木構造樓板與屋頂耐火性能技術精進研究

木構造樓板與屋頂耐火性能

技術精進研究

內政部建築研究所自行研究報告

中華民國 105 年 12 月

PG10505-0072

木構造樓板與屋頂耐火性能

技術精進研究

研究主持人：蘇鴻奇 研 究 期 程 ：中華民國 105 年 3 月至 105 年 12 月

內政部建築研究所自行研究報告

中華民國 105 年 12 月

（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）

目次

表次

………

Ⅲ

圖次

………

Ⅴ

摘要

………

_Ⅶ

第一章 緒論

………

₁

第一節 研究動機

………

₁

第二節 研究目的

………

₂

第三節 研究流程與步驟

………

₃

第二章 木構造建築防火設計概論

………

₅

第一節 木構造系統概述

………

₅

第二節 木構造樓板與屋頂主要構件概述

………

₈

第三節 木構造建築防火設計

………

₁₀

第四節 國外木構造樓板與屋頂防火設計

… … …

₁₄

第三章 木構造防火技術發展

………

₂₃

第一節 木材燃燒炭化理論

………

₂₃

第二節 木材燃燒炭化深度預估模式

………

₂₇

第三節 加熱溫度對木材力學性能影響

………

₃₀

第四章 木構造樓板與屋頂耐火性能實驗

………

₃₃

第一節 103 與 104 年度木構造樓板實驗成果回顧

… … … …

₃₃

第二節 實驗目的與內容

………

₅₇

第三節 實驗結果與分析

………

₆₂

第五章 結論與建議

………

67

第一節 結論

………

₆₇

第二節 建議

………

68

附錄一 期初、期中及期末審查會議意見與回應

………

69

參考書目

………

₇₅

表次

表 2-1 不同材種燃燒炭化深度 ……… 10 表 2-2 不同材種之燃燒炭化速率 ……… 13 表 2-3 常用之各種部材之增加防火時效 … … … 14 表 2-4 耐燃時效計算 ……… 15 表 3-1 炭化相關名詞解釋表 ……… 24 表 3-2 木材發火機構說明表 ……… 26 表 3-3 木材加熱影響抗壓強度折減模式彙整表 … … … 31 表 4-1 木構造樓板試體規格表 ……… 33 表 4-2 103、104 年度實驗結果 ……… 57 表 4-3 下層覆蓋板材耐火實驗試體表 ……… 59 表 4-4 下層覆蓋板材耐火實驗結果表 ……… 62 表 4-5 103～105 年度實驗結果表 ……… 65

圖次

圖 1-1 研究流程 ……… 4 圖 2-1 常見的框組壁式系統 ……… 6 圖 2-2 樑柱式系統示意圖 ……… 6 圖 2-3 原木層疊系統示意圖 ……… 7 圖 2-4 製材格柵 … … … 8 圖 2-5 集成材格柵 … … … 9 圖 2-6 單板積層材格柵 ……… 9 圖 2-7 木構材接合部之保護金屬扣件示意圖 ……… 11 圖 2-8 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例(一) ………… 12 圖 2-9 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例（二） ………… 12 圖 2-10 DCA4 舉例之不同樓板組成之 CAM 計算方式 … … … 16 圖 2-11 (左)內部承重隔間牆之防火阻擋設計 … … … 17 圖 2-12 設置於天花之防火阻擋 ……… ……… ……… 17 圖 2-13 磚木混造牆之防火阻擋 ……… ……… ……… 17 圖 2-14 磚木混造牆之防火阻擋 ……… ……… ……… 17 圖 2-15 細部位置對照圖 ……… 18 圖 2-16 一小時防火時效之內牆與天花交接斷面設計 … … …… …… 18 圖 2-17 日本柱梁構件設計原則 … … … 19 圖 2-18 可燃之樓版構造 ……… 20 圖 2-19 不可燃之樓版構造 ……… 21 圖 2-20 常見屋頂構造 ……… 21 圖 3-1 木材於高溫狀態內部之熱分解與炭化分佈圖 ……… 23 圖 3-2 四面受熱與三面受熱安全斷面示意圖 … … … 29 圖 3-3 木材之溫度與相對強度及彈性係數關係圖 ……… 30 圖4-1 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ組木樓板試體構架圖 … … … 34 圖4-2 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ組木樓板試體構架完成 ……… 34 圖 4-3 第Ⅰ組木樓板試體組合示意圖 ……… 34

圖 4-4 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體構架圖 … … 35 圖 4-5 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體構架完成 … … 35 圖 4-6 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體組合示意圖 … 36 圖 4-7 第Ⅰ組試體撓曲度與時間曲線 ……… 37 圖 4-8 第Ⅰ組試體撓曲速率與時間曲線 ……… 37 圖 4-9 第Ⅰ組試體進行加載 ……… 38 圖 4-10 第Ⅰ組試體合板燒穿火焰大量竄出 ……… 38 圖 4-11 第Ⅰ組試體合板燒穿現象（1） ……… 38 圖 4-12 第Ⅰ組試體合板燒穿現象（2） ……… 39 圖 4-13 第Ⅰ組試體非加熱面溫度曲線 ……… 39 圖 4-14 第Ⅰ組爐內溫度時間曲線 ……… 40 圖 4-15 第Ⅰ組試體內部溫度時間曲線 ……… 40 圖 4-16 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組試體進行加熱實驗中非 加熱面 ……… 41 圖 4-17 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組試體進行加熱實驗後加 熱面 ……… 41 圖 4-18 第Ⅲ-C 加熱實驗後加熱面 ……… 41 圖 4-19 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組試體非加熱面溫度曲線 … 42 圖 4-20 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組實驗爐內溫度時間曲線 … 43 圖 4-21 第Ⅲ-A 組試體內部溫度時間曲線 ……… 43 圖 4-22 第Ⅲ-B 組試體內部溫度時間曲線 ……… 44 圖 4-23 第Ⅲ-C 組試體內部溫度時間曲線 ……… 44 圖 4-24 第Ⅲ-D 組試體內部溫度時間曲線 … … … 45 圖 4-25 「修正後第Ⅱ組試體」撓曲度與時間曲線 ……… 46 圖 4-26 「修正後第Ⅱ組試體」進行加載 ……… 47 圖 4-27 「修正後第Ⅱ組試體」合板燒穿現象（1） ……… 47 圖 4-28 「修正後第Ⅱ組試體」合板燒穿現象（2）……… 47 圖 4-29 「修正後第Ⅱ組試體」非加熱面溫度曲線 … … … 48 圖 4-30 「修正後第Ⅱ組試體」爐內溫度時間曲線 … ……… ……… 49

圖 4-31 「第Ⅳ組試體」撓曲度與時間曲線 ……… 50 圖 4-32 「第Ⅳ組試體」進行加載 ……… 50 圖 4-33 「第Ⅳ組試體」上層合板完整 ……… 51 圖 4-34 「第Ⅳ組試體」下層石膏板現象 ……… 51 圖 4-35 「第Ⅳ組試體」非加熱面溫度曲線 ……… 52 圖 4-36 「第Ⅳ組試體」爐內溫度時間曲線 ……… 52 圖 4-37 「第Ⅴ組試體」撓曲度與時間曲線 ……… 53 圖 4-38 「第Ⅴ組試體」進行加載 ……… 54 圖 4-39 「第Ⅴ組試體」合板燒穿現象（1） ……… 54 圖 4-40 「第Ⅴ組試體」合板燒穿現象（2） ……… 54 圖 4-41 「第Ⅴ組試體」非加熱面溫度曲線 ……… 55 圖 4-42 「第Ⅴ組試體」爐內溫度時間曲線 ……… 56 圖 4-43 木框架組合示意圖 ……… 58 圖 4-44 木框架組合照片 ……… 58 圖 4-45 試體完成圖 ……… 59 圖 4-46 小型多功能加熱試驗爐 ……… 61 圖 4-47 試體木框架著火 ……… 62 圖 4-48 矽酸鈣板實驗後結果（一） ……… 63 圖 4-49 矽酸鈣板實驗後結果（二） ……… 64 圖 4-50 第Ⅰ組試體內部溫度圖 ……… 65 圖 4-51 第Ⅱ組試體內部溫度圖 ……… 65 圖 4-52 第Ⅳ組試體內部溫度圖 ……… 66 圖 4-53 第Ⅴ組試體內部溫度圖 ……… 66

