第四章 實驗結果及討論
第二節 北美花旗松 CLT 樓板
本實驗於內政部建築研究所防火實驗中心進行，試驗現場溫度為30.8℃，濕 度為54％，試體在實驗完成後之最大撓曲變形為 22.9mm，可換算得到變形速率 為10.1mm/min。實驗開始為 109 年 10 月 13 日上午 11 時 04 分 09 秒，約進行到 3 分 24 秒時，觀測到拼接處開始大量冒煙，10 分 28 秒左右爐內呈現劇烈燃燒，
32 分左右試體四個角落及拼接處開始大量冒煙，由試體之撓曲變形產生突然加 大的現象判斷，曝火面第1 層於 50-55 分左右完全炭化，實驗最後之 59-60 分間 觀察到拼接處有火源竄出。本試體在完成實驗後，並進行炭化層之清除及分割，
確認及量測炭化深度並計算炭化速率。
4.2.1 炭化速率評估
本研究採用 ISO 834-1 之加熱溫度曲線，圖 4-15 準加熱溫度曲線與實驗加溫 曲線之比較，實驗加溫曲線在前12 分鐘左右略高於標準加熱曲線，分別於第 3-5 分鐘以及第 9-11 分鐘，實驗加溫曲線高於溫度控制的上限值約 100-13-50°左右。
由前述實驗記錄可知，本實驗約在 3 分鐘時可以從 CLT 板之中央拼接縫觀察到 大量冒煙，與此時爐內升溫較快有一定關連性。另外，由於本次拼接處之開槽較 拼接板尺寸稍大，因此研判可能因為拼接較不密合，亦導致大量冒煙竄出的現象。
參考北美CLT Handbook(參考 NDS 之數據)所建議之炭化深度速率，使用耐燃性
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較佳之間苯二酚-甲醛樹脂(RF)，1 小時火害後之炭化層深度為 1.8in(約為 4.57cm)，
可知炭化速率約為0.76mm/min 之間。因此，若以此炭化速率推估，則曝火面第 1 層完全燒盡之時間約為 46 分鐘左右，而 1 小時之炭化層深度約為 4.56cm 左 右。由圖4-16，E1 測溫點(曝火面第 1 層)約在 23 分鐘左右會開始偵測到火爐溫 度(曝火面第 1 層燃燒一半深度)，與美國 NDS 所建議的炭化深度吻合。圖 4-17，
F1 測溫點(曝火面第 1 層)約在 24 分鐘左右會開始偵測到火爐溫度(曝火面第 1 層 燃燒一半深度) ，亦呈現相同趨勢。
標準加熱溫度曲線與北美花旗松實驗加溫曲線之比較
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測溫點E 點:不同深度測溫計之升溫曲線
測溫點F 點:不同深度測溫計之升溫曲線
由圖 4-18 曲變形曲線中可發現，大約在燃燒超過 50 分鐘時，樓板之撓曲變
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形有突然增大的情形發生。此現象於前述章節中日本扁柏 CLT 之撓曲變形行為 呈現相同趨勢，可研判為最底層(曝火面第 1 層)，即沿纖維方向之強軸集成元，
已經完全炭化。此現象亦造成曝火面第 2 層開始受到燃燒，然而由於此層為弱 軸，因此無法提供抗彎強度，造成斷面中立軸的急速偏移，而使得斷面的等值EI 驟減，造成變形突然加大的現象。也由於此弱軸(曝火面第 2 層)並不提供抗彎強 度僅做為防火層使用，因此斷面之等值EI 固定，所以亦可觀察到燃燒超過 50 分 鐘乃至55 分鐘後，樓板的撓曲變形呈現變化不大的趨勢。
位移計1 及 2 所量測之撓曲變形
4.2.2 炭化深度之量測
本次進行炭化測量之試體，為於 10 月 13 日完成火害實驗之北美花旗松 CLT 樓板 (5 層共 17.5cm)。其炭化層之量測及佈設規劃，主要透過將既有板片切割成 寬30cm 左右的大小，再將此切割後之單元每 30cm 左右進行一次炭化深度量測。
由於樓板尺寸為432cm*303cm，取中心線位置(151.5cm 處)標註 M，分別在左右 兩側每 30cm 設一裁切點，因此共有 9 處斷面(圖 4-19)長向單元斷面以 30cm 為 間隔進行測量，每一單元共計14 個量測點位 (A 區 3 點、B 區 3 點、C 區 3 點、
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D 區 3 點、E 區 2 點) 。
實驗試體每30cm 分割成一個單元
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單元斷面以30cm 為間隔之量測點位
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北美花旗松 CLT 樓板的炭化深度量測亦採用由 Schaffer 提出的殘餘截面法。
參考北美CLT Handbook 之炭化層深度估算，以北美常用樹種之 1 小時的炭化深 度為約為 1.5in(38mm)，其熱解層深度約為 0.3in(7.6mm)，因此考慮無強度層之 總炭化深度則為45.6mm(平均炭化速率 0.76 mm/min)。
各別切割後之CLT 單元在間距 30cm 之炭化深度量測結果整理如表 4-5 及圖 4-21 其中，在拼接處 210cm-270cm 間之炭化深度為 6.6cm，其中搭接處的最大 深度為7.7cm，判斷由於搭接處並無法如同板本身緊密接合，因此會有火源竄入 並造成炭化層較其他區域為大之情形。搭接處之平均炭化速率為 1.17mm/min，
高 於 文 獻 值( 界 於 0.6mm-1.0mm 間 ) 。其 他非 搭 接 部分 的 炭化 深度 約 介 於 4.1cm~4.9cm 左右，平均炭化速率介 0.68~0.82mm/min。與北美 CLT Handbook(參 考NDS 之數據)中建議的平均炭化速率 0.76 mm/min 相近。
炭化深度量測結果
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北美花旗松CLT 炭化深度量
61
8893500(cm )6
=
62
9960720000 (kgf cm )2
=
5 3 5
2 9 2
1 1
311272500 9960720000 10.27 10 (kgf cm ) 12
63
677600(cm )5
=
64
2490180000 (kgf cm )2
=
4 3 4
2 9 2
1 1
207515000 2490180000 2.70 10 (kgf cm ) 12
65
66
207515000(kgf cm ) 2
=
2490180000(kgf cm )2
=
4 3 4
2 9 2
1 1
207515000 2490180000 2.70 10 (kgf cm ) 12