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木構造設施之防火草案之建議

 木構造設計及施工技術規範―第九章 建築物之防火(草案)”之建議  

「綠建築」與「環保」是全球未來的趨勢。在高度開發國家如北歐、德國、瑞士、北美及日本,運用高科技的木構建築來達成生態環保與永續的理念,已成為普世價值觀。木構建築不只運用在住宅,更被廣泛運用在大型公共建築,如捷運站、餐廳、旅館、巨蛋、圖書館等。 

在德國漢諾威博覽會及日本愛知博覽會木建築也被運用在許多展場以表達前衛的生態建築。台灣正積極推動綠建築,鼓勵「節能」與「CO2減量」。政府推動的「綠建築」也獎勵「木構造」,並認為未來木構造在地球環保考量下,應值得推廣使用。 

然而目前在台灣實務界在設計木構時卻是困難重重。其中最大的阻力就是不合時宜的防火法規。由法規的精神來規範建築的防火,以保障公眾的生命安全是絕對必要的。先進國家的法規對建築構造的防火規範要求非常嚴謹且詳細使得設計與施工都有明確的的方法可依循然而台灣目前的法規對木構造防火部分卻是過時且殘缺不齊。因為台灣自光復後50年之間,沒人教木構造,也沒人學木構造,以致木構造設計在台灣有五、六十年的斷層。 

台灣目前的法規對木構的防火認知仍停留在五六十年前日式建築或傳統民居的木構樣式,認為木構造是無法防火的。其實在歐、美、日先進國家,在過去五、六十年間,木構造不斷的發展。利用現有的技術,早已可使木構造的結構及牆體、樓板達一小時或二小時的防火時效。 

台灣防火法規在這方面的落伍使得建築師或業主想設計木構建築時,都要面臨不合理的「懲罰」。因為法規不齊全,又不願承認先進國家的防火試驗報告,只好送去台灣的防火實驗室去測試。一次的測試,至少花費四五十萬台幣,前後包括製作、試驗、核准,又需要四、五個月的時間,這還不包括建築師事務所,所需花費的額外人力及作業的開銷。也因此,國內的業主本想蓋木構造,一聽到要多花錢,多花時間,就改變主意,改用RC構造了。多數建築師也認為設計木構造,是吃力不討好的工作,而傾向於設計RC構造。這是與政府要推動「綠建築」的用意是矛盾的! 

在實務界我們一直引頸期盼有一個明確合理的木構防火法規好不容易去年年底在政府的網站公佈了木構造建築物設計及施工技術規範第九章 建築物之防火(95.11.17草案)」。這個草案是台灣的法規中,到目前為止最週全而且是在實務界可被直接運用的規範。 

95.11.17(第二次審查會議後修訂)的版本中,引用了先進國家如日本、瑞士及北美的規範。其中在柱樑系統(大木構造)中,明確的規範了防火結構木材、構材的最小尺寸,包括了屋頂、樓板、柱樑,使用木材的最小尺寸。這部份的規範與美國現行法規IBC及之前的UBC是一致的。在框組壁式的防火構造,則引用了APA的一小時及二小時防火時效的內外牆共13種,樓板及屋頂共10種,這些防火構造系統,都是經過美國UL防火實驗室實驗驗證通過的。若對防火實驗稍具常識的人都知道UL防火實驗室是全世界最具公信的三大防火實驗室之一台灣最具權威的防火實驗室是中山研究院的化學防火實驗室負責人也是在UL研究的 

當我們自己的實驗成果仍未完善之時引用先進國家成熟的技術是務實的方式日本的汽車及木構造產業發展是很好的例證當日本還不會製造汽車時就學習引用美國的技術一開始是copy但到後來技術成熟之後卻打敗了美國的汽車產業日本在木構上經過明治維新學習西方的工法並在過去一二十年間積極學習北美的框組壁工法目前日本的木構產業(住友)已進軍到華盛頓州去爭取美國的木構市場同時也進軍中國大陸去與美國加拿大競爭更大的市場 