摘 要

關鍵詞: 木構造、樓板、耐火性能驗證 一、研究緣起 近年來符合永續性及環保性特質的木構造材料與建築，再度被 人們所重視。木構造建築在國際間已蓬勃的發展。火災經常是由意外 而引發，人為疏忽是最主要的原因，建築材料本身並不會引起火災， 常見的人為疏忽包括電路超載使用，以及不當使用火氣等。木材會燃 燒不具防火性，這是一般大眾對於木構造建築物防火安全性能最主要 的疑慮。事實上，經由數以百計的實驗證明，木構造建築物的防火性 能良好，且大斷面木構材具備高耐火性能。本所自民國 90 年即積極 辦理「木構造建築物設計及施工技術規範」修訂工作，研究成果提供 技術規範修正參考，內政部並於 92 年 5 月發布修正，為國內木構造 建築物設計及施工規範主要之依據。在防火安全研究方面，亦分別於 86 年度辦理「木構造建築物防火性能技術規範及試驗基準之研究」， 92 年辦理「木構造防火基準之國際比較研究」，93 年辦理「木構造耐 火性能設計與驗證研究」，94 年辦理「木構造防火技術規範與集成材 炭化特性之研究」，95 年本所與營建署籌組「木構造建築物設計及施 工技術規範第 9 章建築物之防火」修訂小組，將成果制訂為「木構造 建築物設計及施工技術規範」第九章，由內政部於 97 年 10 月發布修 訂。有關防火構造建築物其主要構造應具防火時效者，「木構造建築 物設計及施工技術規範」第九章目前已有規定者有柱、樑與牆，尚未 包含樓地板與屋頂。所以建築業者尚無法依據「木構造建築物設計及 施工技術規範」設計營造出一棟完整的木構造防火建築物。故 103 年 度辦理木構造樓地板耐火性能設計與驗證研究，104 年度辦理木構造 樓屋頂耐火性能設計與驗證研究，本年度延續木構造建築耐火性能研 究，以木構造屋頂與樓板為研究對象，進一步採用本土化材料進行耐 火性能設計與驗證研究。

二、研究方法及過程 1. 研究範圍訂定與文獻回顧法：訂定以木構造屋頂與樓板為研 究對象，蒐集國外木構造耐火性能屋頂文獻資料，分析國內與 國外木構造建築物屋頂的差異性。 2.實驗驗證法：第一階段設計 120cm×150cm 實尺寸木構造屋頂與 樓板試體 9 組，採用本土化材料，木框架上層覆蓋板未釘夾板， 僅下層覆蓋板釘耐燃板材，進行防火保護層的耐火實驗與分析， 第二階段設計 440cm×305cm 實尺寸完整木構造屋頂與樓板試 體 2～3 組，進行耐火耐火實驗與分析。 3.研究成果提出「木構造建築物設計及施工技術規範」第九章之 木構造屋頂與樓板耐火性能修正條文參考建議。 三、重要發現 已完成相關國外木構造耐火性能樓板之文獻收集與整理與木構 造防火技術發展資料收集，並已完 120cm×150cm 實尺寸木構造屋頂與 樓板試體 9 組，耐火保護層的耐火實驗與分析。 1.實驗結果顯示 15mm 石膏板於 CNS12514 的標準溫度時間曲線條件下 之加熱耐火性能約 30～50 分鐘，厚度各為 6mm、9mm、6mm＋6mm 等 3 種矽酸鈣板耐火性能約 7～15 分鐘。本研究的石膏板試體的耐火 性能優於矽酸鈣板試體。 2.實驗結果顯示 GB-R、GB-F、GB-F-UL 等 3 種 15mm 石膏板雖然皆符 合 CNS 14705「建築材料燃燒熱釋放率試驗法-圓錐量熱儀法」試 驗之耐燃一級材料，但這是假定於火災成長期的室內裝修材料耐火 性能試驗，對於此種材料應用於火災旺盛期時則 CNS 14705 標準並 無法再進一步試驗出耐火性能。 3.不同廠牌的矽酸鈣板於 CNS12514 的標準溫度時間曲線條件下之加 熱耐火性能顯現差別。有可能是使用原料的差異，或是部分矽酸鈣 板燃燒之後的性狀顯現可能於製造時採用不同製程。 4.經統計 103～105 年度實驗結果。木材構架受到溫度影響開始炭化。 炭化時間開始後約 10 分鐘試體防火性能失效，也就是下層覆蓋板

失效之後木材構架約具有 10 分鐘的防火時效性能。 5.本年度實驗試體係屬「簡易試體」僅針對木構造樓板最主要之防火 構件「下層覆蓋板」進行研究。但可以推論「簡易試體」實驗結果 分別再加上 10 分鐘即為完整試體預估之防火時效。故下層覆蓋板 採用厚度 15mm 石膏板，而型號為 GB-R、GB-F、GB-F-UL 者，其防 火時效預估為 39 分鐘、46 分鐘、60 分鐘。 四、主要建議事項 建議一 未來可以採用「簡易試體」的實驗結果製作 3×4m 試體，依據 CNS12514 進行木構造屋頂防火性能實驗：立即可行建議 主辦機關：本部建築研究所 協辦機關：財團法人台灣建築中心 可以驗證「簡易試體」的組合方式，以及利用「簡易試體」預先 測試不同組合之木構造樓板防火性能。 建議二 未來可以參考美國木業協會之 CAM 計算方式，持續建立國內常用建材 運用於木構造建築構件之個別防火時效：中長期建議 主辦機關：本部建築研究所 協辦機關：財團法人台灣建築中心 可以參考美國木業協會之 CAM 計算方式，利用分別計算組成系統 之各個構件之耐燃時效(Fire Endurance)，再將各構件累加訂定其耐 燃時效。持續建立以國內常用之建材運用於木構造建築構件時之個別 防火時效。

Abstract

Keywords: wooden construction, Floor, fire performance

1. The research background

There are the rules of wooden column, beam and wall in “Chapter 9 of construction methods specification for wooden architecture”, but lack the rules of wood floor and roof. Therefore, this study conducted with

wooden floor fire research for this study. 2. Research process

This study survey how many types of wood floor construction in Taiwan and design specimens in accordance with the result. The fire test be conducted with these specimens afterward.

3. Conclusion

（1）The covering board under wood floor is the most important fire prevention.

（2）Incombustibility of interior finish material of buildings cannot be measured fire resistance in fully development period.

（3）The joist fire performance is 10 minutes by 2014 ~ 2016 experimental results.

（4）The fire performance of model GB-R,GB-F,GB-F-UL are estimated at 39, 46, 60 minutes.

第一章 緒論

第一節 研究動機

近年來符合永續性及環保性特質的木構造材料與建築，再度被人 們所重視。木構造建築在國際間已蓬勃的發展。火災經常是由意外而 引發，人為疏忽是最主要的原因，建築材料本身並不會引起火災，常 見的人為疏忽包括電路超載使用，以及不當使用火氣等。木材會燃燒 不具防火性，這是一般大眾對於木構造建築物防火安全性能最主要的 疑慮。事實上，經由數以百計的實驗證明，木構造建築物的防火性能 良好，且大斷面木構材具備高耐火性能。本所自民國90年即積極辦理 「木構造建築物設計及施工技術規範」修訂工作，研究成果提供技術 規範修正參考，內政部並於92年5月發布修正，為國內木構造建築物 設計及施工規範主要之依據。在防火安全研究方面，亦分別於86年度 辦理「木構造建築物防火性能技術規範及試驗基準之研究」，92年辦 理「木構造防火基準之國際比較研究」，93年辦理「木構造耐火性能 設計與驗證研究」，94年辦理「木構造防火技術規範與集成材炭化特 性之研究」，95年本所與營建署籌組「木構造建築物設計及施工技術 規範第9章建築物之防火」修訂小組，將成果制訂為「木構造建築物 設計及施工技術規範」第九章，由內政部於97年10月發布修訂。有關 防火構造建築物其主要構造應具防火時效者，「木構造建築物設計及 施工技術規範」第九章目前已有規定者有柱、樑與牆，尚未包含樓地 板與屋頂。所以建築業者尚無法依據「木構造建築物設計及施工技術 規範」設計營造出一棟完整的木構造防火建築物。故103年度辦理木 構造樓地板耐火性能設計與驗證研究，104年度辦理木構造樓屋頂耐 火性能設計與驗證研究，本年度延續木構造建築耐火性能研究，以木 構造屋頂與樓板為研究對象，進一步採用本土化材料進行耐火性能設 計與驗證研究。

第二節 研究目的

有關防火構造建築物其主要構造應具防火時效者，「木構造建築 物設計及施工技術規範」第九章目前已有規定者有柱、樑與牆，尚未 包含樓地板與屋頂。所以建築業者尚無法依據「木構造建築物設計及 施工技術規範」設計營造出一棟完整的木構造防火建築物。所以本案 擬以木構造樓板與屋頂為研究對象進行耐火性能設計與驗證研究。 調查國內木構造建築物樓板之與屋頂設計型態並配合蒐集國外 木構造耐火性能樓板文獻資料彙整分析，設計實尺寸木構造樓板與屋 頂試體進行耐火實驗，分析討論國內與國外木構造建築物樓地板的耐 火性能之差異性，研究成果提出「木構造建築物設計及施工技術規範」 第九章之木構造樓板與屋頂耐火性能修正條文建議。並達到下列各項 研究目的： 一、調查國內木構造建築物樓板與屋頂設計型態進行調查 對國內木構造建築物樓板與屋頂之設計型態進行文獻收集與實 地訪談調查，配合收集國外相關文獻資料，分析討論國內與國外木構 造建築物樓板設計的差異性。 二、採用 CNS12514 標準進行木構造樓板與屋頂耐火性能實驗 以國內本土化木構造建築物樓板與屋頂構造方式為主體，設計 120cm×150cm 實尺寸木構造屋頂與樓板試體 9 組，進行耐火耐火實驗 與分析。 三、研究成果提供修正「木構造建築物設計及施工技術規範－第九章 建築物之防火」之木構造樓板與屋頂耐火性能規定參考 研究成果預定擬提供修正「木構造建築物設計及施工技術規範－ 第九章建築物之防火」之木材燃燒炭化深度規定參考。

