框組壁式木構造承重牆耐火性能
驗證研究
內政部建築研究所自行研究報告
中華民國 106 年 12 月
PG10603-0247 106301070000G0036
框組壁式木構造承重牆耐火性能
驗證研究
研究主持人：蘇鴻奇 研究期程：中華民國 106 年 3 月至 106 年 12 月內政部建築研究所自行研究報告
中華民國 106 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
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
………4
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論
………7
第一節 框組式木構造概要
………7
第二節 木構造建築防火設計
………11
第三節 框組式木構造牆防火性能探討
………15
第四節 建築室內裝修材料耐燃試驗法概述
………17
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗
………21
第一節 105 年度覆蓋板耐火性能試驗實驗回顧
… … …21
第二節 乾式工法構造牆耐火性能實驗規劃
………27
第四章 實驗結果與分析
………35
第一節 乾式工法構造牆耐火性能實驗結果與分析
…………35
第二節 板材耐燃性能實驗實驗結果與分析
… … …45
第五章 結論與建議
………47
第一節 結論
………47
第二節 建議
………49
參考書目
………51
附錄一 自行研究計畫審查會議紀錄與意見回應
………53
表次
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 3-1 木構造樓板下層覆蓋板耐火實驗試體表 ……… 22 表 3-2 木構造樓板下層覆蓋板耐火實驗結果表 … … … 25 表 3-3 乾式工法構造牆耐火性能實驗試體規劃表 … … … 28 表 3-3 乾式工法構造牆耐火性能實驗試體規劃表 … … … 28 表 4-1 乾式工法構造牆耐火性能實驗結果表 ……… 37 表 4-2 耐燃性實驗試體加熱時間 ……… 45 表 4-3 板材耐火性能實驗結果表 ……… 46圖次
圖次
圖 1-1 研究流程 ……… 5 圖 2-1 常見的框組壁式系統 ……… 9 圖 2-2 木構材接合部之保護金屬扣件示意圖 ……… 11 圖 2-3 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例(一) … … … 12 圖 2-4 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例（二） … … … 12 圖 2-5 一小時防火時效之牆組構造 ……… 15 圖 2-6 一小時防火時效之牆組構造 ……… 15 圖 2-7 一小時防火時效之牆組構造 ……… 15 圖 2-8 建築物火災成長歷程與防制對策圖 ……… 16 圖 3-1 木框架組合示意圖 ……… 21 圖 3-2 木框架組合照片 ……… 22 圖 3-3 試體完成圖 ……… 23 圖 3-4 小型多功能加熱試驗爐 ……… 24 圖 3-5 試體木框架著火 ……… 25 圖 3-6 矽酸鈣板實驗後結果（一）……… 26 圖 3-7 矽酸鈣板實驗後結果（二）……… 27 圖 3-8 乾式工法構造牆試體測溫點佈設圖 ……… 29 圖 3-9 耐火實驗加熱爐圖 ……… 31 圖 3-10 耐燃性能實驗設備圖 ……… 33 圖 3-11 耐燃性能實驗過程 ……… 33 圖 4-1 實驗前牆試體測非曝火面熱電偶（A1~A11）及變形量測 點（S1、S2）位置圖 ……… 37 圖 4-2 試體 SCB 時間背溫圖與實驗過程照片 ……… 38 圖 4-3 試體 GBR 時間背溫圖與實驗過程照片 ……… 39 圖 4-4 試體 GBF 時間背溫圖與實驗過程照片 ……… 40 圖 4-5 試體 GBFUL 時間背溫圖與實驗過程照片……… 41 圖 4-6 加熱爐內部溫昇圖 ……… 43摘要
摘 要
關鍵詞: 木構造、框組壁式木構造、木構造承重牆、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，其中「9.3 木 構造防火設計（2）框組壁式」規定係指非承重框組壁式牆。所以尚 需補充承重框組壁式牆的防火性能規定，此為本研究背景因素。故104 年度辦理木構造樓屋頂耐火性能設計與驗證研究，105年度辦理木構 造樓板與屋頂耐火性能技術精進研究，本年度延續木構造建築耐火性 能研究，以框組壁式木構造承重牆為研究對象，進一步採用本土化材 料進行耐火性能設計與驗證研究。整體研究預計 2 年分期完成，第 1 年進行牆體覆蓋板防火性能 研究，第 2 年進行木構造牆體耐火與加載性能研究 二、研究方法及過程 1. 研究範圍訂定與文獻回顧法：對國內乾式工法構造牆試體覆 蓋板材料之使用進行實地調查，配合收集國外相關文獻資料， 分析討論國內與國外乾式工法構造牆覆蓋板材料之使用的差 異性。 2.實驗驗證法：第 1 年以國內本土化材料並參考國外試驗規範構 法設計乾式工法構造牆進行實驗驗證法：設計 300cm×300cm 實尺寸乾式工法構造牆試體 4～6 組，採用本土化覆蓋板材料， 冷軋型鋼為骨架組合成乾式工法構造牆，進行防火保護層的耐 火實驗與分析。 3. 第 1 年研究成果預定研提擬建築用板材耐火性能試驗標準草 案，以提供增訂試驗標準參考。 三、重要發現 已完成 CNS14705-1 實尺寸牆耐火性能實驗共 4 組與 CNS14705-1 板材耐燃實驗共 4 組，並經過整理與分析結果如下。 1.乾式工法構造牆 CNS14705-1 耐火性能實驗結果顯示本研究所 採用的覆蓋板雖然其防火效能都是耐燃 1 級，但是應用於牆體 進行防火時效的耐火性能實驗則顯現出不同之防火性能表現。 在整體的防火時效性能結果顯示：石膏板（GBFUL）-60＇40＂ ＞石膏板（GBF）-48＇30＂＞石膏板（GBR）-42＇00＂＞矽酸 鈣板牆（CSB）34＇10＂。 2.試體在進行 CNS14705-1 實驗之後非曝火面背溫狀況顯示在板 材接縫位於試體上部區域的 A8 位置昇溫最快，最先超出規範
摘要 「CNS12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 8 部：非承重 區劃構件特定要求」的實驗結果比較結果顯示：經 CNS14705-1 實驗之總熱釋放量越小之板材所組構之牆體，其防火時效性能 越好。 4. 「CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量 熱儀法」此時溫度是模擬火災成長期之環境條件大約 750℃， 加熱時間分別為 5、10、20 分鐘。防火構件（承重牆壁、梁、 柱、樓地板頂）常是由複合材料組成，室內裝修材料則經常被 利用，而且是負擔構件的防火性能，所以由本案實驗結果顯示 室內裝修材料於火災成長期的耐燃性能似乎並不能代表在火 災旺盛期的防火性能。故將室內裝修材料進一步測試其於不同 防火階段的防火性能，並標示其防火性能是有其必要性。 四、主要建議事項 已依據 CNS12514-1 與 CNS12514-8 完成實尺寸牆耐火性能實驗 共 4 組與 CNS14705-1 板材耐燃實驗共 4 組，並經過整理與分析結果 如下。 建議一 未來可以依據 CNS12514-1 與 CNS12514-8 完成之實驗結果進行牆體板 材不同組合方式之防火時效性能驗證：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 依據 CNS12514-1 與 CNS12514-8 完成之實驗結果顯示牆體曝火面 與非曝火面的上部區域受加熱溫度破壞最嚴重。所以後續研究可以進 行牆體板材不同組合方式之防火時效性能驗證，例如應將板材接縫置 於牆體下方區域，以瞭解板材不同組合方式工法對防火時效性能影 響。
建議二 研擬建築用板材的特殊性防火性能驗證方式國家標準草案：中長期建 議 主辦機關：本部建築研究所 協辦機關：經濟部標準檢驗局 研擬建築用板材的特殊性防火性能驗證方式國家標準草案，以供 室內裝修板材未來運用於建築構件（承重牆壁、梁、柱、樓地板頂） 於火災旺盛期之防火性能參考。
摘要
Abstract
Keywords: wooden construction, Wall, fire performance
1. The research background
The material of the cover is the most important factor that determines the fire performance of the framed timber wall. However, the building material is a lack of test method and performance standards to apply during the fire extinction period.