合理友善的法規,不只可保障人民的生命與安全,更可正面的促進產業的發展,但台灣木構防火草案自去年底公佈經過快一年的審查後,到了96.08.15審查後修訂的版本(96.09.17),成果卻是令人沮喪的。原本在95.11.17版本中,明確可依循的多種內外牆及樓板、屋頂系統,全被刪除了。在新版(96.09.17)中只簡略的敘述一種一小時的防火構造方式。 

當防火構造被簡略敘述時,只是增加了未來法規解釋的模糊地帶。建管單位若保守從嚴解釋,勢必又成為設計上的障礙。若必須由中央主管機關認可或防火實驗室測試,業主及建築師都會放棄木構造而改用RC構造。而且在新版(96.09.17)的防火構造,不分壁體、樓板或屋頂都一視同仁的要求在兩側採用耐燃石膏板或矽酸鈣板。然而在實務的運作上,屋頂構造部份都只需在室內側(天花)加耐燃材,在室外側(屋頂)只有合板加防水再加屋面材。若在室外側(屋頂)加上石膏板或矽酸鈣板,廠商則需改變五金,以順應這種台灣獨特的工法。在美國現行法規(IBC)中對木構屋頂一小時及二小時的防火構造規範,共有7種。沒有任何規範是要求室外側(屋頂)加耐燃材的! 

在去年公佈的草案(95.11.17)中,樓板防火構造可選擇托樑下方(天花)以防火石膏板覆蓋,上方(地板)可選用輕質混凝土或合板加上地板材這是非常標準且在業界慣用的工法一般公寓及旅館會採用地板上施作輕質混凝土的工法,以達成較好的隔音效果。一般住宅則多採用托樑上方覆蓋合板後,再加上木地板或其它地板材,托樑下方則覆蓋石膏板,以達一小時或二小時的防火時效。 

然而在96.09.17的版本中,卻要求在上下兩側都覆蓋石膏板或矽酸鈣板,這也是台灣獨特的工法。當托樑上方加了一層石膏板後,樓板若要設計成抵抗剪力的腹版(diaphram),所有的釘子長度都需加長。若是如此現行法規「木構造建築物設計及施工技術規範(92.05.01),框組式構造所引用的AF&PA WFCM規範的釘子尺寸就不符合規定了。 

修改先進國家的法規,是需要非常謹慎的,牽一髮而動全身。若是修改後與實務界慣用的工法不符時,造成的不只是設計上的障礙,也造成施工製造上的障礙。不合理的規範,反倒成為產業前進的阻撓。 

原本在95.11.17的版本中有二小時的防火規範(UL實驗驗證通過),但在96.09.17的版本中被取消了。這造成的影響是都市裏木構造的可行性被扼殺了!在國外的都市裏(LA、西雅圖、溫哥華)有很多hybrid的建築,一般都是下面兩層是RC構造,當作商業或停車場等用途。上面再加四層木構當作住宅、公寓、旅館使用(四層木構是一般法規的高度極限)hybrid建築是北美都會區裏,很有彈性且造型多變化的構造方式。在台灣的混凝土都市叢林裏,若採用此類的hybrid建築,可達到RC減量,CO2減量的目標。然而依台灣的法規,四樓以上需二小時防火構造。法規中若不明確規範二小時防火構造制式作法,只好送去防火實驗室,這只會促使建築師與業主放棄木構而改用RC構造。 

在原有95.11.17的版本中,對樑柱構造(大木構造)的各個部位有明確的要求,但在96.09.17的版本被取消了!如此造成的影響是在國外常看到的大型木構造公共建築屋頂、樓板天花部份露明的木質部分(2英吋3英吋的製材lumber)通通得用石膏板覆蓋,那就喪失了使用大木構造的原意了。北美的大木構造(Heavy Timber)在過去的使用經驗是防火性能非常好的構造,這也是為何北美法規准許大木構造運用在各大型公共空間。大木構造若加上消防自動灑水系統,可用來興建巨蛋(體育館),其容許樓地板面積是沒有上限的。 

