鋼構造建築由於耐震性佳、施工期短及具循環利用特性，近年逐漸成為國內大型集合式住宅或商業辦公大樓的主流，然而，高溫下鋼材有強度折減與軟化的現象，使得火害對鋼構造建築的危害性較為嚴重，由於鋼柱屬於鋼構建築的重要構件，若受到火害高溫侵襲，嚴重情況將造成鋼柱挫屈破壞，進而造成鋼構建築之嚴重倒塌，鋼柱構件受火害影響可分為內柱（四面受火）、邊柱（三面受火）及角柱（二面受火），由於角柱與邊柱，其鋼梁連接方式較內柱不對稱，造成角柱與邊柱受到較大的彎矩，加以角柱與邊柱在火場中溫度分佈不對稱，火害下的結構行為複雜，以往研究大多針對內柱火害行為，鮮少對於角柱與邊柱的火害行為進行研究，本研究乃透過實尺寸鋼構屋的火害實驗，探討角柱與邊柱於火害下的真實行為。
本次火害實驗區範圍為B區與D區，如圖1所示，實尺寸鋼構屋的角柱與邊柱，如圖2所示。火載量設計依據前期實驗，同樣參考歐洲規範(Eurocode 1)及英國建築研究院(BRE)之火害實驗參數，模擬辦公室火災情境 (火載量密度為40kg/m2木材重量)，並將區劃開口高度縮減至100cm及開口寬度縮減至470cm進行實驗設計，以增加火害延時。
本次火害實驗於108年9月19日進行，如圖3所示，火害實驗空間溫度以B區為例，前220秒為引燃期，220秒後室內溫度明顯快速上升，470秒時天花板平均溫度已達600℃，此時發生閃燃(以室內平均溫度600℃為閃燃發生的判定)，最高溫度與熱電偶樹距離火災室開口遠近有關係，西側開口附近所量測到的空間最高溫度約850℃，遠離開口處所量測到的空間最高溫度大約為950℃，靠近北側之點位，在高溫階段持續較久，可能受到空氣對流之影響。在1360秒時，室內總平均溫度達到高峰約833.8℃，隨後室內溫度開始下降進入衰退期。火害實驗中發現，角柱與邊柱在不同柱高之各測溫點溫度相差不大，顯示出鋼材良好的熱傳導性，最高溫度均發生在0.6 H(H為柱高)斷面。且角柱0.6H和0.9H處之弱軸(南北)方向最大變位皆發生在該斷面達到最高溫度後，角柱0.9H處弱軸(南北)方向之最大變位為向南(實驗區內側) 7.99 mm，其平均斷面溫度為509.1°C，角柱0.9H處強軸(東西)方向最大變位為向西(實驗區外側) 4.79 mm ，其平均斷面溫度為563.2°C。邊柱於弱軸(東西)方向之水平位移最大值皆發生在該斷面達到最高溫之後， 0.9H處為4.12 mm向西(實驗區外側)，其平均斷面溫度為520°C，0.6H處為3.68 mm向西(實驗區外側)，其平均斷面溫度為638°C，0.3H處為1.25 mm向西(實驗區外側)，其平均斷面溫度為603°C。
另本次鋼構實驗屋的現地火害實驗結果顯示，火害後角柱0.9H處的數據推測，角柱受到柱頂兩個方向相接大梁之火害後變形，造成柱頂有側移和扭轉之現象，使其偏離原設計位置；火害後角柱頂端若偏離原設計位置，此角柱將會因P-效應而在火害後受到二次彎矩作用，邊柱亦有此現象。本研究的數值模擬結果顯示：比較三種不同載重模型之角柱(0.9H處)的東西向和南北向之最大變位和整體變形曲線，當角柱達最高溫(640.7℃)時，三個模型之柱頂主要受到兩個方向相接大梁受熱膨脹的外推，而使得柱頂朝北方與西方移動，並產生扭轉現象，另角柱所受之載重越大，其側向偏移量越大，顯示角柱的側向變位，主要來自柱頂兩個方向相接大梁之熱漲冷縮作用。
藉由本研究角柱與邊柱的真實火害實驗結果，顯示角柱與邊柱的水平位移受到大梁影響，其行為相當複雜，如角柱實驗所得側向變位方向與數值模擬有所不同，係因角柱在真實火害下受到其他邊界條件交互作用所致，軸向變形則為伸張收縮與高溫爐所進行鋼柱標準試驗現象一致，但標準試驗無法完整呈現真實鋼柱的受力情況與束制條件，爰有關鋼柱於真實束制及真實火害中之結構反應與行為，實有必要做進一步研究。
圖1 本次火害實驗區範圍
圖2 實尺寸鋼構實驗屋之H型鋼角、邊柱照片
圖3 鋼構屋火災實驗