¶ 木構造建築物設計及施工技術規範-第九章 建築物之防火
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第九章 建築物之防火
9.1一般規定
木構造建築物之防火設計及施工,除應依建築技術規則建築設計施工編第三章
規定外,其構造系統之防火設計依本章規定。
本章規定以外之其他火災安全防護措施(防火設計),應經中央主管建築機關
認可。
【解說】
建築法規基於公共安全,對於一定使用用途、樓層數及規模大小之建築物要求須為
防火構造建築物,此規定於建築技術規則設計施工編第六十九條,但工廠建築除依C
類規定外,作業廠房樓地板面積,合計超過五十平方公尺者,其主要構造,均應以不
燃材料建造。木構造建築物亦須符合此規定。
其他特殊構造系統之防火設計,適用建築技術規則確有困難者或尚無建築技術規
則及中華民國國家標準適用者,可檢具申請書及性能規格評定書,向中央主管建築機
關申請辦理建築新技術新工法新設備及新材料認可申請。
9.2木構造建築物防火規劃基本原則
木構造建築物為非防火構造者,應依下列事項,考量必要之防火措施:
(1)防火區劃依規定設置,以各種構造及防火設備區隔達到規定之防火時效。
(2)內部裝修依相關內部裝修限制設計。
(3)外牆及屋頂,以使用不燃材料建造或覆蓋為原則。
(4)走廊、通道及出入口應符合逃生避難安全要求。
(5)防火間隔依規定留設,避免火災延燒至鄰棟建築物。
木構造建築物為防火構造者,須考量主要構造之柱、樑、承重牆壁、樓地
板及屋頂應具備規定之防火時效。
【解說】
木構造建築物依建築技術規則建築設計施工編規定,需考量必要之防火措施。木
構造建築物防火安全設計之一般目的,為抑制火災引起的危險造成建築物本身與鄰棟
建築物中的人員傷亡及財產損失。設計之考量,應以防止突發性火災的發生,與避免
在火災發生後造成之人員傷亡及財產損失。木構造建築物防火規劃基本原則如下:
(一)防火區劃設置規定如下:
(1)木構造建築物屬防火構造者,依建築技術規則建築設計施工編第七十九條規定:
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其總樓地板面積在一千五百平方公尺以上者,應按每一千五百平方公尺,以具有
一小時以上防火時效之牆壁、防火門窗等防火設備與該處防火構造之樓地板區劃
分隔。防火設備並應具有一小時以上之阻熱性。
前項應予區劃範圍內,如備有效自動滅火設備者,得免計算其有效範圍樓地板面
積之二分之一。
防火區劃之牆壁,應突出建築物外牆面五十公分以上。但與其交接處之外牆面長
度有九十公分以上,且該外牆構造具有與防火區劃之牆壁同等以上防火時效者,
得免突出。
建築物外牆為帷幕牆者,其外牆面與防火區劃牆壁交接處之構造,仍應依前項之
規定。
(2)木構造建築物屬非防火構造者,依建築技術規則建築設計施工編第八十一條規定:
其總樓地板面積應按每五百平方公尺,以具有一小時以上防火時效之牆壁予以
區劃分隔。
連棟式木構造建築物屬非防火構造,依建築技術規則建築設計施工編第八十四條
規定:建築面積超過三百平方公尺且屋頂為木造等可燃材料建造之屋架時,應在
長度每十五公尺範圍內以具有一小時以上防火時效之牆壁區劃之,並應突出建築
物外牆面五十公分以上。但與其交接處之外牆面長度有九十公分以上,且該外牆
構造具有與防火區劃之牆壁同等以上防火時效者,得免突出。
(二)木構造建築物之內部裝修材料,依建築技術規則建築設計施工編第八十八條規定。
(三)木構造建築物屬非防火構造者,外牆及屋頂應使用不燃材料建造或覆蓋,依建築技
術規則建築設計施工編第八十四條之一規定。但符合同編第一百十條之一第二項
者,不在此限。
(四)木構造建築物之走廊、通道及出入口,應依建築技術規則建築設計施工編第四章第
一節出入口、走廊、樓梯之規定設計。
(五)防火間隔設置規定如下:
(1)木構造建築物屬防火構造者,其防火間隔應依建築技術規則建築設計施工編第一
百十條規定。
(2)木構造建築物屬非防火構造者,其防火間隔應依建築技術規則建築設計施工編第
一百十條之一規定。
(六)木構造建築物屬防火構造者其主要構造之柱、樑、承重牆壁、樓地板及屋頂之防火
時效,依建築技術規則建築設計施工編第七十條規定。
9.3 木構造系統防火設計
木構造系統防火設計涵蓋基本木構造系統,包含框組壁式系統、梁柱構架系統、
原木層疊系統等。
9.3.1框組壁式系統
(1)壁體、樓板及屋頂之主構材斷面應符合該系統相關設計及施工規範最小斷面尺寸
之規定。
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(2)牆壁..
