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
本研究透過蒐集歐洲、北美、日本等地有關直交集成板CLT之構造防火法規與規範，以直交集成板CLT之構造耐火試驗及防火特性進行探討研究，並針對木構造建築物防火設計施工參考手冊提出有關直交集成板CLT構造增修建議。預計進行2組CLT樓板及2組CLT牆板之耐火實驗，探討做為驗證所需。實驗試體使用5層15cm日本扁柏CLT(符合JAS規定)及5層12cm日本扁柏加柳杉(符合JAS規定)分別進行樓板及牆各1小時及2小時之耐火實驗。CLT實驗試體經耐火試驗後，進行炭化層之刮除以確認炭化深度及炭化速率。
CLT實驗試體加熱面經清除炭化層後所殘留之結構斷面，以每10cm距離量測其縱向及橫向炭化深度值，將量測之炭化深度及炭化速率結果，以日本木材炭化率預估模式，係藉由公式之計算，與實際實驗後所得到之炭化深度交叉比對分析，利用實驗數據與預估模式之相關係數討論公式預估之準確性，作為木構造結構設計之參考，以供未來規範修訂時之參考。
二、研究方法及過程
1.文獻回顧法：蒐集歐洲、北美、日本等地有關直交集成板CLT之構造防火法規與規範，彙整國內外木材燃燒特性與炭化理論，整理分析木構材炭化率預估模式。於木構材炭化率部份，對木材燃燒特性、炭化理論與炭化率預估模式等相關資料彙整分析。
2.實驗驗證法：擬定實驗計畫並規劃直交集成板CLT之炭化深度實驗，透過1小時及2小時之火害實驗確立不同材種之CLT樓板及牆板在加熱後之炭化深度。
3.歸納分析法：透過文獻資料整理分析之木構材炭化率預估模式，依CNS12514-1規範所規定加熱曲線實驗後，分析實驗結果資料。在木構材炭化率部份，將依木構材加熱實驗炭化結果與炭化率預估模式相互比較分析，利用實驗數據與預估模式之相關係數討論公式預估之準確性，評估防火設計建議值。
三、重要發現
CLT樓板及牆加熱實驗後，經清除炭化層後所殘留之結構斷面，量測炭化深度與炭化速率值，並經過整理與分析結果如下：
1.實驗試體CLT-R1及CLT-R2尺寸160×140cm，因採水平加熱方式溫度蓄積於試體加熱面底部，且CLT板材可燃物火載量大，因小型多功能爐排氣口位於底部排氣功能略顯不足，使得試體於55分鐘後加熱溫度均高於標準加熱溫度，實驗試體CLT-W1及CLT-W2尺寸110×60cm試驗結果亦相同，建議試體尺寸應縮減，樓板試體縮減為160×30cm，牆試體縮減為110×30cm，對於加熱1小時可滿足標準溫度加熱條件，但對於加熱2小時則須進一步實驗探討。
2.炭化深度量測結果CLT-R1樓板平均炭化深度值為64mm，平均炭化速率為1.07mm/min；CLT-W1牆平均炭化深度值為62.7mm，平均炭化速率為1.05mm/min；CLT-W2牆平均炭化深度值為97.1mm，平均炭化速率為1.62mm/min，試體CLT-R1樓板及CLT-W1牆經1小時加熱試驗其炭化量測結果趨近，但均略高於文獻值1 mm/min，研判係因實驗加熱過程初期1分鐘及第55分鐘後爐內溫度高於標準加熱溫度，導致炭化深度及炭化速率加快，CLT-W2牆亦於第55分鐘後受爐內高溫影響加快炭化深度及速率。
3.實驗結果炭化深度及炭化速率與日本炭化預估模式交叉比對雖可符合文獻設計手冊規定，但實際加熱實驗結果卻略高於理論值，研究顯示爐內加熱溫度應以可控制在標準加熱溫度曲線，避免受高溫影響其炭化深度及炭化速率。
4.建議扁柏樹種直交集成板之炭化深度與炭化速率防火設計值，1小時炭化深度防火設計值為64mm，炭化速率防火設計值為1 mm/min，2小時部分因加熱爐內溫度偏高則須進一步實驗探討。
四、主要建議事項
建議一
可以依據CLT木構造炭化深度及炭化速率實驗結果研提木構造建築物設計及施工技術規範修正建議：立即可行建議
主辦機關：本部建築研究所
協辦機關：內政部營建署
現行「木構造建築物設計及施工技術規範」第九章建築物之防火中第9.3節木構造防火設計定義木構造分為梁柱構件、框組壁式、原木層疊三類，建議增訂直交集成板CLT炭化深度與炭化速率。此項研究成果可供構造建築物設計及施工技術規範修正建議。
建議二
研擬直交集成板材不同樹種的炭化深度與炭化速率防火設計規範：中長期建議
主辦機關：本部建築研究所
協辦機關：內政部營建署
本研究受限經費僅能進行日本扁柏之樓板及牆試驗，未能涵蓋國產柳杉、日本柳杉、北美SPF、花旗松及歐洲雲杉等國際間常用材種，若未來能納入研究，則可涵蓋國際間常用樹種之炭化深度與炭化速率防火設計規範參考。