第二章 文獻回顧
第一節 直膠集成板(CLT)與防火規定
直交集成板為木條相互堆疊後，於高壓力下冷膠合製成的大型尺寸原木實心 交疊木積材，以三、五、七層縱橫多層製成。積材的厚度有 5.7 公分至 60 公分，
長度最長可至 16.5 公尺，寬度為 2.95 公尺。（依海運貨櫃尺寸限制，長度為 12.5 公尺、寬度為 2.35 公尺）。
1995 年開發出來的 CLT 新式工程結構木建材，CLT 集成員係以裁切分等的木 條縱橫膠合製成。CLT 有很大的優勢，利用低，中，高檔木材交叉層壓（雙向）
作用的木條減少在面板平面腫脹和收縮，同時大大提高整體承載能力。
膠合前，積材實木均經嚴格的檢驗分級，例如節塊、蟲蛀或其他異狀之材料 都必須淘汰。因積材實木結構及尺寸之不同，縱橫積材原料之厚度可介於 19mm 至 40mm 之間，根據預期平衡濕度，經技術乾燥並膠合之實木條板的濕度為 12%±
2%。
CLT 交叉層積材是一種創新性的新型木質工程材料，由至少 3 層板材組成，
每層結構由實木鋸材或結構用木質複合材平行膠合構成，且相鄰層按木材紋理相 互垂直排列膠合。
圖 2 CLT 面板配置方式
(資料來源：https://kknews.cc/zh-tw/home/l49m6pz.html)
圖 3 CLT 板件配置橫截面示意
(資料來源：https://kknews.cc/zh-tw/home/l49m6pz.html)
圖 4 CLT 板件配置橫剖和縱剖視圖
(資料來源：https://kknews.cc/zh-tw/home/l49m6pz.html)
因為 CLT 相鄰層的正交結構，使其在材料主次方向均具有相同的乾縮濕脹性 能，整體的線乾縮濕脹係數僅 0.02％，其尺寸穩定性是實木和膠合木橫紋的 12 倍。
在耐火性能上木材雖然是可燃材料，但木材燃燒時形成的炭化層能夠充當絕 緣體，有效阻止進一步燃燒，大大提高木材的耐火極限。在相同條件下，普通木 結構的耐火阻燃值是鋼結構的 1.3 倍，是水泥結構的 1.7 倍。與傳統的輕型框架 構件相比，CLT 建築構件的截面尺寸較大，燃燒時表面炭化形成絕熱保護層，有 效提高了其在火災中的承載力，且層板之間幾乎沒有空隙，火勢通過空氣間隙傳 播的風險性顯著降低。
此外，相關研究表明，即總厚度一定的 CLT，其層板單元厚度越大，耐火極 限越高。提高 CLT 層板單元厚度、增加層板數量，以及設置表層覆面（如石膏板），
均可提高 CLT 結構的耐火性。
CLT 建築中構件與構件之間的連接主要通過框架連接件配合緊固件來實現。
除 CLT 層板本身剛度較高外，構件間的螺釘、鉸鏈等連接件與緊固件系統，使整 體結構獲得良好的延性和耗能特性。
義大利與日本學者合作，對 3 層和 7 層實體 CLT 建築進行了震動試驗。3 層 CLT 建築經歷了 15 次地震模擬，仍然沒有出現嚴重的損害。7 層 CLT 建築在 14 次地震模擬後，亦保持足夠的結構強度和穩定性，Ｘ軸方向偏移僅 1.3％，Ｙ軸 方向偏移 1.0％。CLT 建築的抗震性能主要取決於連接件的性能。應用於低層建 築，CLT 是重型結構材料，剛度高且不會發生斷裂現象；應用於高層建築，框架 連接件的使用，可增強結構的中高層韌性和延展性，使得建築在承受地震荷載時 能吸收大量能量，從而提高建築的抗震性能。
在隔音、保溫性能上建築的隔音和保溫性能越來越受到人們的重視。由於木 材的低熱傳導性和 CLT 的連續大幅面特徵，可保證建築良好的氣密性和隔音保溫 隔熱效果。CLT 具建造快和噪音低與傳統鋼筋混凝土結構相比，由於 CLT 可在工 廠實現模塊化生產，預製成各類牆板、樓板及屋頂板。在現場進行組裝與建造，
高層（20 層以上）的民用住宅和非民用建築，可完全代替傳統鋼筋混凝土和磚
建築技術規則建築構造編之第 171 條之 1 有關木構造建築物高度限制為「木 構造建築物之簷高不得超過 14 公尺，並不得超過 4 層樓。但供公眾使用而非供 居住用途之木構造建築物，結構安全經中央主管建築機關審核認可者，簷高得不 受限制。 」