2. Research process
This study survey many test method and performance standards for building materials during the stage of fully-developed fire. The fire test have been conducted on these walls specimens with several different building materials.
3. Conclusion
（1）The covering board is the most important fire prevention of walls. （2）Incombustibility of interior finish material of buildings cannot be
measured fire resistance in fully development period.
（3） Fire performance of building materials is as follows：Gypsum board-GBFUL＞Gypsum board-GBF＞Gypsum board-GBR＞ Calcium silicate board-CSB.
（4） The new fire resistance tests method of the building material has been completed which refer to the ASTM C 1396.
第一章 緒論
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。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，其中「9.3 木構造防火設計（2） 框組壁式」規定係指非承重框組壁式牆。所以尚需補充承重框組壁式 牆的防火性能規定，此為本研究背景因素。故104年度辦理木構造樓 屋頂耐火性能設計與驗證研究，105年度辦理木構造樓板與屋頂耐火 性能技術精進研究，本年度延續木構造建築耐火性能研究，以框組壁 式木構造承重牆為研究對象，進一步採用本土化材料進行耐火性能設 計與驗證研究。 整體研究預計2年分期完成，第1年進行牆體覆蓋板防火性能研究， 第2年進行木構造牆體耐火與加載性能研究。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，其中 「9.3 木構造防火設計（2）框組壁式」規定係指非承重框組壁式牆。 所以尚需補充承重框組壁式牆的防火性能規定。框組式木構造牆體系 統依其力學行為可分為承重牆與非承重牆。其中防火區劃牆為建築物 中阻隔火災水平延燒之主要構體，在火勢之控制與安全避難逃生上扮 演著極為重要的角色，承重牆若亦具防火區劃牆之功能時，承重牆於 傳遞載重也必須具有阻熱與遮焰之耐火性能。所以本案擬以框組壁式 木構造承重牆為研究對象進行耐火性能設計與驗證研究。 框組式木構造區劃牆之組構原理，為組構牆體以間柱、覆蓋板、 填充物、固定件、共同組成，以工業化預鑄的概念，可先在工廠依一 定之模矩尺寸與標準規格生產完成，再運至工地現場進行接合，以避 免現場高密度人工作業，而達省工、降低成本、縮短工期、提高品質、 減少營建廢棄物之目的［1］。其中覆蓋板的材料是決定框組式木構 造牆的防火性能作最重要因素，國內有關板類的耐火性能是依據 「CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率試驗法－第 1 部：圓錐量熱儀 法」試驗結果判定，使用係定義為建築物室內裝修材料其防火性能， 主要為當人為使用火器不慎且防焰材料無法達到防止起火目的，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。所以 CNS14705-1 是模擬火成長期的環境場，但是框組式木構造區劃牆的 防火性能是須於火災旺盛期具備防火性能，二個火災階段的溫度場與 耐火時間要求並不相同，故 CNS 尚缺乏建築物室內裝修板材類應用於 火災旺盛期之試驗與性能標準之規定。 所以本計劃第一年研究將針對牆體覆蓋板防火性能為研究主題，第一章 緒論 一、調查蒐集國內外覆蓋板試驗與性能文獻資料彙整分析 對國內外覆蓋板試驗與性能文獻收集相關文獻資料，分析討論國 內與國外覆蓋板試驗與性能的差異性。 二、採用 CNS12514 系列標準進行乾式工法構造牆耐火性能實驗 以國內本土化材料組構乾式工法構造牆為主體，設計 300cm× 300cm 實尺寸乾式工法構造牆試體 4～6 組，進行耐火耐火實驗與分 析。 三、研究成果提供增訂覆蓋板試驗標準規定參考 第一年研究成果預定研提擬覆蓋板特殊耐火性能試驗標準草案， 以提供增訂試驗標準參考。
第三節 研究流程與步驟
本研究擬採文獻回顧、國內覆蓋板試驗與耐火性能文獻收集相關 文獻資料進行文獻收集，並利用本實驗中心所之加熱燃燒實驗設備。 來對國內本土化乾式工法構造牆試體，進行耐火實驗與分析。 一、資料收集與文獻回顧 對國內乾式工法構造牆試體覆蓋板材料之使用進行實地調查，配 合收集國外相關文獻資料，分析討論國內與國外乾式工法構造牆覆蓋 板材料之使用的差異性。 二、採用 CNS12514 系列標準進行全尺度乾式工法構造牆耐火性能實 驗 以國內本土化材料並參考國外試驗規範構法設計乾式工法構造 牆進行實驗驗證法：設計 300cm×300cm 實尺寸乾式工法構造牆試體 4 ～6 組，採用本土化覆蓋板材料，冷軋型鋼為骨架組合成乾式工法構 造牆，進行防火保護層的耐火實驗與分析。 三、研究成果提供增訂覆蓋板試驗標準規定參考 第 1 年研究成果預定研提擬覆蓋板特殊耐火性能試驗標準草案， 以提供增訂試驗標準參考。第一章 緒論 圖 1-1 研究流程 調查國內乾式工法構造牆試體覆蓋板 材料之使用進行調查 框組壁式木構造承重牆耐火性能驗證研 究驗證研究 研究動機與目的 設計乾式工法構造牆試體 採用 CNS12514-1 系列 標準進行耐火性能實驗 完成報告 進行實驗、實驗結果整理、分析
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論
第一節 框組式木構造概要
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、源起 北美地區框組式木構造源起於 19 世紀初期，因鐵釘的量產，以 及利用水力取代人工鋸木，使大型木材能有效率的鋸成小尺寸板材， 其工期短的特點能迅速滿足當時移民大量的住宅需求，因此鐵釘量產 化與鋸木機械化，間接促成北美木構造房屋蓬勃發展，成就了框組式 木構造成為當前獨棟住宅與低層住宅最常見的建築形式。 二、定義 框組式木構造為西式木構架之一種，其構架方式為各層樓面地板 托梁置於該樓層平面下部平面之上(或是第一層樓之托梁裝在地基基 石之上)，而承重牆以及分隔板則放在每一層樓的樓面底板之上。［2］ 三、類型 以類型論述，依「木構造建築物設計及施工技術規範－第二章結 構計畫及各部分構造」節次 2.2 解說中亦提及：框組式構造為木構造 建築物之主要構法之一。［3］而其主要可分為兩種架構方式：［4］ 1. 輕型式構造：木構架方法之一，將整根立柱從牆壁地基延伸 至支撐屋頂頂板，主要辨識方法為外牆與室內 部份之牆間柱構架是連續而上，穿過樓板，直 通至頂端屋架。 2. 平台式構造：採逐層施作並組構樓板，每層間柱僅為一層樓 高，將每層樓板作為工作平台，向上搭建次樓
