實驗結果討論

本研究考量國內目前木構造建築限高 4 層樓，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。主要透過進行2 組 CLT 樓板及 1 組 CLT 牆板 之火害實驗，分別為5 層 15cm 之日本扁柏直交集成板 CLT、5 層 17.5cm 之北美 花旗松直交集成板CLT，以及 5 層 18cm 之國產柳杉直交集成板 CLT 牆板，做為 CLT 構造專章內容之建議依據及炭化層深度之驗證。

5.1.1 實驗結果討論

由實驗結果可發現試體中央位置之測溫點，在不同深度測溫計之溫升曲線中，

日本扁柏CLT 之曝火面最底層測溫線大約在 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，概算炭化速率約為0.8mm/min；而北 美花旗松CLT 之曝火面最底層測溫線大約在 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，分別 都可發現在 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。整體而言，三組試體的炭化深度可整理如下:

(1) 日本扁柏 CLT 樓板非搭接部分的炭化深度約介於 4.4cm~5.1cm 左右，平

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均炭化速率介0.73~0.84mm/min。略高於日本國土交通省建議的炭化速 率值(制式工法建議炭化深度值為 4.5cm)。

(2) 北美花旗松 CLT 樓板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。

(3) 國產柳杉 CLT 牆板於搭接及非搭接部分之炭化深度無明顯差異，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 現行規範表9.3-1 之值底部炭化深度 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(圖 5-1 Step A)，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(圖 5-1 Step B)。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。

針對此現象本研究提出以下建議:

(1) CLT 樓板由於集成元組成方式與 GLT 不同，在強軸集成元完全燃燒後會 有強度銳減之現象，原因在於弱軸集成元僅提供炭化保護功能而不提供 強度，所以僅用炭化深度來決定構件是否可以承受預定載重的方式較不

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恰當。

(2) 因此本研究建議，將本研究進行實驗之試體(集成元層數、厚度固定)定 義為制式工法，未來使用相同類型之 CLT 板進行設計時，可依本研究 提供之炭化深度進行設計。若為不同規格之 CLT 板，則在可確認其炭 化速率的條件下，進行本研究提供之殘餘強度評估公式進行檢證。

Step A: 弱軸不提供強度導致整體樓板等值 EI 值下降而變形遽增

Step B: 強軸層受到保護因此整體強度維持固定的情況下，撓曲變形應為一固定值 理論與實驗撓曲變形之歷時比較

5.1.2 實驗結果之限制條件

本研究針對三組直交集成板 CLT(5 層 15cm 之日本扁柏直交集成板 CLT、

5 層 17.5cm 之北美花旗松直交集成板 CLT，以及 5 層 18cm 之國產柳杉直交集成 板CLT 牆板)進行 1 小時火害實驗，實驗結果與國外文獻結果差異不大，但後續 應增加實驗樣本數以達到實驗結果的可信度。另外，本實驗僅使用特定材種及膠 合種類，後續亦應針對不同材種及不同膠合劑之影響進行實驗及研究。在本研究 提出的板與板之間的搭接層，因為接合的關係造成火焰竄入的行為，為 CLT 樓 板設計之重要因素，亦應針對此現象進行深入探討及研究。

Step A Step B

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