第三節 研究流程與步驟

本研究擬採文獻回顧、國內木構造建築物樓地板之設計型態進行 文獻收集與實地訪談調查，並利用本實驗中心所之加熱燃燒實驗設備。 來對國內本土化木構造建築物樓板與屋頂構造試體，進行耐火實驗與 分析。 一、資料收集與文獻回顧 對國內木構造建築物樓板與屋頂之設計型態進行文獻收集與實 地訪談調查，配合收集國外相關文獻資料，分析討論國內與國外木構 造建築物樓板與屋頂設計的差異性。 二、採用 CNS12514 標準進行木構造樓板與屋頂耐火性能實驗 以國內本土化木構造建築物樓板與屋頂構造方式為主體，實驗驗 證法：設計 120cm×150cm 實尺寸木構造屋頂與樓板試體 9 組，採用本 土化材料，木框架上層覆蓋板未釘夾板，僅下層覆蓋板釘耐燃板材， 進行防火保護層的耐火實驗與分析，。 三、研究成果提供修正「木構造建築物設計及施工技術規範－第九章 建築物之防火」之木構造樓板與屋頂耐火性能規定參考 研究成果預定擬提供修正「木構造建築物設計及施工技術規範－ 第九章建築物之防火」之木構造樓板與屋頂耐火性能規定參考。

圖 1-1 研究流程 調查國內木構造建築物樓板與屋頂設 計型態進行調查 木構造樓板與屋頂耐火性能設計與驗證 研究動機與目的 設計出實尺寸木構造建築 物樓板與屋頂試體 準進行木構造耐火性能實木材採用 CNS12514 標 完成報告 進行實驗、實驗結果整理、分析

第二章 木構造建築防火設計概論

第一節 木構造系統概述

現有木質房屋結構種類依系統種類，可概分為: 1.框組壁構造系 統 (Light Weight Frame System)、2.柱梁式構造系統 (Post and Beam System)、3. 原木層疊系統 (Log Structure System)、4.其他 經認證之特殊構造系統。 一、框組壁構造系統 框組壁構造系統為現今北美(含美國，加拿大)最主要之木質住宅 系統，其優點在於利用標準化之構件尺寸規格，如一般常用之 2x4， 2x6 及 2x8(單位為英吋)斷面，配合系統化之構造原則及表格化之結 構計算，已發展出規模可觀之房屋工業，其建造工法簡易，建材尺寸 標準化，經濟效益高，配合健全之林產工業，有效的建立了永續性極 佳之房屋系統。但由於其建材尺寸較小，建築物壽期較短，不完全適 用於中大型之公共建築要求。 框 組 壁 結 構 包 含 較 小 尺 吋 之 間 柱 (stud) ， 結 合 以 結 構 板 材 (structural panels)，例如合板(plywood boards)及定向粒片板 (Orientated Strain Board, OSB)等，組構成房屋之框架(frame)系 統，其系統之水平剛性則常由具備剪力牆功能之框組壁提供，同時框 組壁也有承重之功能。圖 2-1 與圖 2-2 表示常見的框組壁式工法， balloon frame 的 間 柱 (stud) 在 垂 直 方 向 呈 現 連 續 的 貫 通 ， 而 platform frame 之每一樓層之間柱則為獨立。[13]

圖 2-1 常見的框組壁式系統：(右)輕捷骨架架構 ，(左)平台式框 架架構

二、柱梁式構造系統

柱梁式(Post and Beam)房屋系統為最古老之木結構型態之一， 其利用水平構件(梁)及垂直構件(柱)之結合，提供房屋框架之剛性， 通常還需要斜撐(bracing)系統提供水平方向之剛性，同時其建造彈 性大，構材尺寸依結構需求而調整，較具彈性，適合中大型之建築使 用，但由於柱梁接點之設計及施工難度較高，建造彈性雖高，但於住 宅型房屋之建造成本亦較高，如下所示。[13] 圖 2-2 樑柱式系統示意圖

三、原木層疊構造系統 原木層疊系統存在於及早其之木結構系統，亦即慣稱之原木屋或 圓木屋(log house)，在古老的亞洲及北歐或北美地區，都有建造此 類系統之經驗及歷史，其特點在於使用圓形或不同矩形斷面之實木， 以垂直堆疊之方式框組成房屋量體，其結構原理利用層疊之原木作為 承重牆系統，無梁柱之構件，也不需牆板之剛性，此外，大斷面之實 木也提供良好的斷熱效果。此類構造其使用木材量高，現今常見於渡 假或運動休閒地區，早期在台灣也幾乎被歸類為典型之渡假屋型態， 近年來則慢慢為私人住宅或公共建築所接受，如下所示。[13] 圖 2-3 原木層疊系統示意圖

第二節 木構造樓板與屋頂主要構件概述

木構造格柵為木構造樓板與屋頂水平向傳力之主要構件，依其材 料種類約可分為 3 類：製材格柵（Sawn Timber Joists）、集成材格 柵（Glue Laminated (Glulam) Timber Joists）、單板積層材格柵 （Laminated Veneer Lumber (LVL) Joists）。

1.製材格柵 製材為一般最常見之木構造樓板與屋頂格柵材料型式，上層鋪設 合板或粒片板，下層設置石膏板天花板。製材格柵的構件型式會有受 限於製材斷面尺寸限制，而產生跨度上的限制。 圖 2-4 製材格柵 2.集成材格柵 集成材是一種以較小規格的實木製材，利用膠合技術黏結，以木 材順紋方向黏結而成的一種工程木材。集成材與製材相比，強度大， 許用彎曲應力可提高 50%，而且結構均勻，內應力小，不易開裂和翹 曲變形；大斷面的集成材還有較高的耐火性能。 此外，集成材不存 在單板裂隙影響問題，因此適合於做建築大跨距梁材。

圖 2-5 集成材格柵 3.單板積層材格柵 單板積層材(LVL)是由膠合(組合)許多單板製造而成，不同於合 板材料，積層單板材(LVL)所有的單板層一般而言是相同方向，與木 材長度方向平行，但是也可以製造成組合材中央部位，配置數層與木 材長度方向直交的單板層的積層單板材。積層單板材的寬度及厚度， 可以由製造程序中加以配置積層而成，最後再予以鋸切成所需要的工 程木材尺寸。 圖 2-6 單板積層材格柵

第三節 木構造建築防火設計

一、樑柱構架系統防火設計 柱、樑、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（火災發生時，從木 材表面向內部燃燒炭化之距離以 mm 表示） ，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，係假設炭化速率（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 續燃燒時間後求得者。 國內實際以 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 2-1。 所以根據實驗結果建議其他材種集成材 1 小時炭化深度 設定為 50mm 以上，半小時為 25mm 以上，非集成材 1 小時炭化深度 設定為 60mm 以上，半小時為 30mm 以上。 若不依此數據設計，得採 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 災安全防護措施，則應經中央主管機關認可。[14] 表 2-1 不同材種燃燒炭化深度 木構材接合部之設計應注意保護金屬扣件，避免火災持續燃燒期 材種 實驗時間 側邊炭化深度 底部炭化深度 備註 30分鐘 20.0 mm 23.5 mm 杉木 60分鐘 43.4 mm 46.0 mm 30分鐘 20.4 mm 21.5 mm 柳杉 60分鐘 42.1 mm 46.8 mm 30分鐘 22.7 mm 23.5 mm 台灣杉 60分鐘 45.4 mm 49.0 mm 30分鐘 19.2 mm 20.8 mm 花旗松 60分鐘 37.4 mm 37.9 mm 30分鐘 17.0 mm 17.2 mm 南方松 60分鐘 32.8 mm 34.0 mm 30分鐘 25mm 集 成 材 其他材種 60分鐘 50mm 30分鐘 30mm 非集成材 60分鐘 60mm 1. 實 驗 方 法 採 CNS12514 「 建 築物構造部份之 耐火試驗法」。 2. 試 體 三 面 受 火。 3. 30分鐘實驗： 試 體 斷 面 尺 寸 260 mm x 140 mm 4. 60分鐘實驗： 試 體 斷 面 尺 寸 260 mm x 203 mm