層之牆面與樓板，直至頂端屋架。 比較輕型式構造與平台式構造二種類型，後者因分層施作較利於 施工，完成樓板之後，再組立間柱與牆壁。單元牆壁可先行預製、組 裝，加快施工速度，同時樓板可為便利的施工平台，因此目前平台式 構造已被大多數木構造建築所採用。 四、特點 本研究將框組式木構造系統之特點，整理分述如下： 1. 舒適性：木質材料具有良好的保溫與隔熱效果，冬暖夏涼， 且本身散發自然的木料芳香與木料表面之天 然紋路，舒適且具有質感。 2. 環保性：框組式木構造是由小斷面且標準化尺寸之木料組構 而成，相較之下原木屋構成材料需要較大斷面 之木材，有效提升原木料加工產品之利用效率， 具有節省有限的森林資源之效。不但建造過程 無污染，拆除後材料亦可回收再利用，相當具 有環保性。 3. 施工快：框組式木構造因為建材尺寸標準化，相當適合工業 生產，有效縮短工期，從基地整理至現場施工 組立，最後室內裝修作業，工期僅需約 16 週， 相較於國內常見的 RC 構造，不但施工省時且 較經濟環保。 4. 耐震佳：木構造結構在抗震性能表現上明顯優於其他材料， 因材料本身質硬且自重輕，地表加速度作用在 建築物上所產生的能量小於其他構造建築物。 此外，木構材本身之撓度亦優於其他材料，可 以有效吸收地震能量並予以發散。
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論 牆板構架之間柱一般採用規格材，所謂規格材是指按一定尺寸和模數 製成的實心鋸材，通常採用 2×4 或 2×6 垂直並列的間柱，按固定間距 排列。 因此詳細說明標稱尺寸 2×4 之間柱(斷面尺寸為 38mm×89mm)之間 距為 406mm，而標稱尺寸 2×6 間柱(斷面尺寸為 38mm×140mm)之間距為 610mm，通常在牆板最常使用 2×4 間柱，但 2×6 間柱的牆體厚度可提 供更高的強度與更佳的耐火性能，放置管線的空間彈性相對也較 2×4 間柱之牆體厚度為佳。 六、施工 框組式木構造牆體之施工組構，係採用 2×4 或 2×6 間柱組構牆體 之框架，外加覆蓋板材，框架內填塞防火棉(或隔音玻璃棉)，共同結 合為牆體單元。國外常見覆蓋板材為石膏板，安裝時需使用螺絲釘， 國內常見的覆蓋板材型式為矽酸鈣板，在安裝時需先使用黏著劑固定 版材，再搭配釘槍將矽酸鈣板固定於間柱上。 而牆體之結構概念，係以按一定間距排列之間柱與覆蓋板，共同 組成一承重牆與剪力牆系統，來共同傳遞垂直力與抵抗水平剪力，必 要時可加斜撐或採結構板材補強。 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
第二節 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。［5］ 表 2-1 不同材種燃燒炭化深度 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 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
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論 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 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。［5］ 圖 2-2 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： 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 以上之岩棉（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。 6. 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。 7. 牆 壁 、 天 花 板 、 樓 板 及 屋 頂 內 中 空 部 位 因 位 於 防 火 被 覆 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
板材之內側，一旦火舌進入後，很容易成為延燒之路徑，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。 8.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」。［5］ 圖 2-3 具備 1 小時防火時效之承重外牆構造案例(一) 圖 2-4 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 版 最小 38x89 mm（2x4 英吋）木柱， 間距 406mm 或 609mm（16 英吋或 24 英吋）
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論 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：［5］ 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
第三節 框組式木構造牆防火性能探討
一、木構造建築物設計及施工技術規範 依據「木構造建築物設計及施工技術規範－第九章建築物之防 火」，摘錄整理框組壁式系統防火設計如下：［6］ 框組壁式系統之壁體防火依下列規定設計： 1.框組壁式 2×4 工法之最小間柱斷面為 38mm×89mm，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 mm×140 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 60K 以上之岩棉(符合 CNS9659)，最小 厚度 20mm。 5.依上述規定建造者可認定具有 1 小時防火時效。 二、國內 CNS 對防火性能之相關規定 防火時效之判定基準依據「CNS12514 建築物構造部分耐火試驗 法」分為阻熱性、遮焰性與穩定性。［7］詳細解釋則依「CNS14652 建築物防火詞彙－防火試驗用語」對『阻熱性』之說明為在耐火試驗 條件下，建築構件當其一面受火時，能在一定時間內，其非加熱面溫 度不超過規定值之能力。而對『遮焰性』之說明為在耐火試驗條件下， 建築構件當其一面受火時，能在一定時間內，防止火焰及熱氣穿透或 非加熱面