(a)具垂直承重性能..防火被覆用板材與填充材等,應於防火時效內能維持壁體
之垂直承重性能與防火性能。牆骨架採用斷面為38 mm×89 mm或38 mm×140
mm木料,載重比小於1.0。兩側防火被覆用板材各採用厚度為15mm以上之
耐燃一級石膏板(GBR或GBF種類)二層,或厚度為12mm以上之耐燃一級
矽酸鈣板二層,或厚度為15mm(5/8in或15.9mm)以上之特殊耐火級石膏板一
層,與壁內填充材為厚度50mm以上密度60kg/m3以上之岩棉所構成壁體,防
火時效可認定為一小時。
圖9.3-1 具垂直承重性能牆壁示意圖
(b)不具垂直承重性能..防火被覆用板材與填充材等,應於防火時效內能維持壁
體之防火性能。兩側防火被覆用板材各採用厚度為15mm以上之耐燃一級石
膏板,或厚度為12mm以上之耐燃一級矽酸鈣板,與壁內填充材為厚度50mm
以上密度60kg/m3以上之岩棉所構成壁體,防火時效可認定為一小時。
圖9.3-2 不具垂直承重性能牆壁示意圖
(3)樓板:防火被覆用板材與填充材等,應於防火時效內能維持樓板之承重性能與防
火性能。樓板骨架採用斷面為38 mm×235 mm木料,載重比小於0.5。骨架上層
採用二層15mm結構用合板,或PS-2之定向粒片板(OSB);下層防火被覆用板材
採用厚度為15mm以上之耐燃一級石膏板(GBR或GBF種類)二層,或厚度為
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15mm(5/8in或15.9mm)以上之特殊耐火級石膏板一層,防火時效可認定為一小
時。
圖9.3-3 一小時防火時效木構造樓板示意圖
(4)屋頂:防火被覆用板材與填充材等,應於防火時效內能維持屋頂之承重性能與防
火性能。屋頂骨架採用斷面為38 mm×235 mm木料,載重比小於0.5。骨架上層
採用二層15mm結構用合板,或PS-2之定向粒片板(OSB);下層防火被覆用板材
採用厚度為12mm以上之耐燃一級矽酸鈣板二層,或厚度為15mm以上之耐燃一
級石膏板(GBR或GBF種類)一層,防火時效可認定為半小時。
圖9.3-4 半小時防火時效木構造屋頂示意圖
(5)防火被覆用板材之接縫處理,應於規定防火時效內能維持板材間接縫密合狀態
外,並於接縫內側須設置能阻擋延燒之材料,以達設計之防火性能。
(6)在牆壁、天花板、樓板及屋頂內中空部位等相互交接處,應設置阻擋延燒構造,
避免火燄之竄燒蔓延。
(7)特殊耐火級石膏板應符合附錄七「特殊耐火級石膏板耐火性能試驗特定要求」,
並經中央主管建築機關認可。
9.3.2梁柱構架系統
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(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)不同材種集成材燃燒炭化深度依表9.3-2。但經中央主管機關認可者,得依認可
碳化深度辦理。
(3)木構材接合部位以金屬扣件接合時,應使用適當之防火被覆材或將金屬扣件設置
於規定防火時效之安全斷面內,以確保接合部之強度。
(4)「牆壁」、「樓板」、「屋頂」部分得採用9.3.1框組壁式系統之(2)、(3)、(4)、
(5)、(6)進行設計。
9.3.3原木層疊系統(Log House System)
(1)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外,其餘依相關
設計及施工規範處理。
(2)「牆壁」、「樓板」、「屋頂」部分得採用9.3.1框組壁式系統之(2)、(3)、(4)、
(5)、(6)進行設計。
9.3.4其他系統
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。
【解說】
(一) 框組壁式系統防火設計[註1]
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 mm×89 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 mm×140 mm,牆間柱之中心距不得超過
610mm。
(c)具垂直承重性能牆壁:承重牆骨架採用斷面為38mm×89mm或38mm×140mm木料,
載重比小於1.0[註2]。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GBR或GBF石膏板(符合CNS 4458)二層及配合直徑
3mm×長度63mm木螺釘,釘於板邊緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm;
或厚度為12mm以上之耐燃一級矽酸鈣板(符合CNS 13777)二層及配合直徑
3mm×長度63mm木螺釘,釘於板邊緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm;
