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木結構建築

 

 

 

為什麼選擇木構造建築

電氣特性-健康和自然

乾燥的木材是非常好的電絕緣體,能減少靜電的發生

聲學特性

木材通過吸收聲音來防止迴聲和噪音

機械性能-堅固

在相同重量及試驗條件下,木材抗拉強度是2250kgf/cm2,是鋼材強度的4.5倍(鋼材強度509kgf/cm2)

熱性能-舒適(冬暖夏涼)

木材具有優異的保溫隔熱效果,是鋼材的400倍,有助於節省能源

美學屬性

每棵樹都有自己的顏色、設計和氣味,也會根據切割的方式而變化

設計和尺寸沒有限制

木材提供了設計的靈活性,選用木材為建築材料是正確的選擇

 

 

建造速度快

木結構可以部分預切割、工廠預製和精確製造,使建造時間比磚或石頭建築快得多

氧化性能

金屬材會生鏽,木材不生鏽。對於這些特性,在必要避免生鏽的要求時,可優選使用木材

易於工作

木材重量輕,易於安裝,允許在施工過程中進行格局的修改和調整。但是其他材料的維護和維修非常困難且成本高昂

 

耐用且易於維護

木材是一種非常耐用的材料,如果經適當的防腐劑處理以及妥善的維護,它可以使用百年以上

防火性能

木材面對火焰時,表面會轉化為具隔熱效果的碳化層,保護結構強度的維持。

木結構特性

彈性的設計與運用

以木料為基材,以構架及覆蓋板彼此組合成的框組壁工法,能接合成舒適空間滿足廣泛的生活方式及品質要求,也可輕易的局部擴充或再裝修。

便利與快速的施工

構件於工廠預切割,節省時間並避免現場誤差,其接合亦採電腦設計扣件,運送至工地快速的組立、扣繫與接合,業主與設計師皆能快速檢驗。

高耐震 & 抗風

藉由框組而成的牆壁、地板與屋頂組合成具剛性的構體,使載重或風力能夠分散並由不同路徑傳導出去,且相對於混凝土更能有效的抵抗地震。

耐久性與維護可靠

使用品質認證的木材,針對不同條件可再加抗腐與防白蟻的處理,經由正確的設計施工與維護保養,木屋經久性的實例在世界各地皆可見。

節能減碳

每立方木材約可固定250公斤碳素,同時其具有生物分解性,所以在建設、使用、解體、廢棄等所耗費能源均較其他建物更能節能減碳。

舒適環境

木構的溫度與濕度自我調節能力極優,可提供居住者舒適環境;且當外氣溫度越高,木構房屋的室內外溫差表現會越大,達到節能的效果。

挑戰 & 對策

多雨潮濕的環境

控制含水率、以工法阻斷來源與移動路徑

蟲害與防腐

藥劑處理、基礎及底板設計應利於蟻道檢視

隔絕熱傳遞

降低熱傳導、空氣阻隔層、隔熱阻絕材

地震與颱風

金屬扣件強化韌性、屋頂與基礎構架計算

消防性能

防火試燒認證

木構造建築的防火安全設計

資料來源: 美國木材建築學會(AITC)的大型木構造建築設計手冊 Timber Construction Manual

20.3.1 McCormick Place Fire (Noncombustible Construction) (不可燃建築)

McCormick Place是美國最大的展示廳。它的所有結構組件都是不可燃的構造。外牆由鋼筋混凝土建造。 室內立柱由結構鋼製成,在離地面20英尺的範圍內施作防火措施。屋頂桁架距離地板上方30至40英尺處,由無防護的裸露鋼構製成。 在1967年1月16日凌晨2點05分左右,工作人員發現了一場小火。 但在試圖撲滅火災失敗後,為當天的展覽做準備的工作人員在凌晨2點11分觸發了警報。 目擊證人指出屋頂在第一次警報警起後30至45分鐘內坍塌(圖20.3.1-1)。 雖然估計有475名消防員用大約100件消防設備來救火,但火災直到7個小時半以後才被撲滅,據估計,展覽廳被毀所造成的經濟損失高達4.5億美元(根據2010年消費者物價指數計算約為29億美元)

