木構造建築因具節能減碳功能，在國際上逐漸成為重要之構造類型，惟在我國尚屬起步階段，其結構、防火性能及法令規範等仍有待探討，為使本所同仁進一步瞭解國外相關訊息，俾利未來推動木構造研究及相關業務能更具共識，爰本所邀請張潤文技師於今(111)年3月22日上午來所，以「傳統木構造與巨木構造」為題，進行演講。
張技師潤文(英文名Mark Chang)係美國伊利諾大學香檳校區建築研究所碩士，現為美國華盛頓州土木技師及結構技師，擔任Forum Engineers公司執行長，且建築結構領域經歷豐富，曾於2000至2021年間，擔任美國華盛頓州金縣東部的貝爾維尤市(City of Bellevue)資深結構工程師，負責建築法規解釋與建照審批，熟稔美國木構造建築相關法規。
本次演講內容整理摘要如下：
一、傳統框組壁式木構造建築物工法
美國傳統木構造為2x construction，事實上是以1.5英吋的間柱、屋頂板框架、樓地板框架、內牆及外牆構組而成。傳統木構造包含平台式工法及氣球式工法等兩種施工方法。平台式工法使用較短的木材、堅固的地板表面，木匠可以在其上工作(1樓的樓面為施工面)，可提供更高的耐用性和結構完整性；氣球式工法則可增加風荷載強度，屋頂結構通過連續的牆內柱固定在底板上，抗風性能佳，此工法在多颶風地區非常流行，由於氣球式施工法木構件收縮皆為與木紋路平行的收縮，建築物整體沉降量較小。
木構造建築屋頂閣樓隔熱層若錯誤安裝，潮濕空氣凝結的水會造成潮濕，使木材易腐爛。故閣樓空間的施工很重要，須保持由低處流向高處的空氣流通。另外，結構底部與地面之間的間隙(稱為爬行空間)，其亦需保持良好的空氣流通避免潮濕問題。再者，為避免牆體內部構件潮濕造成發霉，須保持牆體內部為乾燥狀態。
二、木構造建築物之防火
火災風險是所有建築物的關鍵問題，木構造的防火更是重要的議題，木材著火會產生碳化層形成對木材內部的保護，可參考NDS第16章計算有效剩餘斷面，來估計木材的剩餘強度，現今通常以阻燃材料、光學煙霧傳感器、先進的噴水滅火和警報系統以及其他智能建築技術來防火。通常建築物以耐火元件（例如牆壁、地板、門、管道）在指定時間內保護建築物免於火勢漫延到相鄰區域，稱之為防火區劃，建築物可以細分為數個防火區劃，利用具有耐火等級的結構元件進行區劃，旨在控制火勢，並在指定的時間段（通常為30、60、90或120分鐘）內，防止火勢漫延及維護結構安全。結構元件耐火等級係基於ASTM E119規定進行測試，再依美國國際建築法規 (International Building Code，簡稱IBC) 721.1節描述性規定及722.6節木組件的有效耐火時效，判定結構元件耐火等級。
三、木構造建築物之結構設計
木構造的結構設計，係依照國際建築法規2306節傳統輕型框架構造 (Conventional Light-Frame Construction)、美國土木工程師協會(ASCE) 的結構最小設計載荷(ASCE 7)及美國木材委員會 (AWC) 的國家設計規範 (NDS) 等規定進行設計，設計法始於1991年，以榫銷承載強度為理論基礎，輔以實測數據而產生，例如重力分析設計容許值為NDS表4.3.1表列值乘上調整係數 (調整係數隨不同調整對象而不同)。
橫向力係依據美國木材委員會(AWC)的風和地震特殊設計規定來計算得到，橫膈膜組合體與剪力牆組合體強度、組合體各構件要求皆表列於AWC的風和地震特殊設計規定，橫膈膜與剪力牆的縱橫比限制、偏轉位移限制等，都要在設計中體現。
四、木構造建築規模限制
國際建築法規根據不同的用途與危險度，將建築分為10大項使用類別：1.Assembly聚會場所、2.Business工作場所、3.Education教育場所、4.Factory製造場所、5.Hazard風險場所、6.Institution機關場所、7.Mercantile 商業場所、8.Residential 居住場所、9.Storage儲藏場所、10.Utility雜項場所。