或厚度為15mm以上之特殊耐火級石膏板一層及配合直徑3mm×長度43mm木螺釘,
釘於板邊緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm等。壁內填充材可採用密
度60kg/m3以上之岩棉(符合CNS 9659),最小厚度50mm。依上述規定建造者
可認定具有一小時防火時效。
(d)不具垂直承重性能牆壁: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(符合CNS 4458)一層及配合表9.3-1之螺釘規格;
或厚度為12mm以上之耐燃一級矽酸鈣板(符合CNS 13777)一層及配合表9.3-1
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之螺釘規格等。壁內填充材可採用密度60kg/m3以上之岩棉(符合CNS 9659),
最小厚度50mm。依上述規定建造者可認定具有一小時防火時效。
表9.3-1不具垂直承重性能牆壁之螺釘規格
(e)樓板:樓板骨架採用斷面為38mm×235mm木料,木料之中心距不得超過407mm,
載重比小於0.5[註2]。骨架上層採用15mm結構用合板(符合CNS 11671)二層
或PS-2之定向粒片板(OSB)2層;下層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GBR或GBF石膏板(符合CNS 4458)二層及直徑
3mm×長度63mm木螺釘,釘於板邊緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm;
或厚度為15mm以上之特殊耐火級石膏板一層及配合直徑3mm×長度43mm木螺釘,
釘於板邊緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm等。依上述規定建造者可
認定具有一小時防火時效。
(f)屋頂:屋頂骨架採用斷面為38 mm×235 mm木料,木料之中心距不得超過407mm,
載重比小於0.5[註2]。骨架上層採用15mm結構用合板(符合CNS 11671)二層
或PS-2之定向粒片板(OSB) 二層;下層防火被覆用板材之種類及最小厚度,可採
用常見防火被覆用板材之種類及最小厚度,可採用厚度為12mm以上之耐燃一級
矽酸鈣板(符合CNS 13777)二層及配合直徑3mm×長度63mm木螺釘,釘於板邊
緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm;或厚度為15mm以上之耐燃一級
GBR或GBF石膏板(符合CNS 4458)一層及配合直徑3mm×長度63mm木螺釘,
釘於板邊緣間距200mm,釘於板中央間柱間距300mm等。依上述規定建造者可
認定具有半小時防火時效。
(g)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。
| 被覆板材 | 螺釘 | 工法 | 釘長 | 釘距 |
|---|---|---|---|---|
| 厚度為15mm以上之耐燃一級石膏板一層 | 木螺釘 | 2×4 | 31mm | 300mm |
| 2×6 | 63mm | 180mm | ||
| 厚度為12mm以上之耐燃一級矽酸鈣板一層 | 鐵釘+環氧樹酯 | 2×4 | 50mm | 150mm |
| 2×6 | 60mm | 150mm |
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圖9.3-5 防火被覆用板材接縫部分與阻擋延燒材料示意圖範例(一)
圖9.3-6 防火被覆用板材接縫部分與阻擋延燒材料示意圖範例(二)
(h)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,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。
圖9.3-7 框組壁式系統延燒阻擋構造示意圖(一)
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圖9.3-8 框組壁式系統延燒阻擋構造示意圖(二)
(i)國外常用木構造牆壁、樓地板和屋頂系統可參考附錄六,於國內採用仍須經中央
主管建築機關認可。
(二)梁柱構架系統防火設計
(a)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度)固定,將其
乘上持續燃燒時間後求得。
國內實際以原CNS 12514「建築物構造部分耐火試驗法」進行五種材種集成材炭
化深度實驗,燃燒時間為三十、六十分鐘,實驗結果如表9.3-2。所以根據實驗結
果建議其他材種集成材一小時炭化深度設定為50mm以上,半小時為25mm以上,