綜合建築技術規則建築構造編第 171 條之 1 及設計施工編第 70 條，木構造 建築物如為防火構造者，其全棟樓層數至多 4 層，簷高至高 14 公尺，且承重牆 壁、樑、柱、樓地板等主要設備均須具 1 小時防火時效以上，屋頂防火時效須為 半小時以上。
國內對木材炭化率之相關規範，於「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，9.3 對於木構造防火設計有相關之規定：
1. 梁柱構架
(1) 構材之最小斷面應依防火時效設計，於時效內燃燒之殘餘斷面須符 合結構設計承載能力所需之最小斷面尺寸規定。
(2) 集成材 1 小時燃燒炭化深度設定為 50mm 以上，非集成材 1 小時燃 燒炭化深度設定為 60mm 以上。
2. 原木層疊
原木層疊系統除依梁柱構架系統考慮炭化率計算構材之安全斷面與接 合部依梁柱構架系統規定處理外，其餘依相關設計及施工規範處理。
而於該節次之解說中有關於梁柱構架系統防火設計如下：
柱、梁、間柱、橫撐木等主構架所使用的構材，若未設置防火被覆時，
應預估防火時效內構材之燃燒炭化深度，設計適當之斷面尺寸，使於規定防 火時效內燃燒之殘餘斷面(即安全斷面)仍具備結構應有之承載能力。木材之 炭化深度，係假設炭化率(火災發生時，從木材表面向內部燃燒炭化之速率 以mm/min表示)固定，將其乘上持續燃燒時間後求得。
在規範中以「CNS12514 建築物構造部份之耐火試驗法」進行 5 種材種集成 材炭化深度實驗，燃燒時間為 30、60 分鐘，實驗結果如表 2-2。依實驗結果建
用經中央主管機關認可之實際實驗值設計。如非採炭化深度設計之火災安全防護 (38×203mm)之框組壁工法製材集成元，七層膠合成 203mm×260mm(厚)之大斷面集 成材，並且依照「CNSl2514 建築物構造部分耐火試驗法」進行 30，45 與 60 分 鐘加熱試驗，集成材含水率約 15%，每種條件重複 5 次，得到表 2-3 之結果。
表 中 可 看 出 密 度 較 小 之 杉 木 、 柳 杉 與 台 灣 杉 集 成 材 炭 化 速 率 約 為 0.6-0.84mm/min 之間，而密度較大之花旗松與南方松集成材則炭化速率約在 0.53-0.69mm/min 之間。
表 2-3 五種樹種大斷面集成材燃燒試驗之炭化深度與炭化速率
1.EU5所定義之炭化深度計算方式(2-1)，可知針對實木及集成材之密度大於290 kg/m3，其炭化速率均可以表2-4之數值求得。
ℎ ,= (2-1)
ℎ , :炭化深度 :炭化速率 :燃燒時間
表 2-4 EU5 針對實木及集成材之密度所訂定之炭化深度速率
(資料來源：歐洲EU5規範)
(2-2) 表 2-5 美國 NDS 所訂定之炭化深度速率
(資料來源：美國NDS規範)
3.日本於2016年推出之CLT設計手冊中亦針對炭化速率提出相對應之計算方式。
(資料來源：日本CLT用建築物設計與施工規範)
耐 熱 性 較 好 - 使 用 苯 酚 甲 醛 樹 脂 等 作 為 接 著 劑 的 CLT 樓 板 ， 炭 化 速 率 約 為 0.7mm/min。
4.大陸 GBT 50708膠合木結構技術規範亦針對炭化速率和炭化層厚度提出相對 應之計算方式。
(2-3)
c：根據耐火極限t 的要求確定的有效炭化速率(mm/h)。
：木材燃燒1.00h的名義線性炭化速率(mm/h)，採用針葉材製作的膠合木構件 的名義線性炭化速率為38 mm/h。根據該炭化速率計算的有效炭化速率和有 效炭化層厚度應符合表2-6的規定。
t： 耐火極限 (h)
表 2-6 有效炭化速率和炭化層厚度
構件的耐火極限t (h) 有效炭化速率 c (mm/h) 有效炭化層厚度T (mm)
0.50 52.0 26
1.00 45.7 46
1.50 42.4 64
2.00 40.1 80
(資料來源：GBT 50708 膠合木結構技術規範)