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建築研究簡訊第117期

  • 日期:111-11-30
業務報導陳柏端
出版「鋼構造建築物防火設計技術參考手冊」

       鋼構造建築物遭受火災時,因火災引起的高溫將降低鋼材的強度與勁度,進而造成鋼構造建築物的破壞甚至倒塌。鋼構造建築物的防火設計傳統上以標準升溫的試驗,測試鋼構件的防火時效;國外對於鋼構造建築物防火設計則大多有專屬的規範,詳細規定鋼構造建築物的防火相關設計,且各先進國家已逐漸發展為以分析計算鋼構造與構件的防火安全設計規範,如日本「鋼構造耐火設計指針」(1999年),歐盟EN 1993-1-2 (2005年),中國大陸「建築鋼結構防火設計規範」(2017年)。另外,美國AISC 360亦於2005年起將結構防火設計收錄於附錄中,供設計者參考。

       為順應國際趨勢,提升我國結構防火設計之能力,本所參考美、歐、日及中國大陸等鋼構造防火設計技術規範,藉由探討與比較各國規範內容和設計方法,並透過專家學者諮詢匯集各方意見,彙整制定本手冊。

       結構防火設計除以防火試驗驗證外,亦可申請「建築新技術新工法新設備及新材料認可」的防火設計,選用適合之程式軟體進行複雜之進階分析,或參照本手冊提供之簡單分析法直接設計。簡單分析法其概念是將承載力、耐火時間及臨界溫度三者間以轉換公式連結,增加設計之方便性,讓設計者可任擇其一作為驗算及判別依據,以達到建築技術規則所規定之防火時效。

       國內鋼構造建築物於常溫之設計大都依據美國AISC規範,本手冊的分析方法主要依據美國AISC 360 (2016)附錄之鋼構造防火設計,故適合國內工程師進行防火設計。手冊內容第一章為總則,說明適用範圍,基本規定,手冊用語及符號。第二章為防火設計,說明設計規定,設計方法,及載重組合與需求強度,主要是強調3種設計概念於設計流程之關係。

       第三章為材料性質,說明鋼材高溫機械性質及熱性質,由於各國鋼材料種類不同,相關機械性質如彈性模數,比例限度,降伏強度及抗拉強度等對於受熱折減率有所差異,所以除美國AISC及歐盟Eurocode資料外,本手冊將日本,中國大陸及國內研究成果一並列出,供設計者選擇。而有關鋼材熱性質如熱膨脹、比熱及熱傳導率等,各國數據較無差異,統一參考歐盟Eurocode資料。

       第四章為防火設計之分析方法,說明設計者可選擇進行進階程式分析或簡單分析2種方法。對於結構的加熱條件區分,則需視火災區域內的可燃物質和空間區劃而定,並根據是否使用防火被覆,依照其相對應之公式,計算鋼構材上升的溫度。最後對鋼構材高溫下之性能評估,可選擇使用承載力、臨界溫度或耐火時間3種設計概念,驗算鋼構材於高溫下之安全性,否則得變更設計條件,重新驗算。

       第五章為防火設計之驗證試驗,說明對於需進行耐火性能試驗之設計者,須依照CNS 12514-1 (2014)之規定做驗證試驗,測試試體之承重能力或鋼材破壞溫度是否超過規定之性能基準,作為試驗之破壞判定依據。

       本手冊另於附錄中輔以簡單分析法之設計流程圖10例及設計範例6例,包括鋼構材升溫計算,鋼構材於各種不同受力情況下之承載力驗算、臨界溫度驗算及耐火時間驗算等,引導設計者熟悉設計步驟及方法。期透過本手冊之出版,能增進業界對鋼構造建築物結構防火設計的瞭解,逐步朝向性能式設計之目標邁進。