非集成材一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,得採用經認可之實際實驗值。如非採炭化之耐火防護措施,應經中央主管
機關認可。
(b)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。
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圖9.3-9 木材燃燒炭化深度示意圖
圖9.3-10 木材三面受火一小時燃燒後情況
(c)「牆壁」、「樓板」、「屋頂」部分請參照解說(一)框組壁式系統防火設計之
(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)。
表9.3-2 不同材種集成材燃燒實驗炭化深度
| 材種 | 實驗時間 | 側邊炭化深度底部炭化深度 | 備註 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 集成材 | 杉木 | 30分鐘 | 20.0 mm | 23.5 mm | 1.實驗方法採原CNS 12514「建 築物構造部分耐火試驗法」。 2.試體三面受火。 3.三十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 140 mm 4.六十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 203 mm |
| 集成材 | 杉木 | 60分鐘 | 43.4 mm | 46.0 mm | 築物構造部分耐火試驗法」。 2.試體三面受火。 3.三十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 140 mm 4.六十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 203 mm |
| 集成材 | 柳杉 | 30分鐘 | 20.4 mm | 21.5 mm | 2.試體三面受火。 3.三十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 140 mm 4.六十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 203 mm |
| 集成材 | 柳杉 | 60分鐘 | 42.1 mm | 46.8 mm | 260 mm x 140 mm 4.六十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 203 mm |
| 台灣杉 | 30分鐘 | 22.7 mm | 23.5 mm | 4.六十分鐘實驗:試體斷面尺寸 260 mm x 203 mm | |
| 台灣杉 | 60分鐘 | 45.4 mm | 49.0 mm | 260 mm x 203 mm | |
| 花旗松 | 30分鐘 | 19.2 mm | 20.8 mm | ||
| 花旗松 | 60分鐘 | 37.4 mm | 37.9 mm | ||
| 南方松 | 30分鐘 | 17.0 mm | 17.2 mm | ||
| 南方松 | 60分鐘 | 32.8 mm | 34.0 mm | ||
| 其他材種 | 30分鐘 | 25 mm | |||
| 其他材種 | 60分鐘 | 50 mm | |||
| 非集成材 | 30分鐘 | 30 mm | |||
| 非集成材 | 60分鐘 | 60 mm | |||
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(三)原木層疊系統防火設計
(a)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。
結構材之斷面防火設計與前述梁柱系統相同,即構材未設置防火被覆時,應預估
防火時效內構材之炭化深度,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,一小時燃燒炭化深度設定為60mm以上。
(b)「牆壁」、「樓板」、「屋頂」部分請參照解說(一)框組壁式系統防火設計之
(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)。
註1:本小節防火設計係參考2018 International Building Code與美國工程木材協會APA-
The Engineered Wood Association 出版之FIRE-RATED SYSTEMS/DESIGN/CONS
TRUCTION GUIDE。
註2:載重比係根據本規範第四章及第五章所計算出單一構材之容許最大載重與設計載
重之比如下所示:
牆骨架載重比 =
設計用軸壓力
容許最大軸壓力
樓板與屋頂骨架載重比 =
設計用彎矩
容許最大彎矩