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論 構件、構造等能持續維持耐火性所經過之時間。對『耐火時間』之說 明為在耐火試驗條件下， 建築構件或結構從受到火之作用時起，到失去穩定性、遮焰性或阻熱 性時止之時間。［8］ 三、國外防火性能之相關規範 依美國材料試驗協會所制定之 ASTM E119 標準建築構造材料防火 試 驗 方 法 (Standard Test Method for Fire Test of building construction Materials)，當中針對建築物之牆與板組構件定義出 防火等級。主要針對框組壁工法中之牆板組構方法，作為防火設計之 依據。其中分為單向防火(火焰由內牆燒至外牆)及雙向防火(大多考 慮由外牆至內牆之狀況)兩種，以模擬火災時火焰之延燒情形。［9］ 整理列舉經由實驗驗證，通過防火時效認定之制式構法如下圖 2-5～ 圖 2-7： 圖 2-5 一小時防火時效之牆組構造［9］ 圖 2-6 一小時防火時效之牆組構造［9］ 圖 2-7 一小時防火時效之牆組構造［9］
第四節 建築室內裝修材料耐燃試驗法概述
建築物的火災歷程，其火勢擴展之過程，可依室內溫度變化來說 明之。一般而言，建築物室內火災成長可細分為引燃期、成長期、閃 燃現象、全盛期和衰減期等五個時期，進行建築物之防火工程設計時， 宜同時考慮火災歷程對於人員安全造成危害的影響因子，例如：氧氣 耗盡、火焰、熱、毒性氣體、煙和結構強度衰減等六大效應。建築物 火災之防制，亦依火災成長歷程而有不同的防制策略，如下圖所示： 圖 2-8 建築物火災成長歷程與防制對策圖 耐燃材料主要為當人為使用火器不慎且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
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論 已經明訂耐燃一級得比照不燃材料、耐燃二級得比照耐火板、耐燃三 及得比照耐燃材料，使得建築法規、消防法規與國家標準取得對照的 平台。至於耐燃材料的性能可參照 CNS 關於耐燃一級、耐燃二級、耐 燃三級的性能要求。現行技術規則仍有部分沿用舊名詞，部分則改以 耐燃一、二、三級表示，在此修法後的過渡時期，判讀耐燃材料時宜 先判讀有無標示耐燃等級，再依法規來源及時間點依上述原則對照判 讀以免混淆。 1.不燃材料（比照耐燃一級） 依技術規則第一條第一項第二十八款（以下以＃1-1-28 表示）定義：「不燃材料：混凝土、磚或空心磚、瓦、石料、 鋼鐵、鋁、玻璃、玻璃纖維、礦棉、陶瓷品、砂漿、石灰及其 他經中央主管建築機關認定符合耐燃一級之不因火熱引起燃 燒、熔化、破裂變形及產生有害氣體之材料。」。依 CNS 耐燃 一級要求的燃燒性能來看，必須符合（1）閃燃前，不易發生 燃燒現象。（2）不易產生濃煙、氣體。（3）在 50kw/m2加熱 熱通量下，加熱 20 分鐘，總熱釋放量為 8MJ 以下。（4）不發 生不良現象（無防火上有害之貫穿至背面之龜裂及孔穴）等性 能要求，並需通過表面實驗以及基材實驗，耐燃等級最高。 2.耐火板（比照耐燃二級） 依技術規則第一條第一項第二十九款定義：「耐火板：木 絲水泥板、耐燃石膏板及其他經中央主管建築機關認定符合耐 燃二級之材料。」依 CNS 耐燃二級要求的燃燒性能來看，必須 符合（1）閃燃前，發生極少燃燒現象。（2）燃燒速度極慢。 在 50kw/m2 加熱熱通量下，加熱 10 分鐘，總熱釋放量為 8MJ 以下（3）不發生不良現象（無防火上有害之貫穿至背面之龜 裂及孔穴）等性能要求，僅需通過表面實驗，耐燃等級次之。 3.耐燃材料（比照耐燃三級） 依技術規則第一條第一項第三十款定義：「耐燃材料：耐 燃合板、耐燃纖維板、耐燃塑膠板、石膏板及其他經中央主管 建築機關認定符合耐燃三級之材料。」依 CNS 耐燃三級要求的 燃燒性能來看，必須符合（1）閃燃前，僅發生微量燃燒現象。
（2）燃燒速度緩慢。在 50kw/m2 加熱熱通量下，加熱 5 分鐘， 總熱釋放量為 8MJ 以下（3）不發生不良現象（無防火上有害 之貫穿至背面之龜裂及孔穴）等性能要求，僅需通過表面實驗， 耐燃等級最低。 至於其他無法符合前述耐燃三級要求的材料極易引火，不宜採用。 閃燃發生時室內呈現一片火海而人類無法在此環境下生存，因此閃燃 發生時間在建築火災避難上具有相當重要的指標意義，由上述對於耐 燃材料的要求可知，耐燃材料有使火災不易發生以及減緩火災成長的 功效，目的在延長閃燃發生時間爭取人員避難時間，另一方面要求發 煙量應小於一定標準是基於避免讓濃煙阻礙人員避難，至於部分材料 燃燒時會產生有毒氣體者雖然相關法規仍在研訂中，但室內裝修從業 人員仍宜本於專業知識與良知避免使用此類會揮發毒性物質或者是 燃燒時會產生有毒物質的材料。 閃燃發生之後，在建築物火災安全關切的已經不是構造體表面裝 修材料的問題，而是如何用防火區劃來限制火災危害的範圍並確保主 要構造不因火害而倒塌，此時裝修的材料、元件與建築結構物均須遵 守防火時效的規定，此部分的變更往往涉及改建、修建或變更使用的 問題超乎室內裝修範疇，但實務上建築師與營造廠仍常邀請室內裝修 人員參與規劃與施作，進行該部分室內裝修時應該切記，不得妨害或 破壞防火避難設施、防火區劃及主要構造。因此室內裝修從業人員除 了須瞭解技術規則關於裝修材料的規定外，仍需瞭解防火避難設施、 防火區劃、主要構造的相關規定。 目前建築物室內裝修材料所使用之耐燃性能試驗方法係依據 CNS14705-1「建築材料燃燒熱釋放率試驗法－第 1 部：圓錐量熱儀法」 設定於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。但當建築物室內裝修材料具相同耐燃性能，但火災
第二章 框組式木構造與防火性能探討概論 驗，具有防火時效性能者，則稱此特殊耐火型石膏板之耐火等級為 TYPE。
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗
第一節 105 年度木構造樓板實驗成果回顧