在現代的大型木構造裡,集成材被廣泛的運用在大跨距空間。北美製造認證的集成材多用花旗松製作,其一小時的炭化深度約為36㎜,但為了遷就台灣省產材柳杉(其炭化深度為49㎜)。在96.09.17版的草案,建議所有集成材一小時炭化深度為50㎜以上,作為防火保護的厚度。但目前在台灣的市場上,因為省產集成材沒有認證蓋章單位,而且生產技術在市場生產運用上仍未成熟,且柳杉與台灣杉的容許應立及抗彎強度遠低於花旗松,因此在實務的設計上,為安全起見,目前多採用有認證蓋章的北美集成材。 

但若依草案所建議的炭化深度,會造成所挑選的集成材不是一般工廠的制式產品,為了符合台灣特殊的防火規範,需得另外訂製,在時間與成本上會造成不必要的浪費。在合理的實務操作上,應該依不同產地的集成材已有的防火實驗數據去認定,以免在材料上造成不必要的浪費。  

依防火的要求,樑柱構架(大木構造)構材接合部之金屬扣件需加以保護。依美國現行法規一小時的防火構造,鐵件需埋入木構材內38㎜深,或以2X38㎜厚)的木材保護外露的鐵件。但在台灣96.09.17的規範中,並未明確規範深度或厚度,只提到“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”,若依此文字解釋,未來建管單位會要求50㎜以上的埋入深度,如此設計反而需加大材料尺寸,造成不必要的浪費。 

柳杉及台灣杉產量少,在台灣市場上非常少見。且柳杉在台灣因成長過於快速,其強度遠低於北美進口之SPF或花旗松及南方松。使用省產材若要達到與北美進口材一樣的結構強度,需選擇尺寸更大的斷面。在市場機制下,選擇省產材反而更加昂貴。因此目前在台灣設計木構造,多採用SPF、花旗松及南方松。一方面是經濟的考量及貨源供應充足,另一方面是所有北美進口板材都有認證蓋章,可確實知道其樹種、等級、強度及乾燥度。但省產材因沒有認證蓋章,在目前實務的操作上,採用省產材反而對設計、監造單位及業主都不利。在省產材生產及認證的機制都未成熟之時,訂定法規來遷就柳杉或台灣杉,並非恰當。因為設計者不會因此選擇使用供貨不穩且未經認證的省產材,反而是在使用進口材時,因為不合理的規範,使得造價增高,因而減低了使用木構造的意願。 

在自由開放的市場中,任何違反市場機制的人為操作,都無法持久,反而會使這個產業萎縮。法規的訂定需合理、友善且實用,才能鼓勵台灣的木構產業。木構產業在台灣普及後,省產材才有機會推廣,過早的人為干預,反而玉石俱焚。 

木構造在減低CO2之排放量,相較於RC與鋼構是最符合「綠建築」之構造方式。且因木構造對環境衝擊低,施工期短,易回收再利用,最能符合節能、環保等綠建築理念,對居住者之身心健康亦有實質助益。 

政府在訂定「木構造建築物施工技術手冊」時,也有這樣的共識:『在地球環境危機之壓力下,「省資源,低耗能,低污染」的環境政策之推動,是國內刻不容緩的工作。在考慮到資源利用、生命週期能源、環境衝擊等觀點,以及資源的再生產性、加工性、廢棄處理、能源消耗、以及環境安全等項考慮時,木質構造建築最能符合建築主管機構所推動之「綠建築」的目標,應加強推廣及利用』。然而國內目前推動木構建築時,面臨最大的障礙並不在技術的層面,反而是在不合理的防火法規。期待政府在編審木構造防火法規時,能兼顧「安全」與「合理性」,這才能務實的保障全民的福祉。 

徐岩奇建築師

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