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研究生: 趙翊翔
Chao, Yi-Hsiang
論文名稱: 實尺寸鋼構實驗屋之複合鋼承樓版於自然火災下結構行為研究
The Structural Behaviors of the Composite Steel Deck Slabs in a Full-Scale Experimental Steel Building under Natural Fires
指導教授: 鍾興陽
Chung, Hsin-Yang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 292
中文關鍵詞: 實尺寸鋼構建築自然火災複合鋼承樓版耐火鋼
外文關鍵詞: Full-Scale, Steel Building, Natural Fire, Composite Steel Deck Slab, Fire-Resistant Steel
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  • 為了探討實際鋼構建築中複合鋼承樓版於自然火災下之結構行為,本研究團隊興建一棟一層樓高、兩跨×兩跨之實尺寸鋼構實驗屋,並利用此鋼構實驗屋內兩個等面積的對角區間,隔間規畫出兩個相同的火災實驗用區劃空間,分別進行兩次鋼構實驗屋的現地大型火災實驗,藉以研究耐火鋼梁實際應用於鋼構建築中樓版系統之耐火能力,吾人特別在一個區劃空間的複合鋼承樓版下方採用以普通鋼製作的小梁,此為對照組SD1試體,另一個區劃空間的複合鋼承樓版下方則採用以耐火鋼製作的小梁,是為實驗組SD2試體,兩組試體分別被施以相同的靜載重、活載重和火載重,並分別進行兩次單一開口區劃空間之自然火災實驗。兩次火害實驗結果顯示:含耐火鋼小梁的SD2樓版試體之最大變位明顯小於含普通鋼小梁的SD1樓版試體,而火害中SD2樓版試體中心最大變位為SD1樓版中心最大變位的68.3%;兩試體冷卻到常溫後,SD2樓版中心殘餘變位為SD1樓版中心殘餘變位的57.2%;此外, SD2試體量測點位的平均回彈率(約為69%)高於SD1試體量測點位的平均回彈率(約為60%);由以上結果可發現含耐火鋼小梁之SD2鋼承樓版試體除了能有效降低受到高溫火害所產生之變形外,並能以較高的回彈率,在火害後自然冷卻至常溫時產生較小的殘餘變位。

    In order to investigate the structural behaviors of composite steel deck slabs in a real steel building in natural fires, we built a one-story, two bays by two bays, full-scale steel experimental building, and utilized the two diagonal regions with equal area to create two identical compartments. Two large-scale in-situ fire tests were performed respectively in the two identical compartments to study the fire-resistant performances of using fire-resistant steel beams in the floor system. We utilized the normal structural steel beams under the composite steel deck slab in one compartment, and named this control group floor specimen as SD1. In the other compartment, we employed the fire-resistant steel beams under the composite steel deck slab and named this experimental group floor specimen as SD2. The two specimens were subjected to the same dead load, live load and fire load, and two natural fire tests were separately conducted in the two single-opening compartments. The two fire test results showed that the maximum displacement of the SD2 specimen was significantly less than the SD1 specimen. The maximum displacement of the SD2 specimen was 68.3% of the maximum displacement of the SD1 specimen. After cooling back to the ambient temperature, the residual displacement of the SD2 specimen was 57.2% of the residual displacement of the SD1 specimen. It can be concluded that the SD2 specimen using fire-resistant steel beams could effectively reduce the deformation due to high-temperature fire, and could resulted in less post-fire residual displacement.

    摘要 I Extended Abstract III 誌謝 IX 目錄 XI 表目錄 XIV 圖目錄 XVI 符號表 XXIII 第一章 緒論 1  1.1 研究背景與動機 1  1.2 研究目的 3  1.3 研究方法 4  1.4 論文架構 5 第二章 文獻回顧 7  2.1 鋼承樓版火害相關研究 7  2.2 自然火災實驗相關研究 9  2.3 實尺寸鋼構實驗屋相關研究 11 第三章 鋼承樓版試體規劃 13  3.1 鋼構實驗屋與鋼承樓版試體介紹 13   3.1.1 鋼構實驗屋 13   3.1.2 鋼承樓版試體 15  3.2 試體材料介紹 15   3.2.1 鋼承鈑 15   3.2.2 剪力釘 15   3.2.3 混凝土 16   3.2.4 鋼筋 17   3.2.5 全普通鋼小梁Sg1 17   3.2.6 全耐火鋼小梁Sg1a 17   3.2.7 部份耐火鋼小梁Sg1b 18  3.3 試體設計與製作 18   3.3.1 含普通鋼小梁之鋼承樓版SD1試體之設計 18   3.3.2 含耐火鋼小梁之鋼承樓版SD2試體之設計 19   3.3.3 試體製作過程 19   3.3.4 製作混凝土圓柱試體 20 第四章 實驗規劃 47  4.1 載重設計 47  4.2 防火設計 48   4.2.1 防火被覆 48   4.2.2 防火隔間 48  4.3 火載量設計 49   4.3.1 木框架設計 49   4.3.2 木框架燃燒試驗 50   4.3.3 火載量計算 52  4.4 量測計畫 55   4.4.1 量測儀器介紹 55   4.4.2 樓版熱電耦點位配置 56   4.4.3 空間熱電耦樹點位配置 59   4.4.4 位移計點位配置 60   4.4.5 監視系統配置 61  4.5 現地實驗配置 61   4.5.1 儀器區 62   4.5.2 主要控制組 62   4.5.3 後備控制組 63   4.5.4 觀測鷹架 63   4.5.5 DV攝影 63  4.6 防護措施 64   4.6.1 石膏板與矽酸鈣板 64   4.6.2 防火棉 64  4.7 實驗方法 64   4.7.1 實驗步驟 64   4.7.2 實驗終止條件 65 第五章 實驗結果 107  5.1 現地實驗過程 107   5.1.1 第一次火害實驗 107   5.1.2 第二次火害實驗 108  5.2 實驗區劃內之室內空氣溫度 109   5.2.1 第一次火害實驗 109   5.2.2 第二次火害實驗 111  5.3 含普通鋼小梁之鋼承樓版SD1之量測資料 112   5.3.1 鋼承樓版溫度之量測結果 112   5.3.2 鋼承樓版位移之量測結果 119   5.3.3 破壞模式 122  5.4 含耐火鋼小梁之鋼承樓版SD2之量測資料 124   5.4.1 鋼承樓版溫度之量測結果 124   5.4.2 鋼承樓版位移之量測結果 129   5.4.3 破壞模式 132  5.5 小結 133 第六章 實驗結果比較與討論 257  6.1 兩次火害實驗區劃空間內空氣溫度比較 257   6.1.1 溫度歷時曲線 257   6.1.2 區劃空間內水平剖面之溫度變化 258   6.1.3 小結 258  6.2 試體內部之溫度比較 259   6.2.1 樓版溫度歷時曲線比較 259   6.2.2 樓版試體熱電耦量測點最高溫度比較 259   6.2.3 樓版垂直剖面之溫度分佈 260   6.2.4 小結 260  6.3 試體變位比較 261   6.3.1 樓版各方向線之垂直變位曲線 261   6.3.2 樓版三維垂直變形圖 263   6.3.3 樓版之水平變形 263   6.3.4 變位與溫度曲線圖 263   6.3.5 小結 264  6.4 試體破壞模式 266 第七章 結論與建議 283  7.1 結論 284  7.2 建議 287 參考文獻 289

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