年整理，仍繼續在各國際期刊及研討會中發表實驗結果及數值分析，如梁柱接頭模擬及破壞模式，樓版薄膜效應等，這些對本所於今年即將進行鋼構屋火害實驗，都是很好的參考資料。
(三)、數值分析軟體方面
泛用型有限元素分析軟體如ABAQUS，ANSYS，可應用於各類產業如機械、電子，土木建築等，舉凡金屬、複合材料、鋼筋混凝土，結構應力、振動、聲學、熱傳、流體皆可分析，這類軟體分析能力雖然強大，卻也複雜不易學習。對於研究結構火害來說，趨勢觀察及預測同樣重要，為了節省時間與計算花費，建議可選用其他軟體。研討會中不乏其他特定性軟體，如模擬結構與大地工程系統受地震反應的OpenSees，或專門使用於混凝土及鋼筋混凝土結構的ATENA，還有混合試驗系統研究程式OpenFresco，建築結構火害SAFIR與LS-DYNA，都可供本所防火實驗中心參考。
四、心得與建議
本次赴美參訪，除與普林斯頓大學土木與環境工程系Garlock教授交換研究心得，增進我國在建築防火科技研究之國際交流外，並參加第9屆結構火災安全國際研討會，蒐集相關建築結構防火實驗方法及數值分析等研究資料，作為我國建築結構耐火規範之研訂及防災規劃參考，對於提升建築防火安全等公共安全議題均有莫大助益。
本次參訪考察建議如下：
1. 有鑑於國際間仍缺乏不同溫度下鋼與混凝土材料基本性質資料，建議可考量與各大學及技師公會合作，共同規劃實驗研究，建立一般材料與高強度材料基本性質資料庫。
2. 進行大型實驗計畫非常不容易，不但經費龐大且費時甚久，在實驗完成後，可針對細節進行局部實驗，或用數值分析進行驗證，再以數值分析求得無法於實驗中獲得的資料，擴大研究成果。