一、木構造樓板與屋頂的下層覆蓋板材耐火實驗設計 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 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。所以於 105 年度，為瞭解木構造樓板與屋頂的下層覆蓋板材的防火性能，曾設計 「木構造樓板單層覆蓋板試體」進行耐火實驗。 此項實驗先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，依據 CNS12514 加熱曲線進行耐火實驗與分析。 圖 3-1 木框架組合示意圖圖 3-2 木框架組合照片 下層覆蓋板材的選擇是採用國內常使用之室內裝修耐燃板材，且 皆為國內生產之知名大廠，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。並考量國內慣用的施 工情況，材料重量的關係，在天花板部位施工時矽酸鈣板密度較高（約 為 1600kg/m3）多使用厚度 6mm 與 9mm。而石膏板密度較低（600～900 kg/m3）厚度 15mm 重量尚低於 9mm 矽酸鈣板。所以下層覆蓋板材的選 擇採用 2 種矽酸鈣板品牌厚度 3 種各為 6mm、9mm、6mm＋6mm，耐燃 性能為一級；1 種石膏板品牌厚度為 15mm，耐燃性能為一級，種類 3 種各為 GB-R、GB-F、GB-F-UL（防火性能等同 TYPE X）。以上共 9 種 耐燃板材。 表 3-1 木構造樓板下層覆蓋板耐火實驗試體表 構 材 斷 面 長 × 寬 1-1 A牌6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 1-2 A牌9mm矽酸鈣板（耐燃1級） 1-3 A牌6mm+6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 2-1 B牌6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 2-2 B牌9mm矽酸鈣板（耐燃1級） 2×6 （38× 140mm） 120×150cm 無加載 加 載 方 式 試 體 編 號 木 構 架 尺 寸 下 層 覆 蓋 板
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗 圖 3-3 試體完成圖 二、實驗程序 (一) 試體 1.試體所用之材料及構成，應與實體一致，並應依實際使用 情況之安裝方法製作試體。 2.試體材料之尺度、組成及比重，應符合原生產條件及標準。 3.在建築物實際施工中，若有接縫等其他防火弱點時，應將 該弱點置於試體中央部位。同一試體上，不得有不同之接 縫方式，應依每種接縫方式進行一次試驗。 4.養護與乾燥 (1)試體試驗時之溫度與溼度應與正常實際使用狀態相接 近。 (2)試體應經乾燥達到氣乾狀態。氣乾狀態係指構成材料之 含水率和木材為 15%以下石膏等含有結晶水材料在 40℃ 達到恆重時，為 2%以下，其他材料則為 5%以下。但試 體置於室內其含水率達到一定之平衡狀態者，則不在此 限。 (3)試體放置在通風良好之室內，經過一定乾燥期間，即可 達到氣乾狀態，如混凝土、水泥砂漿粉刷等濕式工法施 工者需二個月以上，乾式工法施工者需一個月以上。但 以適當方法確認達到含水率者，得縮短其乾燥時間。 (4)使用人工加速乾燥方法，應注意不得改變構材性質或試
體之含水率分布而影響防火性能。高溫乾燥溫度需低於 試體構材變質之臨界溫度。 (二)試驗前試體查核 1.樓板與屋頂外觀查核。 2.記錄非加熱面溫度測定位置，設置 3 點。 (三)測試方法 1.加熱試驗：將試體吊置於有效加熱面積為 1 公尺長、1 公尺 寬，符合 CNS 12514「建築物構造部分耐火試驗法」規定 之試驗裝置，進行加熱試驗。 圖 3-4 小型多功能加熱試驗爐 2.加載試驗：不進行加載試驗。 (四)試驗結果判定 試驗結果判定主要依據是以下層覆蓋板破裂或是木框架著 火。
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗 三、實驗結果與分析 本研究第一階段實驗為木構造樓板與屋頂的下層覆蓋板材進行 耐火實驗，為全尺寸木樓板與屋頂加熱加載耐火性能實驗，探討下層 覆蓋板材採用本土化室內裝修耐燃性能材料在 CNS12514 的標準溫度 時間曲線條件下之加熱耐火性能。相關實驗結果如後詳述。 表 3-2 木構造樓板下層覆蓋板耐火實驗結果表 圖 3-5 試體木框架著火 防 火 性 能 構 材 斷 面 長 × 寬 (分＇秒1＂) 1-1 A牌6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 7＇11＂ 1-2 A牌9mm矽酸鈣板（耐燃1級） 9＇43＂ 1-3 A牌6mm+6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 12＇10＂ 2-1 B牌6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 6＇40＂ 2-2 B牌9mm矽酸鈣板（耐燃1級） 11＇03＂ 2-3 B牌6mm+6mm矽酸鈣板（耐燃1級） 14＇29＂ 3 - 1 U 牌 1 5 m m 石 膏 板 （ 耐 燃 1 級 ， G B - R ） 2 9 ＇ 4 2 ＂ 3-2 U 牌 1 5 m m 石 膏 板 （ 耐 燃 1 級 ， G B - F ） 3 6 ＇ 2 8 ＂ 3-3 U 牌 1 5 m m 石 膏 板 （ 耐 燃 1 級 ， G B - F - U L ） 5 0 ＇ 2 4 ＂ 2×6 （38×140mm） 120×150cm 無加載 加 載 方 式 試 體 編 號 木 構 架 尺 寸 下 層 覆 蓋 板
1.矽酸鈣板與石膏板耐火性能比較： 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.石膏板耐火性能比較： 實驗結果顯示 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.矽酸鈣板耐火性能比較： 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。 圖 3-6 矽酸鈣板實驗後結果（一）
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗
第二節 乾式工法構造牆耐火性能實驗規劃
為將板材類的防火性能進一步劃分，以瞭解裝修板材於火災旺盛 期的防火性能，將參考美國 ASTM 規範即有特殊耐火型石膏板 TYPE X 的測試標準－ASTM C 1396 石膏板標準－附錄 TYPE X 測試標準。 一、試體設計 1.試驗時間：1 小時。 2.試體整體尺寸設計為 3m×3m。 3.板材厚度為 15.9mm，長×寬 1220mm×2440mm，單層固定於骨架 兩側。 4.骨架：寬 92mm 非承重型鍍鋅槽鐵框架組成，間距 610mm。 5.螺釘長 25mm，板材邊固定間距 203mm，中間槽鐵固定間距 305mm。 並與鄰接板材螺釘交錯。 二、試體規劃 實驗試體組構方式係參考「ASTM C 1396 石膏板標準－附錄 TYPE X 測試標準」、「CNS12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 1 部： 一般要求事項」與「CNS12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 8 部：非承重區劃構件特定要求」規訂。