木建築物性能表現 - 木工達人木作場的網誌

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木建築物性能表現

2011/09/03 15:47

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北美式木框架建築的一個已被證實的特點是其在地震中極佳的生命安全性能。與其他的房屋建築相比，平台框架式木房屋是地震時最安全的地方之一。根據最新法規進行設計及建造地震區的所有建築物是非常重要的。

在過去的50年中，我們已增加了對於地震造成的風險及地震後存活能力的認識。但與此同時，人口的急劇增加和城市人口密度的成長，也加重人們的地震危險。

地震是地質板塊移動突然釋放的能量。世界上有些地方是地震高風險區域，如北美西海岸。該處的建築物必須能夠抵抗很強的地震力。這些地震力由地震強度、震源遠近、引發地震的地質活動種類、以及指定建築物周圍的地質狀況等所決定。

每個結構物都有其獨特的特徵，例如剛性和強度，因此對地震力的反應也不同。地震使一棟建築物水平與垂直地晃動。水平力又稱橫向力或撿剪力，它是抗震設計的真正挑戰。

作為一個結構材料，木材在抗震性能表現上明顯地優於其他材料。木材質硬體輕，因此地面加速度在木造建築物內產生的能量小於其他建築物。木框架系統的另一個額外的優勢是其性優於其他材料，可以吸收並發散能量。

木材在北美用於建築時，幾乎只用於稱為平台式或西部式框架的輕型框架型式房屋。在這種建築類別中，木構件細薄，尺寸標準化，並且間隔緊密。樓板一次只建一層，因此每層樓板就成了建在其上方新樓層的建築平台。大多數的框架由三個部件組成：構成牆壁骨架的垂直牆骨，構成樓板的水平托樑，及支撐屋頂的架或柎架。當牆由斜撐木板條或輕質木製複合而形成牆體覆面，它便具有橫向抵抗力，並進而形成一個剪力牆系統，質輕、強壯且具結構效率。所有這些部件共同支撐起建築物。

輕框架木結構在北美已發展超過100年。長期以來，無論在建築物性能表現上還是在組合的行業技術上，其成績已得到認可。北美各地許多本世紀初建造的木造建築物便是這種系統可靠性的有力證明。

這種北美系統在其他地區也同樣證明有良好表現。1995年日本神戶大地震是近代毀壞性最大的地震之一，其規模為芮氏6.8級，造成6000人喪生，財產損失超過1000億美元。

這次地震使所有建築承受嚴重橫向力的重大考驗。在這場地震中，以傳統日本樑柱型式建造的舊房屋都被摧毀，以北美抗震標準建造的新房屋則幾乎未受影響。

加拿大全國木製品研究機構Forintek研究了過去40餘年世界主要地震中大約50萬棟木造建築物的表現，並在近期公佈了可靠的統計數據。研究結果顯示，北美式木框架建築不論新舊，在地震時表現良好。在受調查的7次地震中，共有34人因人為框建築損毀而喪生。相對照之下，1999年土耳其地震摧毀了廣泛使用磚石和混凝土建築的區域，造成40000人死亡。這並表示磚石和混凝土不適用地震帶，而是這些建築系統需要特別注意遵守設計和建築標準，以達到良好的抗震能力，而木製系統的要求較為寬鬆。

調查報告顯示在地震中非常少量的北美式木造建築物倒塌。少數觀察到的倒塌例子，一般是由於多層建築物的一樓脆弱所致。許多現代房屋在其一樓外牆上有很大的開口（用於大窗戶、霧台門及車庫門），無論是什麼種類的建築，開口都會減弱這些牆壁的強度。在設計和建造時從工程角度做出正確研判，並且仔細遵循最新的房屋法規與標準，即可消除一樓脆弱的問題。

