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建築研究簡訊第118期

  • 日期:112-03-30
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

鋼構造由於具有強度高、自重輕、施工速度快等優點,因此常使用於中高樓層建築。但由於鋼構造相對於鋼筋混凝土構造耐火性能較差,使鋼構造建築物遭受火害時,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;然而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,詳細規定鋼構造建築物的防火設計。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。

現行國內建築物之防火時效規定於建築技術規則內,尚未對火害敏感度較高的鋼構造建築物進行防火性能化設計有所規定,亦未在「鋼結構極限設計法規範及解說」內提供防火設計範例。

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,進行鋼構造建築物防火性能化設計研究,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。

本設計手冊重點摘要如下:

1.     第二章防火設計:本手冊於載種組合上參考AISC (2016)增加設計基準火災造成的力量,即鋼結構之升溫情況,分為區劃火災、局部火災、閃燃後區劃火災及開口噴出火焰4種,各有其不同升溫關係,分析方式參考Eurocode 1規定。

2.     第三章材料性質:本手冊所用鋼材高溫機械性質折減係數及熱性質採用美國AISC(2016) 及Eurocode 3 (2005)所建議,並考量因鋼材種類不同,將日本「鋼構造耐火設計指針」(2017)、大陸「建築鋼結構防火技術規範」(2017)相關規定,及國內對一般常用鋼材之研究成果一併列出供參考。

3.     第四章防火設計之分析方法:本章對於前述4種設計火災情境與空氣升溫進一步做說明,並提供簡易公式計算鋼構件增加之溫度及結構因溫度變化所造成之內力。另外,在結構安全檢核方面,亦參考各國規範相關規定,提供防火承載力、耐火時間及臨界溫度等驗算,以滿足鋼結構或構件於高溫下之安全設計。

4.     第五章防火設計之驗證試驗:除了設計分析外,現今國內外規範皆可以耐火試驗方法進行驗證,我國則須依照CNS 12514-1 (2014)「建築物構造構件耐火試驗法-第1部:一般要求事項」之規定進行耐火試驗,以判定鋼結構或構件承重能力與穩定性,並可依照ASTM E 119 (2018) 標準耐火試驗法測定鋼材之破壞溫度。

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。本手冊並於附錄中輔以簡單分析法之設計流程圖及設計範例,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。

 

未命名6

 

鋼構造建築物防火設計技術參考手冊