主要材料－覆蓋板材，包含二 大類分別為石膏板與矽酸鈣板。試體總計有 6 組，材料之組構如試體 規劃表表 4-6 所示。 表 3-3 乾式工法構造牆耐火性能實驗試體規劃表 試體編號 板材 厚度 耐燃等級 試體尺寸 槽鐵 GBR 石膏板－GBR 15.9mm 耐燃1級 3m×3m 92×35×0.8mm GBF 石膏板－GBF 15.9mm 耐燃1級 3m×3m 92×35×0.8mm GBUL 石膏板－GBFUL 15.9mm 耐燃1級 3m×3m 92×35×0.8mm第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗 三、實驗條件設定 1.實驗試體測溫位置佈設 測溫點佈設位置分為試體非加熱面測溫點佈設與內部測溫點佈 設兩部份。試體非加熱面測溫點佈設參照 CNS12514 第 5.6 節規定水 平或垂直分隔構造之試驗，非加熱面溫度測點數量不得少於 5 個，其 中 1 個位於試體中心，其餘分別在試體四等分每一部分之中心如圖 3-8 所示。所有熱電偶之測點應避開接縫、銲點、螺栓、螺釘、鉚釘 等可能令熱電偶受到穿透試體之熱氣直接影響，距離須為 5cm 以上： （1）試體寬度中間處頂部。 （2）沿著試體間柱(stud)或中柱(mullion)頂部。 （3）在非承重牆系統之間柱與橫槽軌(rail)接合點。 （4）在固定邊緣之高度中間處。 （5）在自由邊緣之高度中間處。 （6）在寬度中間儘量接近水平接縫處(正壓區域)。 （7）在高度中間儘量接近垂直接縫處(正壓區域)。 在試體內部測溫點之佈設位置，依研究目的於牆體構件埋設測溫 點如圖 3-8 所示。 圖 3-8 乾式工法構造牆試體測溫點佈設圖
2.試體安裝及束制 （1）一般： 試體與支撐構造應依實際情況安裝在試驗框架上。 試體應盡可能固定在接近試驗框架垂直曝火面或適當的支 撐構造內。 整個試體區域應暴露於加熱條件。 （2）支撐構造：若試體尺度小於試驗框架的開口，則應依照下 列步驟組立在試驗框架上。 a.試體的高度小於試驗框架的開口時，則應提供支撐構造 以降低開口到需要的高度。支撐構造應對試體擁有足夠 的穩定性。 b.當試體的寬度較小時，則在垂直邊應提供對於試體具有 足夠的穩定性的標準支撐構造。 （3）束制： 當實際構造物不大於加熱爐的前端開口時，則試體的邊緣 應以實際情況束制。 當實際構造物的寬度大於加熱爐的前端開口時，其中一個 垂直邊應無束制且試體與試驗框架間應留有 25mm~50mm 的 空隙。 該空隙以一具有彈性且非易燃材料，例:礦纖，以提供一個 不限制其活動自由的填縫。其他邊則與實際情況一樣被束 制。 3.實驗條件設定 （1）加熱條件：實驗之加熱溫度參考 CNS12514 第 5 節之規定內 容，時間為 1 小時。
第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗 t = 加熱時間（分） （2）爐內壓力設定：6pa。 a.加熱爐內高度方向之氣壓分布大概呈線性梯度狀態，雖 然此壓力梯度會因為爐內溫度的改變稍有變化，但在評 估 爐 內 壓 力 狀 態 時 ， 可 假 設 該 壓 力 梯 度 平 均 值 為 8 Pa/m。 b.在特定高度的爐內壓力值應為標稱平均值，不考慮紊流 等相關因素所造成的壓力不穩定波動，且以相對於爐外 相同高度的壓力值表示。爐內控制壓力的平均值應依據 CNS 12514-1 9.4.2 執行監視，在試驗開始初期 5 min 應保持在±5 Pa，至 10 min 時須保持在±3 Pa。
c.垂直構件，原則上從試體底端起 500 mm 高度處之壓力 值應為零(中性壓力面)；但試體最頂端壓力不得大於 20 Pa，因此壓力平面的高度應隨之調整。
第三節 板材耐燃性能實驗規劃
乾式工法構造牆最重要的防火性能係依據板材類的防火性能而 定，而國內目前對於板材類的防火性能只有探討板材於火災成長期的 耐燃性能。所以本研究亦同時進行板材的防火性能實驗，實驗方法依 據 CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量熱儀法。 實驗結果將與乾式工法構造牆耐火性能實驗結果作一比較。 一、試體設計 1.試驗時間：20 分鐘。 2.試體整體尺寸設計為 10cm×10cm。 二、試體規劃 板材的耐燃性能實驗，實驗方法依據 CNS14705-1 建築材料燃燒 熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量熱儀法。實驗材料－覆蓋板材，包含 二大類分別為石膏板與矽酸鈣板。試體總計有 4 組，每一組 3 片試體， 材料之試體規劃表表 4-7 所示。 表 4-7 板材耐火性能實驗試體規劃表 試體編號 板材 厚度 耐燃等級 試體尺寸 加熱時間 SCB 矽酸鈣板－A牌 12mm 耐燃1級 10cm×10cm 20分鐘 GBR 石膏板－GBR 15.9mm 耐燃1級 10cm×10cm 20分鐘 GBF 石膏板－GBF 15.9mm 耐燃1級 10cm×10cm 20分鐘 GBUL 石膏板－GBFUL 15.9mm 耐燃1級 10cm×10cm 20分鐘第三章 乾式工法構造牆耐火性能實驗
圖 3-10 耐燃性能實驗設備圖
第四章 實驗結果與分析
第四章 實驗結果與分析
本計劃第一年研究將針對牆體覆蓋板防火性能為研究主題，以國 內本土化材料組構乾式工法構造牆為主體，設計 300cm×300cm 實尺 寸乾式工法構造牆試體，進行耐火耐火實驗與分析。以將板材類的防 火性能進一步劃分，以瞭解裝修板材於火災旺盛期的防火性能，實驗 方法將參考美國 ASTM 規範即有特殊耐火型石膏板 TYPE X 的測試標準 －「ASTM C 1396 石膏板標準－附錄 TYPE X 測試標準」與「CNS12514-8 建築物構造構件耐火試驗法－第 8 部：非承重區劃構件特定要求」。 乾式工法構造牆最重要的防火性能係依據板材類的防火性能而 定，而國內目前對於板材類的防火性能只有探討板材於火災成長期的 耐燃性能。所以本研究亦同時進行板材的防火性能實驗，實驗方法依 據「CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量熱儀法」。 實驗結果將與乾式工法構造牆耐火性能實驗結果作一比較。第一節 乾式工法構造牆耐火性能實驗結果與分析