圖20.3.1-1 McCormick Place在燃燒30至45分鐘後,不可燃構造坍塌。
20.3.2 Zion Baptist Temple (錫安浸信會寺)

一座供暖鍋爐爆炸,在伊利諾伊州芝加哥的錫安浸信會寺內發出燃燒的碎片,消防員在五分鐘內抵達現場,共有23家消防公司應對火災。在兩個小時左右,火災已被控制,並於五個小時後完全熄滅。 該建築建於1950年,由六個弧形面所膠合出拱型門來支撐著膠合檁條和厚木板。火災的強度和持續時間導致結構完全喪失,木材構件嚴重炭化; 然而,即使經過兩個多小時的火災暴露,層壓木拱門和檁條也沒有坍塌(圖20.3.2-1)。

圖20.3.2-1 在Zion Bap tist Temple發生毀滅性火災後,膠合木框架仍然存在。
20.5 WOOD VERSUS STEEL (木質和鋼)

雖然木材燃燒,但大型木材在火災中表現良好,並且在建築規範中得到認可,對於比IIB型(未分級,不可燃建築)更大的高度和面積的建築物,允許使用重型木結構(帶有外露木材),並且允許用於類型尺寸的建築物,如IIA型(一小時防火,不可燃建築),外露式木材也可以設計為MA和VA防火等級結構所要求的一小時防火等級。 木材將在高於約500°F的溫度下點燃並燃燒,生成的炭層可充當絕緣體,大大降低了下面木材表面的溫度,典型的建築火災溫度將達到1290°F至1650°F,但炭和木材之間的界面將降至約550°F,木材的核心保持相對涼爽,並保持其承載能力。 僅當外層材料由於炭化而損失時,構件的容量才會降低,因此,大型木材在火災中表現良好。

圖20.5-1 30分鐘後,膠合樑保持筆直並支撐其載荷,同時間鋼樑坍塌。

為了說明大型木材與其他材料一起表現的效果,美國國家木材製造商協會(現為美國木材協會)在膠合樑和具有相似容量的鋼樑之間進行了相對火試驗。 在火災暴露29分鐘後,鋼樑偏離其初始偏轉36英寸,而膠合樑僅偏離其初始偏轉僅2英寸,當燃燒器關閉時,膠合樑的火焰立即停止。 膠合樑繼續支撐其載荷,直到它被工人移除。 圖20.5-1顯示了測試結束後光束的狀況,測試清楚地表明,未受保護的鋼材不是防火的,即使它是不可燃的。 結果表明,大型木結構材在火災暴露下可以成功地完成。

圖20.5-2 在30分鐘的火災後,在三個暴露側面的每一側上測得大約1英寸的焦炭。

在紐約州法蘭克福的一家粘合劑生產廠的重型木結構木樑NLT(Nail Laminated Timber), 在發生火災後只有鋼樑因高溫而坍塌,但膠合樑保持完好無數幾小時,直到大火熄滅。 在一場大火摧毀了建築物之後,當鋼桁架坍塌時,穀倉桁架繼續支撐著屋頂,將屋頂和牆壁檔下來。

圖20.5-3 Nail Laminated Timber 12”X 16”重型木結構木樑木樑保持完整性,鋼樑坍塌。

提供這些實例是為了說明“不可燃”並不意味著“防火”或“安全”,並且正確設計的木結構(可燃)將在火災事件中表現良好並支撐其載荷,但是不應推斷所有鋼結構在火災中表現不佳或所有木結構都表現良好。 如前所述,一些設計策略用於確保在發生火災時具有足夠的性能。 結構材料的選擇只是消防安全的一個方面。

圖20.5-4 膠合板桁架(左)在整個火災中仍支撐著屋頂,而鋼桁架(右)坍塌。

木結構實績

林口案

● 膠合樑柱,造型自由多樣
● 美式2X工法,結構強化
● 標準防火時效,確保安全
● 雙層外牆,冬暖夏涼
● 自重輕,地震受力小
● 工廠預製,現場快速組裝
● 天然建材,友善地球環境

工法認可書