間因受火害之高溫影響，使金屬扣件強度衰減，導致接合功能之喪失。 因此若使用金屬扣件接合時，應設置足夠厚度之防火被覆保護金屬扣 件，或將接合金屬扣件設置在具防火時效之構材安全斷面內側。[14] 圖 2-7 木構材接合部之保護金屬扣件示意圖 二、框組壁式系統防火設計 框組壁式系統之壁體防火依下列規定設計： （a）框組壁式 2×4 工法之最小間柱斷面為 38 mmx89 mm， 牆間柱之中心距不得超過 455mm。 （b）框組壁式 2×6 工法之最小間柱斷面為 38 mmx140 mm， 牆間柱之中心距不得超過 610mm。 （c）常見防火被覆用板材之種類及最小厚度，可採用厚度為 15mm 以上之耐燃一級石膏板材(符合 CNS4458)或厚度為 12mm 以上之耐燃一級矽酸鈣板(符合 CNS13777)等。 （d）壁內填充材可採用密度 60kg/m3 以上之岩棉（符合 CNS9659）， 最小厚度 50mm。 （e）依上述規定建造者可認定具有 1 小時防火時效。 （f）當火災發生時，防火被覆用板材之接縫部份很容易成為 防火上之弱點，因此除接縫處之密合要求之外，接縫內側 得設置足夠斷面之木材等能阻擋延燒之材料，以達到充分 之防火效能。 （g）牆壁、天花板、樓板及屋頂內中空部位因位於防火被覆 板材之內側，一旦火舌進入後，很容易成為延燒之路徑， 木材填充 之螺栓 橫向聯結器 凹進木材內 部 木材填充 之螺栓 橫向聯結器 凹進木材內 部

應在其內部做適當區劃，或於構造相互交接處設置阻擋延 燒構造，使火舌即使進入後亦不會竄燒擴大至其他區劃或 構造。所使用之阻擋延燒構造，應採用具有足夠斷面之木 材或耐燃材料。 （h）國外常用木構造牆壁、樓地板和屋頂系統可參考附錄，於 國內採用仍須經中央主管建築機關認可。超過 200℃時， 顏色更為焦黑。上述過程，一般稱之為「炭化」。[14] 圖 2-8 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例(一) 圖 2-9 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例（二） 455 455 455 455 APA Rated 外牆板 15mm（5/8 英吋）X 型石膏覆面板 岩棉或玻璃纖維填充 15mm（5/8 英吋）X 型石膏牆板 最小 38x89 mm（2x4 英吋）木柱， 間距 406mm 或 609mm（16 英吋或 24 英吋）

三、原木層疊系統防火設計 原木層疊系統係指以原木、製材或其他類似木材在水平堆積成牆 壁之建築物的工法。結構構材之斷面防火設計與前述樑柱系統相同， 即構材未設置防火被覆材時，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，使燃燒後之殘餘斷面（即安全斷面）仍具備應 有之承載能力，並確認該安全斷面所承受之長期應力不超過短期容許 應力，1 小時燃燒炭化深度設定為 60mm 以上。 由於實木層疊系統之構成乃以實木斷面之凹槽方式搭接，搭接處 與交疊處應使用膨脹型防火材料，形成相互咬合牽制之承重牆系統， 在防火設計的概念上可以視為等同於樑柱構造方式，僅考慮主結構材 之有效燃燒殘餘斷面。

根 據 Log Homes Council, Building System ′ s Council, National Association of Home Builders 出版的 Fire Performance of Log Walls 中規定，常見材種(花旗松、雲杉、櫟木及各類松木等) 的燃燒速率，如表 2-2 所示： [14] 表 2-2 不同材種之燃燒炭化速率 四、其他經認證之特殊構造系統防火設計 I 型托樑、桁架及其他構造系統之防火設計，應經中央主管建築 機關認可。大型木結構系統之防火設計大多亦是依防火時效內燃燒之 殘餘斷面符合結構設計承載能力所需之最小斷面尺寸規定。 0.76 ~ 0.64 mm/min. 櫟木 0.72 mm/min. 落葉松、雲杉 0.67 mm/min. 花旗松、紅松 燃燒炭化速率 材種 0.76 ~ 0.64 mm/min. 櫟木 0.72 mm/min. 落葉松、雲杉 0.67 mm/min. 花旗松、紅松 燃燒炭化速率 材種

第四節 國外木構造樓板與屋頂防火設計

一、北美的木構造樓板防火設計規範 （一）American Wood Council (AWC)

依據 American Wood Council 出版之文件 Design for Code Acceptance 中涵蓋：

DCA1: Flame Spread Performance of Wood Products DCA2: Resistive Exposed Wood Members

DCA3: Fire-Rated Wood-Frame Wall and Floor/Ceiling Assemblies

DCA4: Component Additive Method for Calculation and Demonstrating Assembly

Fire Endurance

DCA5: Post Frame Buildings

其中 DCA4 提出 Component Additive Method (簡稱 CAM)， 利 用 分 別 計 算 組 成 系 統 之 各 個 構 件 之 耐 燃 時 效 (Fire Endurance)，再將各構件累加訂定其耐燃時效。其中對框組壁 工法(一般稱為 2X4 系統)而言，主要構材部份仍能以碳化率訂 定其標準耐燃時效，除此之外，其他構材則賦予一增加防火時 效(Incremental Time)，將構材及所有部材之防火時效加總， 即可得出框組構造(如牆及樓板等)之防火時效，常用之各種部 材之增加防火時效如表 2-3。[13] 表 2-3 常用之各種部材之增加防火時效[15] 構材名稱 耐燃時效 (分鐘) 3/8 英吋之花旗松合板 5 1/2 英吋之花旗松合板 10 5/8 英吋之花旗松合板 15 3/8 英吋之石膏牆版 10 1/2 英吋之石膏牆版 15

5/8 英吋之石膏牆版 30 1/2 英吋 X 型之石膏牆版 25 5/8 英吋 X 型之石膏牆版 40 雙層 3/8 英吋之石膏牆版 25 1/2+ 3/8 英吋之石膏牆版 35 雙層 1/2 英吋之石膏牆版 40 假設有一框組木構造樓板，由斷面為 2x8 英吋，間距為 16 英吋的托樑，下双層覆蓋板為 0.5 英吋的石膏版(Type X Gypsum Wallboard)，上層為 0.5 英吋的合板(plywood)其耐燃 時效計算如下: 表 2-4 耐燃時效計算 木構造樓板構材 耐燃時效 2x8 英吋托樑 10 分鐘 0.5 英吋石膏版 25 分鐘 0.5 英吋石膏版 25 分鐘 總耐燃時效 60 分鐘

圖 2-10 DCA4 舉例之不同樓板組成之 CAM 計算方式[15]

CAM 的計算方式乃由 NBC(National Research Center of Canada)利用 NBS(National Building Scienece)的科學資料發 展而成，之後為 ICBO(International Conference of Building Officials) 、 SBCCI(Southern Building Code Congress International)與 BOCA(Canadian Building Code Angency) 所認可。

（二）American Forest and Paper Association (AFPA)

由 美 國 森 林 與 紙 業 協 會 (American Forest and Paper Association)出版之「Details for Conventional Wood Frame Construction」中，提出許多有關平台式(Platform)工法之施 工細部作法，其中包含常見之防火設計。[13]

圖 2-11左) Platform Construction 內部承重隔間牆之 防火阻擋(Fire stopping)設計[16] 圖 2-12 設置於天花之防火阻擋[16] 圖 2-13 磚木混造牆之防火阻擋 圖 2-14 磚木混造牆之防 火阻擋[16]

（三） Union Building Code (UBC)

北 美 的 Union Building Code ( 現 為 International Building Code, 簡稱 IBC) 亦有針對相關防火構造設計說明。 在 Code Guide , Rated Wood Construction - UBC/6/#2 文件 中有系統性之細節描述。圖 2-12 為細部位置對照圖。[13]

圖 2-15 細部位置對照圖[17]

二、日本的設計規範 目前採用參考的日本木構造防火設計規範包括：「木造住宅工事 式樣書」(平成 17 年改版)中的「高性能準耐火構造の住宅の仕様」， 與「枠組壁工法住宅工事仕樣書」(平成 17 年改版)中的「省令準耐 火構造の住宅の仕様」與「準耐火構造の住宅の仕様」。 日本之設計規範針對柱梁構件之規定分為 :最小尺寸小於 12 cm 及大於 12 cm 兩類，其中當柱梁構件愈小時，其防火被覆之合理要求 則愈高，在梁構件方面亦因天花設計之不同有不同之防火設計規定。 [13] 圖 2-17 日本柱梁構件設計原則(含壁及樓版天花) [13]

三、歐洲的設計規範 參考 SIA 84 之木結構防火設計規範，分別對可燃之牆構造，非 可燃之牆構造，可燃之樓版構造，非可燃之樓版構造及屋頂構造之最 小尺寸規定，以下就樓板等相關構造描述如下: （一）可燃之樓版構造最小尺寸規定如下: (1)獨立梁之 b,h≧100mm， (2)托梁與板聯結之 b,h≧100mm，d1≧20mm ，(3) 托梁與板聯結之 b1≧80mm，h≧100mm，d1≧20mm，托梁間距≦200mm (4) 托梁與雙面 板聯結之 b2≧60mm，h≧100mm，d2≧20mm，(5)~(7)實木或箱型梁或 版應滿足應有之彎矩強度，版之厚度 d3≧20mm。[13] 圖 2-18 可燃之樓版構造 (資料來源 : SIA 84 之木結構防火設計規範) （二）不可燃之樓版構造最小尺寸規定可分為: (1)~(3)托梁或梁之 b,h≧100mm，(4) 托梁與雙面不可燃板材，不可燃隔絕材之 b1≧60mm， h≧100mm，d2≧20mm