無論是新建築或是現有建築翻新使其達到現行標準，良好的抗震設計應包括以下幾種關鍵特性。

＊特別注意潛在的一樓脆弱問題

＊在穩定的地面上建立強固的地基

＊牆壁與地基緊密接合

＊主要牆壁中的橫向抵抗力，包括腳凳牆（這是介於地面和一

樓之間的矮牆，形成一個管線空間或底層牆壁的一部份）

＊其他木造部件與牆骨間的適當釘合

沒有任何建築物可做到完全防震，但是良好的抗震設計會將結構程度，

並且最重要的是可在大地震時保護居住者的生命。遵循現代建築物法規和

標準，才可獲得最佳抗震效果，在建造大型或複合建築物時，應請專業的

結構工程師協助。


木框架建築物性能表現

火災

＊火災一直是對建築物內生命安全的主要威脅。幸運的是，更好的建築實務及更安全的生活方式已經使因為建築物失火引起的死傷急劇下降。

＊實際的訊息：木造建築物比你想像的要安全的多。

＊木材當然會燃燒，但那並不表示它是火災的一個主要因素。

＊當人們因建築物失火而受傷時，大多是由於建築物內部物件起火，而

不是結構著火。

＊生活方式是防火安全最關鍵的因素。

認識防火安全
防火安全與生活方式的關係比與其他的關係都要大。北美大部分的建築物失火是由於烹飪事故引起，其次是吸煙者的疏忽造成。其他的主因包括不當使用電線及使用壁爐和蠟燭不慎。 就防火安全而言，不受法規管制的建築內部物件比建築物結構更加重要。建築內部物件和表面裝飾物的易燃性影響火勢蔓延的速度，這也決定了使用者是否有足夠的時間逃離。 建築物法規規定了何種類型與規格的建築物可以使用何種的防火安全材料。木材在建築中是被高度禁用，因為它是”可燃性”，換句話說，它可燃燒，但是防火安全並不是非常依賴材料的性質，而是取決於整個系統的防火性能。從此方面來看，建築物法規的有關木材的規定上常常是過於保守了。 一種可能具有防火性的材料，遇到火災時仍可能大有問題。例如鋼受熱時會急劇喪失它的強度，並在火焰的溫度時會坍塌。混凝土和磚石雖然有極佳的防火性能，但在高溫時會失效，使得鋼筋暴露出來，進而使得鋼筋強度減弱。 火本身並不永遠是安全的大問題，而是煙霧。加拿大的生活方式已有改變，較好的防火安全生活常識、降低的吸煙霧偵測器的廣泛使用，使加拿大的火災死亡人數在過去40年裡減少三分之二。

木框架建築物在火災中的表現
就防火方面而言，住在木框架房屋中與住在其他材料建造的房屋中是一樣安全的。這是因為火災造成的死傷並不是由建築物倒塌所造成的，北美90%的火災死亡是因為家具或其他建築內部物件首先起火，而後再引起火與煙霧的擴散。 輕型框架與重木的防火性能是不一樣的。重木指的是較大的尺寸的木件，它們本身有相當好的防火性能，木材的熱傳導性較低是部分原因。因此重木建築比輕型框架的的法規限制少。木材燃燒後的表面－－木炭，有助於保護及隔絕下方未燃燒的木材。所以大塊木材需要燒很長的時間才會造成結構上的破壞，而且木材在火加熱下只會降低很少的強度。 輕型框架（間隔緊密的小尺寸木材）建築物的表現，主要由該牆、樓板與屋頂系統的其他部分所決定，例如石膏板和擋火物。我們經由測試以了解建築物組件是如何表現性能的，這些性能數據最終併入法規，在法規內明確敘述了各種不同類型建築物所需的建造方法。 防火安全設計

建築物法規注重的是安全，它們包括的許多條例都是針對人們如何在緊急情況下迅速安全地離開建築物，防火條例適用所有類型的建築。最重要的事：一棟建築物保持完整的時間以及阻止火勢蔓延的時間要夠長，以便人員安全撤離。如何保持木造建築物在火災時不倒塌：對輕框架建築物而言，木材通常由具有極佳耐火性能的石膏板加以保護。重木建築物則可靠自支撐很長時間。如何控制火和煙霧的蔓延：透過利用建築物特點，將建築物部件分離，可使得火和煙霧間隔化。建築法規可能依據建築物的用途，明確規定牆壁、樓板和天花板必須能夠抵抗火災的時間長短。火和煙霧也可能穿透通常為任何建築一部份的隱蔽孔隙。擋火物是用來封鎖這些孔隙傳輸路線而設置的任何實心建築塊。火與煙霧也可以穿過用來供應一棟建築物空氣的管道設施。防火擋板是一種屏障，當建築物內的火警警鈴觸發時，防火擋板就會在管道之間各就其位。火勢從一棟建築物蔓延到隔壁另一棟建築物的這種威脅，可以由兩棟建築物之間留出足夠的空間距離、或使用防火牆加以控制。同時對外牆的開口加以限制。為防止我們生活方式中存在的防火安全風險，噴灑器系統是一種良好的備用設施。火災發生時，噴灑器會觸發並噴灑水在火燄上。出口路線是一棟建築物防範火和煙霧最重要的一部份。它們在法規中有嚴格的規定，人們才能夠因此盡快的從建築物安全離開。出口路線的位置、寬度、裝飾材料和逃生路線長度，在法規內都有硬性規定。偵測和警報系統對人們儘早撤離建築物非常的重要。到目前為止，安裝它們並維持良好工作狀態是建築物火災時保證人身安全的最有效方法。加拿大的居家房屋強制規定必須安裝煙霧偵測器。