乾式工法構造牆耐火性能實驗參考美國 ASTM 規範即有特殊耐火 型石膏板 TYPE X 的測試標準－「ASTM C 1396 石膏板標準－附錄 TYPE X 測試標準」與「CNS12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 8 部： 非承重區劃構件特定要求」。結果相關實驗程序與結果如後詳述。 一、實驗程序 1.實驗開始 室內氣溫須在(25±15)℃範圍內。試驗開始前 5 min 內，所有熱 電偶之初始值須持續記錄並檢查一致性。試體之變形量測值及其他狀 態亦須記錄。 試驗開始之際，試體之初始平均內部溫度及非加熱面溫度須為 (25±15)℃。 開始試驗前，爐內溫度須小於 50 ℃。當溫度控制程式依循標準加熱曲線開始之際即視為試驗開始。從該點時間起量測經過時間，所 有手動及自動量測以及觀察系統須開始進行。 2.量測與觀察 (1) 依 CNS 12514-1 之規定，監控試體遮焰性及阻熱性是否符 合基準，並進行相關的量測及觀察。 (2) 除移動式熱電偶以外，所有固定之熱電偶在試驗期間應每 隔不超過 1 分鐘即量測一次。移動式熱電偶之量測，如溫 度在 20 秒量測時間內未達 150℃，則須持續量測。 (3) 爐內壓力之量測及記錄應在監控點連續或每隔不超過 5 分 鐘間隔進行一次。 (4) 一般性觀察 有關試體構材之變形、裂開、熔化、軟化、剝落、炭化等 現象均須記錄，另從非加熱面逸出之煙狀亦須記錄。 二、性能基準 1.遮焰性 試體在試驗中持續維持其區劃功能且沒有下列情形之一發生所 經過的時間： （1）依 CNS 12514-1 8.4.1 使用棉花墊，棉花墊引燃。 （2）依 CNS 12514-1 8.4.2 之規定，測隙規穿過試體。 （3）在非曝火面產生超過 10 秒的持續性火焰。 2.阻熱性 試體在試驗過程中持續維持其區劃功能且非曝火面沒有下列溫 度增加情形之一所經過的時間： （1）平均溫度的增加超過初始平均溫度 140℃。 （2）任一點(包含移動式熱電偶)的溫度增加量超過初始溫度 180℃(初始溫度為試驗開始前非曝火面之平均溫度)。
第四章 實驗結果與分析 圖 4-1 實驗前牆試體測非曝火面熱電偶（A1~A11）及變形量測點（S1、 S2）位置圖 三、實驗結果整理 1.防火時效性能 試體在「CNS12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 8 部：非 承重區劃構件特定要求」試驗中所具備之防火時效性能包含遮焰性與 遮焰性結果如下： 表 4-1 乾式工法構造牆耐火性能實驗結果表 試體 編號 板材 遮焰性sec 阻熱性sec 防火時效 min＇sec＂ 備註 SCB 矽酸鈣板－A牌 2050 2050 34＇10＂ 耐燃1 級 GBR 石膏板－GBR 2520 2520 42＇00＂ 耐燃1 級 GBF 石膏板－GBF 2910 2910 48＇30＂ 耐燃1 級 GBFUL 石膏板－GBFUL 3640 3640 60＇40＂ 耐燃1 級
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 溫度( ℃) 時間(秒) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 非加熱面均溫 室溫32.4+140℃ 室溫32.4+180℃
第四章 實驗結果與分析 圖 4-3 試體 GBR 時間背溫圖與實驗過程照片 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 溫度( ℃) 時間(秒) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 非加熱面均溫 室溫32.1+140℃ 室溫32.1+170℃
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 溫度( ℃) 時間(秒) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 非加熱面均溫 室溫30.3+140℃ 室溫30.3+170℃
第四章 實驗結果與分析 圖 4-5 試體 GBFUL 時間背溫圖與實驗過程照片 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 溫度( ℃) 時間(秒) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 非加熱面均溫 室溫29.9+140℃ 室溫29.9+170℃
乾式工法構造牆耐火性能實驗結果顯示本研究所採用的覆蓋板 雖然其防火效能都是耐燃 1 級，但是應用於牆體進行防火時效的耐火 性能實驗則顯現出不同之防火性能表現。 在整體的防火時效性能結果顯示：石膏板（GBFUL）-60＇40＂＞ 石膏板（GBF）-48＇30＂＞石膏板（GBR）-42＇00＂＞矽酸鈣板牆（CSB） 34＇10＂。建築物室內裝修材料的耐燃性能，是探討室內裝修材料在 火災成長期的防火性能，所需具備的是耐燃材料主要為當人為使用火 器不慎且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 。 「CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量熱儀法」 此時溫度是模擬火災成長期之環境條件大約 750℃，加熱時間分別為 5、10、20 分鐘。防火構件（承重牆壁、梁、柱、樓地板頂）常是由 複合材料組成，室內裝修材料則經常被利用，而且是負擔構件的防火 性能，所以由本案實驗結果顯示室內裝修材料於火災成長期的耐燃性 能似乎並不能代表在火災旺盛期的防火性能。故將室內裝修材料進一 步測試其於不同防火階段的防火性能，並標示其防火性能是有其必要 性。 2.試體破壞性狀探討 試體在進行 CNS14705-1 實驗之後非曝火面背溫狀況顯示在板材 接縫位於試體上部區域的 A8 位置昇溫最快，最先超出規範溫度規定。 非曝火面破壞狀況亦顯示在板材接縫位於試體上部區域的 A8 位置產 生面外變形破壞最嚴重。曝火面的破壞顯示在試體上部區域的板材破 壞最嚴重。 加熱爐內部溫度顯示如圖 4-6 所示，爐內溫度分佈均勻狀況良好， 爐內上部壓力較大。試體的內部溫度如圖 4-7 所示，B 點的位置為非
第四章 實驗結果與分析 面附近 A2、A8 的區域就會產生較大的溫度破壞。再加上整體溫度與 壓力還是對於試體上部區域造成比較大的破壞。當試體加熱面上部區 域板材破壞後溫度就對非加熱面板材開始產生影響，而試體上部的接 縫位置就最先產生破壞，位於非加熱面接縫的 A8 位置產生裂縫溫度 也就上昇最快了。 圖 4-6 加熱爐內部溫昇圖 0 200 400 600 800 1000 1200 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 溫度℃ 時間(秒) 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 標準加熱曲線 溫度控制上限(+100) 溫度控制下限(-100)
圖 4-7 試體內部溫昇圖