圖 2-19 不可燃之樓版構造 (資料來源 : SIA 84 之木結構防火設計規範) （三）屋頂構造之最小尺寸規定則分為: (1)無隔絕材料之托梁及承 重之椽條 b,h≧100mm，(2)有隔絕材料與托梁及承重椽條，可燃天花 面材之 b,h≧100mm，(3)有隔絕材料與托梁及承重椽條，可燃天花面 材之 b1≧60mm, h≧100mm。 圖 2-20 常見屋頂構造 (資料來源 : SIA 84 之木結構防火設計規範）

第三章 木構造防火技術發展

第一節 木材燃燒炭化理論

一、木材燃燒炭化理論 木材為一有機物質，所以受熱後，木材會隨著溫度的變化，內部 而形成複雜之物理性及化學性作用。木材受熱形成的變化，由溫度來 界定熱分解至炭化形成階段，詳見如下圖 2-1。其熱分解位於溫度 200 ℃~300℃之間，但是，接下來的炭化層，就很難透過溫度來明確的界 定。依據學者 Lache 所量測炭化形成之溫度於 253℃。此外學者 Schaffer and White 所研究對於炭化形成的相對溫度於 288℃~360 ℃之間。 圖 3-1 木材於高溫狀態內部之熱分解與炭化分佈圖[04] 依據「CNS14652 建築物防火詞彙－防火試驗用語」對「炭化」 的定義-熱裂解或燃燒形成含炭殘餘物之過程，相關名詞解釋詳表 3-1。炭化率定義為單位時間所形成之炭化深度，一般稱之為炭化速 度，單位表示為 mm／min[05]。 木材在表面著火、燃燒時，燃燒部分會形成炭化層。此炭化層會 遮斷木材燃燒之必要氧氣之供給，同時具有將炭化層內層之健全部分 從高溫加熱加以保護之斷熱性。學者 Shaffer 之定義，木材炭化形成 之溫度介於 280℃~320℃之範圍間。其歐美相關研究，均取其平均值 火源 炭化 區域 化學與物理 反應區域 圖面說明： 1.火源 2.炭化層 3.熱分解區域 4.木材乾燥狀態 5.木材蒸發狀態 6.木材含水狀態

288℃，將 288℃視為木材炭化形成之溫度。 而炭化層之形成與炭化速度有關，因炭化速度決定木構材的設計 斷面尺寸，以及木材遇火害時經由多少時間，將降低至最低強度。 木材之炭化速度除了受加熱條件外，亦與樹種、比重、含水率、 斷面之大小等有關係。一般比重較大之木材較難燃燒，而斷面越大木 材內部溫度上昇較慢，亦較難燃燒，因此其炭化速度會較慢。 表 3-1 炭化相關名詞解釋表 1 燃燒行為 burning behaviour 一種材料、構件、構造等曝露於特定引火 源所發生之所有物理及(或)化學之所有變 化。 2 焦炭 char (n.) 因熱裂解或不完全燃燒形成之含炭殘餘 物。 3 炭化 char (v.) 熱裂解或燃燒形成含炭殘餘物之過程。 4 燃燒 combustion 一種可燃物之氧化放熱反應，經常伴隨著 火焰與(或)光、與(或)煙霧之現象。 5 防火時效 fire rating 在特定條件下，材料、構件、構造等能持 續維持耐火性所經過之時間。 6 熱裂解 pyrolysis 物質或材料藉由溫度升高造成不可逆之非 氧化分解反應。 7 溫度時間 曲線 time-temperature curve 在特定條件下，溫度隨時間變化之曲線。 依據「CNS14652 建築物防火詞彙－防火試驗用語 」 二、木材燃燒特性 1.熱分解 在一般使用下，木材通常含有一定程度之含水率，因此木材在常 溫下加熱時，木材的溫度將會上升至某一點使木材本身所含有之水蒸 散；由木材水份會存在於細胞壁中，因此這些水分之蒸發需要比去除 自由水需要更多的能量，且溫度可能需超過 100℃才會發生。當木材 被加熱時，首先釋出所含有之水分，再經熱分解、發焰燃燒及赤熱燃 燒以致毀損。當溫度超過 100℃，木材即「熱分解」，到 100℃左右

已呈完全乾燥之狀態。若繼續加熱，則會開始熱分解，至 150℃即呈 黑色。超過 170℃~180℃後，熱分解之速度加快，產生CO、CH4、C2H4、 H2、有機酸、醛類等可燃氣體，以及CO2、H2O等不燃性氣體。當溫度 超過 200℃時，顏色更為焦黑。上述過程，一般稱之為「炭化」。 2.炭化與發火 當溫度上昇至 260-350 ℃時，熱解作用便加速，並會產生一些 可燃性氣體，這些氣體不僅可助燃，當溫度高實亦會自燃，一般而言， 當溫度超過 270℃時，熱量足以使可燃性氣體燃燒。木材加熱時，從 200℃附近會急速減低重量之同時會產生可燃性氣體，氧化結果在 300 ℃附近會發生熱量。在此階段接近火口時會引火，因此被稱為「引火 點」，日本之防火試驗是以 260℃當作火災危險溫度，作為防火工學 上之評價判定基準。更繼續加熱時，在 500℃ 附近自然發火，殘留 灰分而消滅。但是在缺乏氧氣狀態下，進行加熱時，會發生無氧化發 熱之熱分解，而形成所謂的木炭。 木材之熱分解，溫度越高，速度越快。當溫度達到 260℃時，可 燃性氣體的析出量迅速增加，此時明火可將其點燃，但並不能維持穩 定燃燒。這表示可燃性氣體的量不足，所以 260℃相當於可燃性液體 的「引火點」，這裡稱為木材的引火溫度，是以 260℃也常被稱為木 材之「危險溫度」。當木材加熱至 260℃時，會有旺火之熱分解，當 繼續加熱時，將不需要火焰而直接產生發火現象，惟木材材質若有不 同，其發火溫度也不同，不過一般大致在 400℃~450℃之間。 木材之發火機構，除前述由熱分解發生可燃性氣體與空氣之混 合，而「引火」、「發火」之外，尚有一種「無焰發火」，發火機構 說明表，整理如下表 3-2：

表 3-2 木材發火機構說明表 發火機構 說明 無焰發火 無焰發火乃熱分解之結果所生之新多孔質炭素，因強力吸收空 氣中之氧，表面產生氧化現象，而呈炭火之狀態。通常木材以 低溫加熱後，最初先產生無焰發火，無焰發火所生之熱，使溫 度劇昇，終於發焰燃燒。 引火 木材通常在 350℃左右即可引火。溫度越高，引火所需之時間 越短。不過因條件之不同，在 157~195 之低溫下，也可能引火。 在實際木造建築物密集之火場現場，此種可燃性火混合氣體之 引火現場，乃是促成延燒速度增加之一項原因。 發火 依據日本學者秋田一雄研究之結果，木材種類與發火溫度之關 係不大。通常只要其表面溫度達 490℃左右，即可滿足發火之 條件。 3.低溫著火 木材類纖維質系材料，若由外部加熱，則內部因熱之蓄積，內部 溫度較外部為高，此時即時溫度未上昇至 260℃之引火溫度，也可發 火，此種現象稱為「木材長期低溫加熱之起火」。﹝06﹞ 4.燃燒後之破壞 木材燃燒過程所產生的炭化層，在燃燒階段對木材產生了很好的 保護作用，但燃燒中止後，木材未炭化的部分，其內部的高溫卻因炭 化層的產生而無法排出，使木材內部依然在進行熱分解之行為，導致 木材強度持續降低。其持續燃燒行為，依據加熱終了後木材的重量減 少情形及燃燒中止來判斷﹝07﹞；於研究內顯示，（1）實驗終了時 間會隨著加熱時間而增加。（2）於 ISO 834 加熱條件下，以加熱時 間 20~30 分鐘來界定於整個試驗終了時木材燃燒中止之判斷表示。 （3）加熱終了至試驗結束期間重量減少之值，會隨著加熱時間而增 加。（4）試驗終了時間與重量減少之量會隨著木材製成的方式而不 同，例如同一種材種之下，實木>結構用集成材。

第二節 木材燃燒炭化深度預估模式

一、木材燃燒炭化預估模式 耐火測試規範之標準升溫曲線係屬於隨時間改變加熱溫度的模 式。目前對於變溫加熱炭化深度或炭化率評估模式採耐火測試規範之 標準升溫曲線者，例如 ASTM-E119 標準升溫曲線其炭化深度的評估模 式整理如下 [08]： c X m t = 1 _（7） b X m t = 2 _c− _（8） a c X m t = 3 _（9） c X a m t ln ln . ln = 3+ _（10） 23 . 1 4X_c m t = _（11） 上述公式（7）～（11）中的共同參數t_{為加熱時間（min），}Xc為 炭化深度（mm），另個別參數m1～m4則為炭化率係數，是炭化率的 倒數。利用公式（7）～（11）進行木材加熱炭化率評估時之適用性 分別說明如下 [08]。 公式（7）是單一參數的炭化評估模式，假設加熱時間與炭化深 度為一次線性關係，為最簡單常用的評估模式。當加熱時間與炭化深 度分別為 60 分鐘與 38mm 時，炭化率係數

m

1_{值為 1.575min/mm。} 公式（8）為雙參數的炭化評估模式，當考量會產生較高的炭化 率與加熱初期缺少炭化層隔阻熱能侵入而延阻炭化進行，且加熱時間 與炭化深度亦屬一次線性關係者，可利用此評估模式。 公式（9）為非線性雙參數炭化評估模式，當 a 值小於 1 時，加 熱時間增加則炭化率也會增加；當 a 值大於 1 時，其加熱時間減少則 炭化率會增加；當 a 值等於 1 時，則公式（9）的結果與公式（7）相 同。公式（9）與公式（11）適用於炭化率穩定且炭化率較慢條件下 的評估模式。 公式（10）係由公式（9）推導而來。 公式（11）為非線性單參數炭化評估模式，係美國森林與紙業協 會(American Forest and Paper Association；AFPA)進行木構造耐

