四、設計理論

建築物需要防火保護的結構構件有梁、柱、斜撐、樓板、小間填塞及層間塞等。
梁、柱、斜撐等結構構件,在於保護其於高溫下不致遭到結構性的破壞,亦即維持構件的應力強度使能繼續 承載載重。
樓板及層間塞的保護目的,類似隔火牆,避免火燄經由縫隙或經由熱傳導,而引發上層空間的火災,從而阻 止了火災的蔓延。

樓板

目前以國內的觀念認為鋼樓版沒有結構作用,所以不需要防火保護。
但是訴諸於各國防火法規來看,情況並不那麼單純。
ASTM E119防火規範針對版耐火能力的失敗標準定義如下:

  1. 版無法繼續承載載重。
  2. 版之背火面溫度超過139℃+。
  3. 版之背火面上的綿絮被點燃。

其中並無針對鋼承版有結構作用而另有特殊規定。所以鋼承版的防火被覆需要與否,主要應視其上混凝土層之厚度而定。

梁、柱、斜撐

就結構構件之耐火能力理論上而言,一鋼構件所需保護的厚度,端視其耐熱能力而定。若此鋼構件耐熱能力 佳,則其所需之被覆厚度也薄,而鋼構件之耐熱能力可由下列三點決定:﹝註六﹞

  1. 熱消散能力﹝Heat Dissipation﹞
    如圖9-a及9-b之比較,梁因其上翼與樓版接觸,在受熱時,熱量經由此介面傳導至樓版及上層空間。 而柱因無此熱消散面,故在其它條件相同時,柱所需之保護厚度較梁為厚。同樣之觀點,UL將斜撐之防火設 計歸納於柱的範疇。
  2. 受熱周徑﹝Heated Perimeter﹞
    如圖9-b及9-c之比較,同樣的構件,9-c梁其暴露面小,熱量傳入之途徑也變小,構件本身的溫度上 升也變慢了,表示其耐熱時間增長,所以所需保護厚度也較薄。
  3. 容熱能力﹝Heat Capacity﹞
    見圖9-b及9-d之比較,二梁之外徑相同,但9-b梁的斷面積大,在同時間傳入二梁之熱量相同,但是 平均單位體積之受熱程度,圖B梁當然較小,表示其所需保護厚度較薄。

9-A

9-B

9-C

9-D

UL觀點,因同時引具此三變因,因此其設計模式甚為複雜,但是AWCII 發行之“Design Selection Utilizing Sprayed Fireprotection”針對UL設計手冊的使用要領有很詳細的解說。
英國的ASFP 只引具第二及第三項變因,以Hp/A為變數,雖然簡化了計算模式,但精確性不如UL。
日本方面則完全以試驗值為標準,不做任何調整,常無法顧即耐熱能力差的結構構件﹝如小梁等﹞。
當然,簡化設計﹝如日本模式﹞可省去繁瑣的設計過程及施工時放樣的困擾,但是精確性值得商榷。
目前國內絕大多數業者均引用UL設計模式,但是值得注意的是,一些非專業廠商斷章取義,以偏概全,其所建議的厚度常未能達到應該有的防火時效。

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