中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
有鑑於國內目前木構造建築限高4層樓，考量防火結構物之主要樓板及承重牆防火時效為1小時的情況下，因此本研究針對直交集成板CLT在1小時的火害下進行其炭化深度及火害行為之研究。主要研究方法透過考察歐洲、北美、日本等地有關直交集成板CLT之構造防火法規與規範，來探討國產及進口直交集成板CLT之防火性能。此外，透過實驗結果之驗證，研提「木構造建築物設計及施工技術規範」中直交集成板CLT構造防火規定之草案，並針對「木構造建築物防火設計施工參考手冊」中，有關直交集成板CLT構造專章內容提出增修建議及草案。本研究預計進行2組CLT樓板及1組CLT牆板之火害實驗，做為驗證所需。
二、研究方法及過程
本研究預計透過文獻回顧分析及實驗驗證的方式建立國內基礎資料。實驗方面，規劃直交集成板CLT之炭化深度實驗及防火性能之確立，透過1小時之火害實驗確立不同材種(日本扁柏、北美花旗松)之CLT樓板及國產柳杉CLT牆板，在加載下之炭化深度。另外，本研究並參考各國相關規定，提出國內CLT樓板在火害後之殘餘斷面等值EI，用以估算CLT樓板在1小時火害後之變形趨勢。
三、重要發現
研究成果首先針對不同材種CLT之炭化深度進行探討。透過預先埋設在不同深度測溫計之溫升曲線中，可發現日本扁柏CLT之曝火面第1層測溫點大約在18分鐘左右有較明顯的升溫趨勢，顯示此時測溫計已經受到火爐溫度之影響，炭化已經達到此深度，因此概算炭化速率約為0.8mm/min；而北美花旗松CLT之曝火面第1層測溫線大約在22分鐘左右有較明顯的升溫趨勢，概算炭化速率約為0.68mm/min。另外，根據整體實驗結果，日本扁柏CLT樓板及北美花旗松CLT樓板之曝火面第2層均無明顯升溫現象，顯示火害所造成炭化層並未完全燒盡曝火面第2層。兩組樓板CLT之炭化深度經量測觀察，均可發現在CLT板搭接處有較大的炭化深度產生。由於搭接處無法如同板本身緊密接合，因此會有火源竄入並造成較深的炭化層。國產柳杉CLT牆板由於無樓板般較大之撓曲變形產生，搭接處並沒有無法密合之影響，因此搭接及非搭接部分之炭化深度無明顯差異。國產柳杉CLT之平均炭化深度約為4.1cm~5.1cm左右，平均炭化速率介0.68~0.85mm/min。較現行規範建議之底部炭化深度4.68cm為大。
另外，本研究亦參考國外規範，進行火害時由於炭化層產生，導致整體強度下降，以致整體撓度會有持續加大的評估方法進行探討。由評估結果可顯示，當曝火面第1層完全炭化，底層主軸由曝火面第1層集成元的強軸變為曝火面第2層集成元的弱軸，因此造成撓度大幅度的增加。此外，當曝火面第1層(強軸)完全炭化後，並燃燒至曝火面第2層(弱軸)時，實驗數據顯示其撓度會突然增大，與理論所推得的結果相同，原因為弱軸不提供強度導致整體樓板等值EI值下降而變形遽增。另外，由於弱軸不提供強度，理論上通過急遽變形階段時，由於強軸層(曝火面第3層)受到弱軸層(曝火面第2層)保護，因此整體等值EI值維持固定的情況下，撓曲變形應為一固定值。然而，CLT板同層各集成元間並沒有進行膠合，故在燃燒時，集成元間會因為受載重的影響產生縫隙，使得火焰經由縫隙對上層集成元進行燃燒，導致整體炭化不均勻並使得強軸集成元(曝火面第3層)受到火害的影響，使得理論值與實驗結果稍有不同。
四、主要建議事項
本研究透過文獻回顧及初步的實驗結果，參考現行木構造建築設計及施工規範之規定，研議並提出未來針對直交集成板CLT在防火設計上的修訂方向及建議，主要建議事項如下。
建議一
研擬「木構造建築物設計及施工技術規範」第九章直交集成板CLT之增修條文：立即可行建議。
主辦機關：所內政部營建署
協辦機關：內政部建築研究
根據本年度所完成的實驗成果及數據，建議研擬「木構造建築物設計及施工技術規範」第九章中，針對直交集成板CLT之增修條文建議。
建議二
彙整直交集成板CLT之防火設計原則出版解說手冊：中長期建議。
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：財團法人台灣建築中心
建議內政部建研所可以本年度實驗及資料彙整成果為基礎，針對直交集成板CLT之防火設計原則出版解說手冊。