火設計所採用的評估模式，是 Robert H. White 根據 8 種木材種類進 行實驗後，所發展出評估木材受熱產生炭化深度之經驗公式。當加熱 時 間 與 炭 化 深 度 分 別 為 60min 與 38mm 時 ， m4 值 為 0.684min/mm1.23(Yang, et al., 2009)。公式（11）其中炭化率係 數m4計算的方式如公式（12） [09]。 fc m4 = −0.147+0.000564

ρ

+1.21

µ

+0.532 _（12） 公式（12）為炭化率的倒數

m

4 _{的計算方式其相關參數說明如} 後，

ρ

：木材密度（kg/ m3）。

µ

：木材含水率（％）。 fc：木材 炭化減少率。透過

m

4_{計算的方式可以瞭解公式（11）的評估模式中，} 主要影響炭化深度的因子為樹種之密度

ρ

與含水率

µ

[09]，當密度 與含水率增加則炭化率減少。 二、「木構造建築物設計及施工技術規範－第九章建築物之防火」之 木材炭化規定 國內對木材炭化率之相關規範，依於「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，節次 9.3 對於木構造防火設計 有相關之規定：(摘錄) [10] （一）梁柱構架 1.構材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，半小時為 25mm 以 上；非集成材之 1 小時燃燒炭化深度設定為 60mm 以上，半小時為 30mm 以上。 （二）框組壁式系統防火設計 1.框組壁式 2×4 工法之最小間柱斷面為 38 mmx89 mm，牆間柱之中心 距不得超過 455mm。 2.框組壁式 2×6 工法之最小間柱斷面為 38 mmx140 mm，牆間柱之中 心距不得超過 610mm。

3.常見防火被覆用板材之種類及最小厚度，可採用厚度為 15mm 以上 之耐燃一級石膏板材（符合 CNS4458）或厚度為 12mm 以上之耐燃 一級矽酸鈣板（符合 CNS13777）等。 4.壁內填充材可採用密度 60kg/m3 以上岩棉（符合 CNS9659），最小 厚度 50mm。 5.依上述規定建造者可認定具有 1 小時防火時效。 （三）原木層疊 原木層疊系統除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。 圖 3-2 四面受熱與三面受熱安全斷面示意圖 而於該節次之解說中有關於梁柱構架系統防火設計摘錄如下： [10] 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，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度)固定，將其乘上持續燃燒時間後求得。 在規範中「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，實驗結果表 2-1。 依實驗結果建議集成材 1 小時炭化深度設定為 50mm 以上，半小時為 25mm 以上，非集成材 1 小時炭化深度設定為 60mm 以上，半小時為 30mm 以上。若不依此數據設計，得採用經中央主管機關認可實際實驗值設 計。如非採炭化深度設計之火災安全防護措施，則應經中央建築主管 機關認可。

第三節 加熱溫度對木材力學性能影響

木材表面受熱後，內部溫度會呈現曲線分布；依據 J.urgen K.onign,y [11]表示，在溫度 20℃~300℃時，木材開始進入強度破 壞階段，其強度隨著溫度增加而減少，至 300℃後，木材就不具有力 學特性，因已進入炭化階段。圖 3-3-a 表示木材在 20℃~300℃時， 受張力、壓力、剪力測試時的力學反應，圖 3-3-b 表示木材在 20℃ ~300℃時，其彈性係數的變化；此外溫度在 100℃時，為力學變化過 程中的一轉則點。 溫度(℃) 溫度(℃) a.木材之溫度與相對強度關係圖[11] b.木材之溫度與彈性係數關係圖[[11] 圖 3-3 木材之溫度與相對強度及彈性係數關係圖 強 度 強 度

對於木材受到溫度加熱之後，木材的抗壓強度會隨著溫度的增加 而減少，國外其他的學者尚有提出許多的變化模式。如下表所示。[12] 表 3 -3 木材 加熱 影 響 抗壓強 度 折減 模 式彙整 表

第四章 木構造樓板與屋頂耐火性能實驗

第一節 103 與 104 年度木構造樓板實驗成果回顧

一、木構造樓板耐火性能實驗試體規劃 103 度參考「木構造建築物設計及施工技術規範」附錄所列具防 火時效之木構造樓板案例與國內材料使用習慣（木材使用 SPF 含水率 14.25、覆蓋板使用石膏板與矽酸鈣板）共設計 6 個試體進行實驗與 分析。6 組試體預定 3 次實驗進行，第Ⅰ、Ⅱ組試體進行木樓板加熱 加載耐火性能實驗，探討實尺寸木樓板試體於標準溫度時間曲線條件 下之加熱加載耐火性能；第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 試體合併進行 為木樓板加熱耐火性能實驗，探討實尺寸木樓板試體下層曝火面覆蓋 板以不同材質組合於標準溫度時間曲線條件下之加熱耐火性能。 104 年度實驗係將 103 年度第Ⅱ組試體修正並參考 103 年度已通 過 1 小時加熱試驗之第Ⅲ-B 試體，於第Ⅱ組試體加熱面原有 12mm 矽 酸鈣板上再增加一層 9mm 矽酸鈣板即為「修正後第Ⅱ組試體」，。並 增加Ⅳ、Ⅴ等 2 組試體，進行加熱加載耐火性能實驗。103 與 104 年 度試體規格如下圖表所示： 表 4-1 木構造樓板試體規格表 構 材 斷 面 長 × 寬 440×300cm 15mm石膏板×1層（耐燃1級，G B - R ） 每200kg/m2 A 9mm矽酸鈣板×2層（耐燃1級） B 15mm矽酸鈣板12mm＋9mm（耐燃1級） C 15mm石膏板×2層（耐燃1級，G B - R ） D 12mm石膏板×2層（耐燃1級，G B - R ） 12mm合板＋15mm合板 12mm矽酸鈣板×1層＋9mm（耐燃1級） 38mm木螺釘、 釘距15cm 環氧樹酯（民泰塗料） 1 5 m m 石 膏 板 × 2 層 （ 耐 燃 1 級 ， G B - F ） 1 2 m m 矽 酸 鈣 板 × 2 層 （ 耐 燃 1 級 ） 加 載 方 式 木 構 架 尺 寸 上 層 覆 蓋 板 下 層 覆 蓋 板 5 0 m m 木 螺 釘 、 釘 距 2 0 c m 環 氧 樹 酯 （ 騰 豐 塗 料 ） 1 0 3 實 驗 試 體 209×139cm 不加載 每200kg/m2 Ⅱ(修正後) Ⅳ Ⅴ 2×10（38 ×235mm） 440×300cm_{1 5 m m 合 板 ＋ 1 5 m m 合} 板 1 0 4 實 驗 試 體 試 體 編 號 Ⅲ Ⅰ 2×10（38 ×235mm） 12mm合板＋15mm合板 38mm木螺釘、 釘距15cm 環氧樹酯（民泰塗料） 覆 蓋 板 釘 著 計 畫 覆 蓋 板 接 縫 處 理 方 式

圖 4-1 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ組木樓板試體構架圖 圖 4-2 第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ組木樓板試體構架完成 圖 4-3 第Ⅰ組木樓板試體組合示意圖 1220mm 407 mm 4400mm 3050 mm （耐燃 1 級） （12mm 結構合板 +15mm 結構合板）

圖 4-4 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體構架圖

圖 4-5 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體構架完成

3500

mm

圖 4-6 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體

組合示意圖

二、實驗結果與分析 1.第Ⅰ組木樓板加熱加載耐火性能實驗 （1）承重能力討論： 依 CNS 12514 第 9.1 節承重能力規定， 第Ⅰ組試體於 47 分鐘時 超過最大撓曲度 170.2mm。第Ⅰ組試體於 38 分鐘時超過撓度已超過 L/30（133.3mm），始開始應用撓曲速率基準判定防火效能，於 44 分 鐘超過最大撓曲速率 7.65mm/min。由試體內部溫度紀錄顯示於 34 分 鐘開始快速升溫，所以下層覆蓋板已掉落，木構架開始燃燒，試體整 體承重能力約於 35 分鐘開始急速增加。 矽酸鈣板 9mm×2 層（耐燃 1 級） （12mm 結構合板 +15mm 結構合板） 石膏板 15mm×2 層（耐燃 1 級） （12mm 結構合板 15mm 結構合板） 矽酸鈣板 12mm+ 9mm（耐燃 1 級） （12mm 結構合板 +15mm 結構合板） 石膏板 12mm×2 層（耐燃 1 級） （12mm 結構合板 15mm 結構合板） (38×235mm) (38×235mm) (38×235mm) (38×235mm)