0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 溫度 (℃ ) 時間(min) 矽酸鈣板 B2 B3 B4 C2 C3 C4 D2 D3 D4 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 溫度 (℃ ) 時間(min) 石膏板-GBR B2 B3 B4 C2 C3 C4 D2 D3 D4 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 溫度 (℃ ) 時間(min) 石膏板-GBF B2 B3 B4 C2 C3 C4 D2 D3 D4 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 溫度 (℃ ) 時間(min) 石膏板-GBF-UL B2 B3 B4 C2 C3 C4 D2 D3 D4第四章 實驗結果與分析
第二節 板材耐燃性能實驗實驗結果與分析
板材的防火性能實驗，實驗方法依據 CNS14705-1 建築材料燃燒 熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量熱儀法。結果相關實驗程序與結果如 後詳述。 一、實驗程序 （1）收集為時至少 1 分鐘之基本資料。 （2）將輻射遮蔽板插入定位，並移開保護稱重裝置之隔熱棉。 將待測之試體及試體承盤放到稱重裝置上。將火花引燃器 放到定位。 （3）將輻射遮蔽板於 10 秒鐘內移開，立即開始作試驗。若使 用水冷式之遮蔽板，則可容許其放置 1 分鐘。 （4）啟動引燃計時器，接著打開火花引燃器電源，開始記錄閃 火或暫態燃燒之時間。發生持續燃燒後，記錄當時之時間， 關閉火花引燃器電源並移開。若火苗在移開火花引燃器後 即熄滅，則重新插入移開之火花引燃器，並在 5 秒內重新 打開電源，且不得移開火花引燃器，直到整個試驗完成為 止。試驗報告須詳述經過情形。 （5）移開試體及試體承盤。 2.量測與觀察 建築物室內裝修材料耐燃性級別試驗，得參照表 1 試體加熱時 間。 表 4-2 耐燃性實驗試體加熱時間 耐燃性級別 加熱時間（min） 耐燃1級 20 耐燃2級 10 耐燃3級 5二、性能基準 在 50 kW/㎡ 水平配置加熱熱通量下，各個試體均符合下列 （1） ～（3） 之規定時視為合格。 （1）總熱釋放量：應符合下列其中一項之規定 a.耐燃 1 級材料總熱釋放量為 8 MJ/㎡ 以下，或總熱釋 放量為 15 MJ/㎡ 以下，且依 CNS 14705-3 之 A.2 計 算所得 b 參數為 -0.4 以下。 b.耐燃 2 級及 3 級材料總熱釋放量為 8 MJ/㎡ 以下。 （2）最大熱釋放率無持續 10 秒以上超過 200 kW/㎡。 （3）無防火上有害之貫穿至背面之龜裂及孔穴。 耐燃 1 級之複合材料，並需通過 CNS 6532 或 CNS 15694 所規定之基材試驗，對 3 個試驗體所作之各個加熱試驗， 試體插入後在試驗時間內之爐內溫度，以 2 個熱電偶中 溫度較高且為 810 ℃ 以下者為合格。 三、實驗結果整理 試體在 CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量 熱儀法實驗結果如下： 表 4-3 板材耐火性能實驗結果表 試體編號 板材 厚度 耐燃等級 加熱時間 總熱釋放量 MJ/m2 SCB 矽酸鈣板－A牌 12mm 耐燃1級 20分鐘 4.8 GBR 石膏板－GBR 15.9mm 耐燃1級 20分鐘 3.9 GBF 石膏板－GBF 15.9mm 耐燃1級 20分鐘 2.7 GBUL 石膏板－GBFUL 15.9mm 耐燃1級 20分鐘 2.2 4 種板材試體經過加熱 20 分鐘加熱實驗，其性能的皆符合耐燃 1 級要求。其中總熱釋放量結果顯示：矽酸鈣板牆（CSB）-4.8 MJ/m2 ＞石膏板（GBR）-3.9 MJ/m2 ＞石膏板（GBF）-2.7 MJ/m2 ＞石膏板（GBFUL） - 2.2MJ/m2 。
第五章 結論與建議
第五章 結論與建議
第一節 結論
一、試體在 CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率試驗法-第 1 部圓錐量 熱儀法實驗結果顯示，4 種板材試體經過加熱 20 分鐘加熱實驗， 其性能的皆符合耐燃 1 級要求。其中總熱釋放量結果顯示：矽酸 鈣板牆（CSB）-4.8 MJ/m2＞石膏板（GBR）-3.9 MJ/m2＞石膏板 （GBF）-2.7 MJ/m2＞石膏板（GBFUL）- 2.2MJ/m2。 二、乾式工法構造牆耐火性能實驗結果顯示本研究所採用的覆蓋板雖 然其防火效能都是耐燃 1 級，但是應用於牆體進行防火時效的耐 火性能實驗則顯現出不同之防火性能表現。在整體的防火時效性 能結果顯示：石膏板（GBFUL）-60＇40＂＞石膏板（GBF）-48＇30＂ ＞石膏板（GBR）-42＇00＂＞矽酸鈣板牆（CSB）34＇10＂。 三、試體在依據 CNS12514-1 與 CNS12514-8 進行實驗之後非曝火面背 溫狀況顯示在板材接縫位於試體上部區域的 A8 位置昇溫最快， 最先超出規範溫度規定。曝火面的破壞顯示在試體上部區域的板 材破壞最嚴重。非曝火面破壞狀況亦顯示在板材接縫位於試體上 部區域的 A8 位置產生面外變形破壞最嚴重。 四 、 CNS14705-1 建 築 材料 燃 燒熱 釋 放率 試 驗結 果 在與 牆體進行 「CNS12514-1 建築物構造構件耐火試驗法－第 8 部：非承重區劃 構件特定要求」的實驗結果比較結果顯示：經 CNS14705-1 實驗 之總熱釋放量越小之板材所組構之牆體，其防火時效性能越好。 五、「CNS14705-1 建築材料燃燒熱釋放率是驗法-第 1 部圓錐量熱儀 法」此時溫度是模擬火災成長期之環境條件大約 750℃，加熱時間分別為 5、10、20 分鐘。防火構件（承重牆壁、梁、柱、樓地 板頂）常是由複合材料組成，室內裝修材料則經常被利用，而且 是負擔構件的防火性能，所以由本案實驗結果顯示室內裝修材料 於火災成長期的耐燃性能似乎並不能代表在火災旺盛期的防火 性能。故將室內裝修材料進一步測試其於不同防火階段的防火性 能，並標示其防火性能是有其必要性。
第五章 結論與建議 第二節 建議 建議一 未來可以依據 CNS12514-1 與 CNS12514-8 完成之實驗結果進行牆體板 材不同組合方式之防火時效性能驗證：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 依據 CNS12514-1 與 CNS12514-8 完成之實驗結果顯示牆體曝火面 與非曝火面的上部區域受加熱溫度破壞最嚴重。所以後續研究可以進 行牆體板材不同組合方式之防火時效性能驗證，例如應將板材接縫置 於牆體下方區域，以瞭解板材不同組合方式工法對防火時效性能影 響。 建議二 研擬建築用板材的特殊性防火性能驗證方式國家標準草案：中長期建 議 主辦機關：本部建築研究所 協辦機關：經濟部標準檢驗局 研擬建築用板材的特殊性防火性能驗證方式國家標準草案，以供 室內裝修板材未來運用於建築構件（承重牆壁、梁、柱、樓地板頂） 於火災旺盛期之防火性能參考。
參考書目
參考書目
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附錄一 自行研究計畫審查會議紀錄與意見回應
