楼板中央下陷9公分 成大进行全台首次实尺寸钢构火害实验
▲为掌握钢骨结构建筑逢火害的耐火大数据,成功大学土木系与内政部建筑研究所,进行台湾首次大型钢构实品屋的结构火害实验。(图/成大提供)
现今钢骨结构建筑多,钢构建筑遭逢火害后安全与否让人担忧,为掌握钢骨结构建筑逢火害的耐火大数据,成功大学土木系与内政部建筑研究所,大手笔在归仁校区搭建钢构实验屋,进行台湾首次大型钢构实品屋的结构火害实验。
熊熊大火足足燃烧1小时,成功利用已经建置密密麻麻的感测器,收集楼板与钢梁温度变化的各种数据。未来这些大数据将提供政府做为国内钢构建筑耐火性能设计规范订定参考,以期为未来钢构大楼面临火灾时提供更大的保障。火害实验为,成大土木系与内政部建筑研究所,共同合作的「实尺寸钢构屋之剪力连接复合钢梁火害结构行为研究」研究计划中的重要实验,主要参与人员为朱圣浩教授(计划主持人)、钟兴阳副教授、朱世禹副教授、施健泰博士、李其忠博士。户外钢构实验屋的大型结构火害实验,则由钟兴阳副教授带领研究生赵翊翔、卓俊成、陈嘉伦、郭彦廷、陈博政、廖浩仁、王顺儒等7人完成;现场做了严谨的防火措施,但为防万一,仍邀请台南市归仁消防队前来戒备。
成大指出,此种户外大型钢构建筑的火害实验在国际上并不多见,仅1993年英国、2008年捷克曾做相关的研究,台湾则是第一次。土木系教授、亦为成大副校长陈东阳特地到场指导,对土木系的研究态度与精神大为肯定。
刚完成的火害实验,目的在研究钢构建筑内支撑楼板重量的梁,在真实结构中遭遇火害时的结构行为与耐火时效。实验模拟办公室火灾,大火燃烧约1小时的情境。
作为火害实验的钢构实验屋,由国内常用的H型钢骨和梁柱接合型式,依照台湾钢结构设计规范设计而成,由成大土木研究团队与中钢公司、中钢结构公司合作兴建而成,本次火害实验主体为支撑楼板的横梁,火灾区约10坪房屋,内部堆置9组阿拉斯加云杉木堆,木堆燃烧释放的总热量与10坪办公室火灾的总热量相当。钟兴阳副教授与研究生在火灾区划空间内和横梁上方的楼板、钢结构布满感测器。
考量安全,起火点以酒精膏点燃,由钟兴阳副教授率2名研究生依序点火,片刻后浓烟冒出,火势从小到大到猛烈,火场温度快速攀升,熊熊烈焰令在场人士深刻感受到火灾的可怕以及建筑耐火的重要,感测器同步传输火害实验区内横梁和其他构件的温度与变形资料至实验区外观测台上的电脑荧幕,让研究人员随时掌握小梁和其他构件在火场中的行为。
实验记录显示,点火后4分45秒室内出现火焰,6分33秒火焰已碰触到天花板(即2F楼板下方),楼板中央量测到约0.2公分下陷位移,燃烧约15分钟时发生闪燃,火舌由室内窜出,约30分钟时火焰温度约830°C,楼板中央下陷位移约8公分,之后火势渐小,但楼板仍在下陷变形,待火苗完全消失,最大下陷量约9公分。
钟兴阳副教授指出,要获得构件在火害中最真实的反应与变化,应该在真实钢构建筑中进行实际的火灾实验,并在实验中精密量测钢构件的变形与温度。成大土木系以实尺寸钢构实验屋进行火灾实验,对学术研究与未来防灾都具有重大意义。