圖 4-7 第Ⅰ組試體撓曲度與時間曲線 圖 4-8 第Ⅰ組試體撓曲速率與時間曲線 （2）遮焰性能： 於 49 分鐘試體非加熱面合板著火且持續火焰超過 10 秒，遮焰性 能 49 分鐘。著火之後火試急速擴大，加載設備與試體無法迅速吊離 試驗爐，一度危及實驗設備。 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 撓曲度 (mm) 樓板撓曲度ST#A mm 樓板最大撓曲度容許值 170.2mm 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0 10 20 30 40 50 60 時間(分) 撓曲速率 (mm/min) 樓板撓曲速率ST#A mm/min 樓板最大撓曲速率容許值 7.65mm/min

圖 4-9 第Ⅰ組試體進行加載

圖 4-10 第Ⅰ組試體合板燒穿火焰大量竄出

圖 4-12 第Ⅰ組試體合板燒穿現象（2） （3）阻熱性能： 於 49 分鐘試體非加熱面溫度，任一位置之溫度(包括移動式熱電 偶所測者)超過 210℃以上，而且試體非加熱面平均溫度超過 170℃以 上，阻熱性能 49 分鐘。 圖 4-13 第Ⅰ組試體非加熱面溫度曲線 （4）爐內加熱溫度與試體內部溫度變化紀錄： 爐內加熱溫度於 36 分鐘開始快速升溫，並超過標準溫度 100℃， 顯示此時木樓板之下層覆蓋板已開始掉落，木樓板構架產生大量燃燒。 試體內部亦顯示於 34 分鐘開始快速升溫，顯示下層覆蓋板已掉落無 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度TC#1 非加熱面溫度TC#2 非加熱面溫度TC#3 非加熱面溫度TC#4 非加熱面溫度TC#5 非加熱面溫度平均值 最高溫度上限210℃ 平均溫度上限170℃

法將爐內加熱能量阻隔，木構架與上層合板後續開始產生燃燒。 圖 4-14 第Ⅰ組爐內溫度時間曲線 圖 4-15 第Ⅰ組試體內部溫度時間曲線 0 200 400 600 800 1000 1200 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 爐內溫度#1 爐內溫度#2 爐內溫度#3 爐內溫度#4 爐內溫度#5 爐內溫度#6 爐內溫度#7 爐內溫度#8 爐內溫度#9 爐內溫度#10 爐內溫度#11 爐內溫度#12 爐內溫度#13 爐內溫度#14 爐內平均加熱溫度時間曲線 標準加熱溫度時間曲線 溫度控制上限（+100） 溫度控制下限（-100） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 試體內部溫度TC#1-1 試體內部溫度TC#1-2 試體內部溫度TC#3-1 試體內部溫度TC#3-2 試體內部溫度TC#5-1 試體內部溫度TC#5-2

2.第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組木樓板試體加熱耐火性能實驗 （1）遮焰性能： 於實驗過程 60 分鐘內試體非加熱面無持續火焰超過 10 秒。 圖 4-16 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組試體進行加熱實驗中非加熱面 圖 4-17 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組試體進行加熱實驗後加熱面 圖 4-18 第Ⅲ-C 加熱實驗後加熱面

（3）阻熱性能： 於 60 分鐘實驗過程試體非加熱面溫度，任一位置之溫度未超過 210℃以上，而且試體非加熱面平均溫度未超過 170℃以上。在非加 載之加熱實驗皆具 60 分鐘阻熱性能與遮焰性。 圖 4-19 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組試體非加熱面溫度曲線 （4）爐內加熱溫度與試體內部溫度變化紀錄： 爐內加熱溫度於 53 分鐘開始快速升溫，並超過標準溫度 100℃， 顯示此時木樓板之下層覆蓋板已開始掉落，以及木樓板構架產生大量 燃燒。Ⅲ-A 試體內部亦顯示於 46 分鐘開始快速升溫，顯示下層覆蓋 板已掉落無法將爐內加熱能量阻隔，木構架與上層合板後續開始產生 燃燒。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度 A-TC#1-1 非加熱面溫度 A-TC#2-1 非加熱面溫度 B-TC#1-1 非加熱面溫度 B-TC#2-1 非加熱面溫度 C-TC#1-1 非加熱面溫度 C-TC#2-1 非加熱面溫度 D-TC#1-1 非加熱面溫度 D-TC#2-1 平均溫度上限170℃ 最高溫度上限210℃

圖 4-20 第Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D 組實驗爐內溫度時間曲線 圖 4-21 第Ⅲ-A 組試體內部溫度時間曲線 0 200 400 600 800 1000 1200 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 爐內溫度#1 爐內溫度#2 爐內溫度#3 爐內溫度#4 爐內溫度#5 爐內溫度#6 爐內溫度#7 爐內溫度#8 爐內溫度#9 爐內溫度#10 爐內溫度#11 爐內溫度#12 爐內溫度#13 爐內溫度#14 爐內平均加熱溫度時間曲線 標準加熱溫度時間曲線 溫度控制上限（+100） 溫度控制下限（-100） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度 A-TC#1-1 試體內部溫度 A-TC#1-2 試體內部溫度 A-TC#1-3 非加熱面溫度 A-TC#2-1 試體內部溫度 A-TC#2-2 試體內部溫度 A-TC#2-3

圖 4-22 第Ⅲ-B 組試體內部溫度時間曲線 圖 4-23 第Ⅲ-C 組試體內部溫度時間曲線 0 100 200 300 400 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度 B-TC#1-1 試體內部溫度 B-TC#1-2 試體內部溫度 B-TC#1-3 非加熱面溫度 B-TC#2-1 試體內部溫度 B-TC#2-2 試體內部溫度 B-TC#2-3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度 C-TC#1-1 試體內部溫度 C-TC#1-2 試體內部溫度 C-TC#1-3 非加熱面溫度 C-TC#2-1 試體內部溫度 C-TC#2-2 試體內部溫度 C-TC#2-3

圖 4-24 第Ⅲ-D 組試體內部溫度時間曲線 0 100 200 300 400 500 600 700 800 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度 D-TC#1-1 試體內部溫度 D-TC#1-2 試體內部溫度 D-TC#1-3 非加熱面溫度 D-TC#2-1 試體內部溫度 D-TC#2-2 試體內部溫度 D-TC#2-3

3. 修正後第Ⅱ組木樓板加熱加載耐火性能實驗 （1）承重能力討論： 依 CNS 12514 第 9.1 節承重能力規定， 「修正後第Ⅱ組試體」 加熱 57 分鐘時從曝火面產生持續火焰超過 10 秒，所以 57 分鐘燃燒 終止，實驗結束。試體撓曲度測點 ST#A 於加熱時間 57 分鐘最大撓曲 度為 49.2mm 及測點 ST#B 於加熱時間 57 分鐘最大撓曲度為 26.9mm， 均未超過最大撓曲度容許值 D=170.2mm。撓度未超過 L/30（133.3mm）， 故未應用撓曲速率基準參考判定。 圖 4-25「修正後第Ⅱ組試體」撓曲度與時間曲線 （2）遮焰性能： 於 57 分鐘試體非加熱面合板著火且持續火焰超過 10 秒，立即燃 燒終止，實驗結束。所以遮焰性能為 57 分鐘。 0 25 50 75 100 125 150 175 200 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 撓曲度 (mm) 樓板撓曲度ST#A 樓板撓曲度ST#B 樓板最大撓曲度容許值

圖 4-26「修正後第Ⅱ組試體」進行加載

圖 4-27「修正後第Ⅱ組試體」合板燒穿現象（1）

（3）阻熱性能： 試體於加熱 57 分鐘非曝火面溫度測點 TC#1 測得最高溫度 80.2 ℃，未超過 213℃（初始溫度 32.3℃之 180℃即 213℃）以上。 平均 溫度最高為 76.9℃，未超過 173℃（初始平均溫度 32.3℃之 140℃即 173℃）以上，所以阻熱性能為 57 分鐘。 圖 4-29「修正後第Ⅱ組試體」非加熱面溫度曲線 （4）爐內加熱溫度變化紀錄： 爐內加熱溫度於 48 分鐘開始快速升溫，並超過標準溫度 100℃， 顯示此時木樓板之下層覆蓋板已開始掉落，木樓板構架上層合板產生 大量燃燒。 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 非加熱面溫度TC#1 非加熱面溫度TC#2 非加熱面溫度TC#3 非加熱面溫度TC#4 非加熱面溫度TC#5 非加熱面溫度平均值 最高溫度上限213℃ 平均溫度上限173℃