耐火與聲音

設計的每一個環節都會影響其他系統，防火安全也不例外。當我們的設計是為了增強耐火性能時，就會無意中增加了噪音傳送。換句話說，有助於防止火勢蔓延的功能在音量控制方面反而造成反效果。噪音傳送對於多住戶建築物可能是個問題，這問題可從特別注意設計和建造方面的細節而獲得解決。 木框架建築物性能表現 潮濕與耐久性 人們通常誤以為水是木材的敵人，事實並非如此。在多雨或潮濕地方的 木造建築物仍可以具有長期、毫無問題的性能表現；關鍵在於設計和建造 以木材為基礎的建築產品時，懂得如何處理水份。 木材與水 首先，水並不損害木材，但是水維持喜好木材的生物（白蟻、真菌、和 木蟻）生存。事實上，與其他常用的建築材料相比，如熟石膏板、乾牆、 非木質地板覆蓋材料、吸音天花板磚及室內陳設，木材更不容易因為偶爾 浸濕而受到永久損壞。一般而言，一棟建築物中唯一需要安全防潮的部分 是建築物外殼，特別是屋頂薄膜，它應盡可能排水，但在積水時需保持防 水性能。如果建築物面層可以很好的排水，那麼我們可相信該建築物中的 其他建築部件不一定需要防水。 木材自然地吸收並釋放水分，以保持其與環境的平衡。在建築物外層（ 防風雨層）完好無損的建築物中，木材可能遇到的唯一一種潮濕是水蒸氣 。這種無色無味的氣體少量存在於空氣中，它對木材來說並不是問題，只 有當木材接觸到液態水的時候，才會出現危險。但即使在此情況下，木材 仍可以安全地吸收大量水分，而不會達到維持腐蝕性真菌生存的含水率。 含水率（MC）測量的是一塊木材含有多少相對於木材本身重量的水分。 我們計算含水率的方法是用一塊指定木材樣品中水的重量除以該木材完全 乾燥時的重量；200%的含水率意指一塊木材中水的重量是木材重量的兩倍 ，換句話說，它有2/3是水。 兩個應該記住的數字是19%和28%。如果木材的含水率等於19%，那麼 認為該為該木材是乾燥的。木材含水率在28%時達到纖維飽和，纖維飽和是 收縮和腐蝕的基準點。達到纖維飽和的程度時，其細胞壁容納了所能承受 最大容量的水。由於沒有自由活動的水分，所以具腐蝕作用的生物不能生 長。此外，因為木材只在水進入或離開其細胞壁時收縮或膨脹，纖維飽和 也代表木材收縮的極限。木材的含水率超過28%時，不會改變其體積，木材 的含水率最終將會穩定至一個數值，室內將穩定在8%到14%，在室外為12% 到18%。這使木材具有天然濕度控制器的作用，木材向乾燥的空氣釋放濕氣 ，並從潮濕的空氣吸收濕氣。木材用以上方式改變含水率的同時也會稍微 改變其體積－－木材含水率28-19%下降時的收縮程度最大。只要購買用乾 燥爐在某些控制條件下預先乾燥至19%含水率的木材，這些木材已經預先收 縮，如此就可避免絕大多數的體積變化。經過乾燥的木材在絕大程度上仍 保持其安裝時的尺寸大小，因此可將已完工房屋的尺寸變化減到最小。 當木材受潮過久時 木材是一種天然的、可生物分解的材料，然而生物對它的噬食通常必須 有水才能進行，例如白蟻就需要濕氣才能生活木材腐蝕或腐爛的原因在真 菌，它既不是植物也不是動物，而是一種經由孢子繁殖的生生物。真菌孢 子永遠存在空氣中，所以腐蝕可開始於任何時候，只要氣溫（和更關鍵的 含水率）達到臨界值。一般提供的建築服務中，木材部件的溫度和水率遠 低於供腐蝕性真菌生長的安全界線。只有在建築物損壞而使大量水進入建 築物組件時，木材才出現腐爛的危險。雖然有幾種真菌在木材。偏好硬木 的白色腐爛真菌使木材呈現漂白及絲條狀；棕色腐爛真菌喜好軟木，它們 使木材看起來呈深暗色，並具有立方體的裂紋圖形。在某些情形下，這兩 種真菌生長迅速，可能很快影響到木製品的外觀與強度。關於術語的最後 一時說明。乾腐爛是一個誤用於所有木材腐爛的術語，也許因為木材腐爛 很枯乾，而且損害發生後沒有跡象顯示有過量的水分。請記住：如果出現 腐爛，一定在某處有潮濕的問題。藉助木材生長的其他種類真菌包括：霉 菌、著色真菌及軟性腐爛真菌。前兩種不會對建築物構成問題，然而霉菌 可以生長在建築物中的許多種有機基質上，像是食物、漆料、木材、紙、 紡織品或灰塵，不僅是木材而已。這些生物引起表面著色、氣味以及偶爾 使人產生過敏反應。這些生物最被看作指標，雖然它們並不會對木材造成 重大結構破壞，但它們的存在暴露出需要處理的潮濕問題。