建築材料的種類、防火程度與建築使用類別，在決定建築高矮大小時，扮演舉足輕重的角色，國際建築法規依使用類別、建材種類及與防火程度，進行建築構造分類，並限定建築物的高度與樓地板面積。建築構造分類，由高至低分為I、II、III、IV和V等5個分類，第I類和第II類的建築構件必須為不可燃材料構成，不可燃材料包含了混凝土、結構鋼、磚，其他依據指定規範實驗測試合格的材料，如石灰板等，亦可列為不可燃材料；第III類和第IV類的建築構件允許不可燃材料與可燃材料混合使用，唯其外牆必須使用不可燃材料或延緩燃燒處理過的木材構成，其他建築構件得以法規所允許的任何不可燃或可燃材料構成；第V類所有構件皆可用法規允許之不可燃或可燃材料構成。除第IV類細分為A、B、C、HT(heavy timber，重型木材)外，其餘四類又分為A、B來辨識整體建築構件防火程度。所以IA為最高的構造分類，VB為最低的構造分類，一般分類愈高則容許蓋得愈高愈大。
另外在建築水平分隔方面，國際建築法規510.2節定義建築水平分隔效益，考量建築的樓層數、最大容許面積、防火牆的連續性以及構造類別時，在滿足下列所有條件下，各建築可分別視為各個獨立的建築：1.上下建築以具3小時防火時效的樓板分隔開；2.具3小時防火時效之樓板下方的建築為第IA類構造類別；3.穿過水平樓板之管道間、樓梯間、坡道間與電動手扶梯間四周牆壁需有兩小時防火時效，牆壁開孔均須依照716.5節規定予以防火保護；4. 具3小時防火時效樓板上方的建築允許為一間或多間容納少於300人的A類使用空間，或者B類、第2型I-1類有照看護設施、M類、R類、S類使用空間；5. 具3小時防火時效樓板下方的建築必須安裝 NFPA-13 消防噴水系統，允許為 H 類之外的任何使用類別空間；6.在504.3節所規定以公尺為單位的建築高度限制須從地表基準面量起，超過美國IBC高度及樓層數限制的情況，則需進行性能評估審查。
五、正交膠合木(CLT)推進現代巨木構造高層建築物的發展
正交膠合木(Cross Laminated Timber，簡稱CLT)為一種板構造，1985年法國出現第1個CLT專利。CLT板為鋼筋混凝土重量約1/5，可減輕建築物重量，施工時係以鋼釘或鎖接，較無噪音問題，且需工數少，其防火對策為密封包覆X型石膏板。使用CLT的樓板銜接、牆與樓板銜接等，可依照美國國家設計規範 (NDS) 第10章規定進行結構分析計算，惟目前使用於剪力牆部分尚有疑義。CLT用在木構造建築有重大的影響，稱作為巨木構造(Mass Timber Construction)，因為CLT的加入，國際建築法規於2021年做出重大變革，將簷高及樓層數規定放寬。國際知名大型CLT建築有美國波特蘭Carbon 12公寓(樓高8層，高26 公尺)、英國倫敦Dalston Works公寓(樓高10層，高33公尺)、挪威The Tree公寓(樓高14層，高49公尺)、加拿大溫哥華Brock Commons學生宿舍(樓高18層，高53公尺)等案例。
六、木構造建築物的節能減碳效益與本土化應用
木構建築對環境有正向之影響，成熟森林釋放氧氣，吸收CO2；老年森林釋放CO2，故對環境最佳的方案是在野火燒掉或腐爛前提取木材作為建材，建築物於50年的生命週期都能保持貯存碳的狀態(固碳)，且建物生命周期過後仍有其他回收利用的用途，例如發電燃料等。例如峽谷公寓案例使用的木材量為3271立方公尺，美國和加拿大的森林生產出這麼多木材需時9分鐘，儲存在木材中的碳為2590公噸二氧化碳，避免了溫室氣體排放1002公噸二氧化碳，總潛在碳收益3592公噸二氧化碳，減碳成效卓越。
以上是張技師的演講內容，但木構造的應用仍須與本土化環境調和，如構造體及消防設施設備耐震性能的確保、高齡社會避難能力不足之防火安全、避免火害之都市漫延、以及耐久性及結構安全之防腐處理等綜合考量，來推動木構造建築的應用。
圖1 美國張潤文技師至本所進行「傳統木構造與巨木構造」演講
圖2 美國西雅圖–布利特中心（Bullitt Center）外觀
圖3 美國波特蘭國際機場(Portland International Jetport)外觀
圖4 美國塔科馬圓頂體育場（Tacoma Dome）外觀