圖 4-30 「修正後第Ⅱ組試體」爐內溫度時間曲線 4. 第Ⅳ組木樓板加熱加載耐火性能實驗 （1）承重能力討論： 依 CNS 12514 第 9.1 節承重能力規定，「第Ⅳ組試體」加熱 60 分鐘。試體撓曲度測點 ST#A 於加熱時間 60 分鐘最大撓曲度為 10.01mm 及測點 ST#B 於加熱時間 60 分鐘最大撓曲度為 7.7mm，均未超過最大 撓曲度容許值 D=170.2mm。撓度未超過 L/30（133.3mm），故未應用 撓曲速率基準參考判定。 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 時間(分) 溫度 (℃) 爐內溫度#1 爐內溫度#2 爐內溫度#3 爐內溫度#4 爐內溫度#5 爐內溫度#6 爐內溫度#7 爐內溫度#8 爐內溫度#9 爐內溫度#10 爐內溫度#11 爐內溫度#12 爐內溫度#13 爐內溫度#14 爐內平均加熱溫度時間曲線 標準加熱溫度時間曲線 溫度控制上限（+100） 溫度控制下限（-100）

圖 4-31「第Ⅳ組試體」撓曲度與時間曲線 （2）遮焰性能： 於 60 分鐘試體非加熱面合板無著火且持續火焰超過 10 秒。所以 遮焰性能為 60 分鐘。 圖 4-32「第Ⅳ組試體」進行加載 0 25 50 75 100 125 150 175 200 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 撓曲度 (m m) 時間(分) 樓板撓曲度ST#A 樓板最大撓曲度容許值 撓度已超過L/30 （133.3mm）

圖 4-33「第Ⅳ組試體」上層合板完整 圖 4-34「第Ⅳ組試體」下層石膏板現象 （3）阻熱性能： 試體於加熱 60 分鐘非曝火面溫度測點 TC#1 測得最高溫度 60.1 ℃，未超過 207℃（初始溫度 26.6℃之 180℃即 207℃）以上。 平均 溫度最高為 48.4℃，未超過 167℃（初始平均溫度 26.6℃之 140℃即 167℃）以上，所以阻熱性能為 60 分鐘。

圖 4-35「第Ⅳ組試體」非加熱面溫度曲線 （4）爐內加熱溫度變化紀錄： 爐內加熱溫度於 10 分鐘後爐溫正常無異狀，顯示此時木樓板之 下層覆蓋板並未掉落，木樓板構架與上層合板皆無產生大量燃燒。 圖 4-36 「第Ⅳ組試體」爐內溫度時間曲線 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 溫度 (℃) 時間(分) 非加熱面溫度TC#1-1 非加熱面溫度TC#2-1 非加熱面溫度TC#3-1 非加熱面溫度TC#4-1 非加熱面溫度TC#5-1 非加熱面溫度平均值 最高溫度上限206℃ 平均溫度上限166℃ 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 溫度 (℃) 時間(分) 爐內溫度#1 爐內溫度#2 爐內溫度#3 爐內溫度#4 爐內溫度#5 爐內溫度#6 爐內溫度#7 爐內溫度#8 爐內溫度#9 爐內溫度#10 爐內溫度#11 爐內溫度#12 爐內溫度#13 爐內溫度#14 爐內平均加熱溫度時間曲線 標準加熱溫度時間曲線 溫度控制上限（+100） 溫度控制下限（-100）

3. 第Ⅴ組木樓板加熱加載耐火性能實驗 （1）承重能力討論： 依 CNS 12514 第 9.1 節承重能力規定， 「第Ⅴ組試體」加熱 40 分鐘時從曝火面產生持續火焰超過 10 秒，所以 40 分鐘燃燒終止，實 驗結束。試體撓曲度測點 ST#A 於加熱時間 37 分鐘最大撓曲度為 38.9mm 及測點 ST#B 於加熱時間 40 分鐘最大撓曲度為 50.1mm，均未 超過最大撓曲度容許值 D=170.2mm。撓度未超過 L/30（133.3mm）， 故未應用撓曲速率基準參考判定。 圖 4-37「第Ⅴ組試體」撓曲度與時間曲線 （2）遮焰性能： 於 40 分鐘試體非加熱面合板著火且持續火焰超過 10 秒，立即燃 燒終止，實驗結束。所以遮焰性能為 40 分鐘。 0 25 50 75 100 125 150 175 200 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 撓曲度 (m m) 時間(分) 樓板撓曲度ST#A 樓板最大撓曲度容許值 撓度已超過L/30 （133.3mm）

圖 4-38「第Ⅴ組試體」進行加載

圖 4-39「第Ⅴ組試體」合板燒穿現象（1）

（3）阻熱性能： 試體於加熱 40 分鐘非曝火面溫度測點 TC#1 測得最高溫度 100.8 ℃，未超過 207℃（初始溫度 26.9℃之 180℃即 207℃）以上。 平均 溫度最高為 59.4℃，未超過 167℃（初始平均溫度 26.9℃之 140℃即 167℃）以上，所以阻熱性能為 40 分鐘。 圖 4-41「第Ⅴ組試體」非加熱面溫度曲線 （4）爐內加熱溫度變化紀錄： 爐內加熱溫度於 31 分鐘開始快速升溫，並於 34 分鐘超過標準溫 度 100℃，顯示此時木樓板之下層覆蓋板已開始掉落，木樓板構架上 層合板產生大量燃燒。 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 溫度 (℃) 時間(分) 非加熱面溫度TC#1-1 非加熱面溫度TC#2-1 非加熱面溫度TC#3-1 非加熱面溫度TC#4-1 非加熱面溫度TC#5-1 非加熱面溫度平均值 最高溫度上限206℃ 平均溫度上限166℃

圖 4-42 「第Ⅴ組試體」爐內溫度時間曲線 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 溫度 (℃) 時間(分) 爐內溫度#1 爐內溫度#2 爐內溫度#3 爐內溫度#4 爐內溫度#5 爐內溫度#6 爐內溫度#7 爐內溫度#8 爐內溫度#9 爐內溫度#10 爐內溫度#11 爐內溫度#12 爐內溫度#13 爐內溫度#14 爐內平均加熱溫度時間曲線 標準加熱溫度時間曲線 溫度控制上限（+100） 溫度控制下限（-100）

第二節 實驗目的與內容

本案規劃之實驗延續 103、104 年度木構造樓板與屋頂研究成果， 接續進行耐火性能研究，並利用本實驗中心之加熱燃燒實驗設備來 協助驗證。 依據 103 與 104 年度實驗結果與國外文獻 CAM 計算方式所記載 資料顯示當木框架著火之後大約 10 分鐘後試體會整體失敗，所以下 層覆蓋板的防火性能約需達到 50 分鐘。 故本年度實驗針對木構造樓板與屋頂的下層覆蓋板材設計「簡 易試體」進行耐火實驗。 一、實驗木構造樓板與屋頂耐火性能實驗試體規劃 表 4-2 103、104 年度實驗結果 根據 103 與 104 年度實驗結果顯示於 CNS12514 的溫度條件下石 膏板的防火性能穩定度較高，而國人在進行室內裝修較喜歡使用的防 火板材－矽酸鈣板，卻沒有相對的穩定性，如上表所示。 木構造樓板與屋頂之防火性能做重要的關鍵部分係為木框架的 下層覆蓋板防火性能。國內目前對於板材類的防火性能，是採用 CNS 14705「建築材料燃燒熱釋放率試驗法-圓錐量熱儀法」進行試驗，其 防火性能共分 3 級，室內裝修耐燃板材主要為當人為使用火器不慎且 分 鐘 15mm石膏板×1層（耐燃1級，G B - R ） 每200kg/m2 ₄₄ A 9mm矽酸鈣板×2層（耐燃1級） -B 15mm矽酸鈣板12mm＋9mm（耐燃1級） -C 15mm石膏板×2層（耐燃1級，G B - R ） -D 12mm石膏板×2層（耐燃1級，G B - R ） -12mm合板＋15mm合板 12mm矽酸鈣板×1層＋9mm（耐燃1級） 57 1 5 m m 石 膏 板 × 2 層 （ 耐 燃 1 級 ， G B - F ） 60 1 2 m m 矽 酸 鈣 板 × 2 層 （ 耐 燃 1 級 ） 40 防 火 時 效 1 0 4 實 驗 試 體 Ⅱ(修正後) 每200kg/m2 Ⅳ 1 5 m m 合 板 ＋ 1 5 m m 合 板 Ⅴ 加 載 方 式 1 0 3 實 驗 試 體 Ⅰ 12mm合板＋15mm合板 Ⅲ 不加載 試 體 編 號 上 層 覆 蓋 板 下 層 覆 蓋 板

防焰材料無法達到防止起火目的，或人為縱火行為，致使火災由引燃 期進展至成長期時，此階段建材主要性能應能使火勢燃燒擴大困難， 燃燒時發熱量低，發煙及有毒氣體的生成量均低者。CNS 14705 的試 驗條件是模擬火災成長期的溫度環境，而非火災旺盛期的溫度環境， 所以將耐燃板材使用於木構造樓板與屋頂之耐火板將對應的是火災 旺盛期的高溫環境，其防火性能可能是無法等同比對的。 故本年度實驗針對木構造樓板與屋頂的下層覆蓋板材進行耐火 實驗，設計 120cm×150cm 實尺寸木構造屋頂與樓板試體，採用本土化 材料，木框架上層覆蓋板未釘夾板，僅下層覆蓋釘耐燃板材，進行防 火保護層的耐火實驗與分析。 1200mm 1510 mm 圖 4-43 木框架組合示意圖 圖 4-44 木框架組合照片