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  • 作家相片雨愔

什麼?!你說木構建築防火耐震又防蟲?

已更新:2023年4月2日

全方位解決防火、耐震、防蟲的難題,住進夢想小木屋!

對於台灣人而言,國外的木屋總是令人嚮往,從日本、韓國到美國,儘管木造建築還不是都市的主要建築類型,卻已逐漸成為世界上的環保負碳建築新趨勢,也許你對於木構建築的心中還有一些芥蒂,

木材容易著火? 地震與颱風的侵襲? 用久了容易腐朽或蟲蛀?

這些對現代木構建築而言都只是小問題了,只要掌握大概念,就能夠輕鬆把握和擁有自己理想中的小木屋,享受悠閒愜意的閒暇時光,就讓我們一起來看看吧!

想用聽的也可以唷~↓↓↓↓↓↓↓

目錄

 

標題一:防火/耐火

木材的建築在大家過往的印象中好像都有著容易著火、倒塌的印象;但是換個角度想,我們中秋節在烤肉的時候,木炭也不是打火機一點就會燒起來,而且一燒可能不止兩個小時,那會不會其實木材還滿耐火燒的呢?

那要多耐火才較耐火燒呢?若以目前的建築法規做為參考,一般的建築在做建設時,都會有耐火時效的規範標準,他指的是建築物主要結構構件、防火設備及防火區劃構造遭受火災時可耐火之時間[1],一般的建築耐火時效依樓層數約在1~3小時,設定為消防車可以抵達並執行救援的時間。那反過來說 是不是一間木構建築 可以在燃燒時間這麼久的情況下 仍然可以維持結構的穩定 他其實就可以算是合格且安全的建築?


1. 耐火/防火機制

耐火的條件原則上可以從燃燒三要素 (火三角 fire triangle) ─ 溫度、燃料、助燃物以及回饋的過程下手,燃燒三要素應該相對好理解,回饋的概念則類似於有錢人運用錢滾錢的概念,當火的溫度回饋到周遭的燃料使其裂解,就會產生更多助燃物協助燃燒,讓火燒得更旺。相對的,若要阻斷火的燃燒,只要破壞其中一個環節即可達成目的。


2. 防火材料的使用與否

根據燃燒三要素,防火材料主要運用下列幾個方式來提高燃燒的難度:

(1)增加惰性氣體->讓可燃物周遭充斥著燒不太起來的氣體,並減少氧氣的占比

(2)增加燃點->提高燒起來的溫度

(3)減緩熱的傳遞

比較容易理解的像耐燃一級石膏板材、矽酸鈣板材的應用通常屬於 (2),一般會被覆在木材的主結構外面,形成防火層,而有時為求美觀,會像三明治一般,在最外層部分再膠合上木材呈現木材的質感。另外防火藥劑浸注或塗防火漆也通常屬於 (1) 或 (2) 為主,而少部分膨脹型防火塗料,則會運用(3)的原理,以不燃性樹脂配以特殊顏料、添加劑精製而成水性防火漆,當其遇火時,會膨脹形成一緻密的發泡層,此發泡層隔絕底材火燄接觸而達到防火的效果。

若不喜歡使用塗料也沒關係,只要使出以空間換取時間大法即可,就像烤豬肉排越厚要烤越久一樣,只要夠粗夠厚,讓它燒多久都不是問題,根據防火時效內構材之燃燒炭化深度數據[2],不上防火塗層之集成材/非集成材,平均來說外層只要根據防火時效至少留每小時 5~6公分的厚度讓他燒,讓中間的厚度還足以維持建築的結構就沒問題了。


3. 熱傳導性質

木材本身是個隔熱性質良好的材料,其熱傳導率遠較金屬為小,約為鋁的1/1500,不鏽鋼的1/30。舉例來說,假如有一扇實木門的一側在熊熊烈火時,另一側可能還可以繼續悠閒地喝下午茶,卻感覺不到熱的。

影響木材熱傳導的因素極多,從木材組成分到密度、含水率、抽出物含量、 木理方向、不規則紋理(如表面裂或節)、纖維角及溫度梯度等,都會影響木材熱傳導率。甚至根據木理方向不同,熱傳導率亦異, 縱向約為橫向的1.5~2.8倍。通常木材孔隙率愈高,除了可以快速引燃,完全燒盡率也較高,因為氧氣是藉著擴散作用滲入物質內部孔洞,若其直徑夠大就可藉著對流來傳導熱能[3]

從防火條件上來看,隨木材尺寸增大,所需要的傳導時間就會增加,並且木材在燃燒後與表面堆積的焦碳層,可形成隔熱層阻絕未炭化木材與氧氣接觸,使燃燒中斷。另外,木材在含水率在40%以上就不易引燃,因為熱能完全用於蒸發水分,但是相對潮濕的木材在結構與力學以及保存上的表現都沒有乾燥時的表現來的好,因此就實用性層面來說,把木材弄濕並不是個好選擇。

小結來說,當木材夠粗、夠厚、又有上防火塗層或材料時,打斷溫度、燃料或者是助燃物的循環,就能具有不錯的防火/耐火能力囉!

標題二:耐震

台灣的地震很多,許多人都會擔心房屋耐震的問題,並且直覺上會認為水泥的房屋比較堅固,但木材本身的韌性和彈性其實可以讓木構建築在經歷地震時,能夠吸收震動和振動能量並保持穩定的結構形態,而且不易斷裂或變形,木構的高阻尼比也讓其被認為相對耐震,就好比低品質的音叉,相較於高品質的,在敲擊後能量衰減的速度很快,馬上就停止震動,使的木構建築能夠在面臨地震時減少震動所帶來的損害。同時,木構較鋼筋混凝土來的輕,因此在搖晃時也比較不會因為上方建築的重量過重而帶來較高的損耗[4]

近年其實在建築工法上的進步以及技術的發明與應用,相較於上古時期的木構建築,現在的技術也克服了許多建築上的難題,當然其中也包含耐震這件事情。尤其這幾年又以CLT(直交集成材)為核心的大型建築謂為盛行,因為它提供了一個木材在大型材料上的結構穩定性,甚至美國的Ascent大樓也規劃以CLT為主要結構,共建設25 層高86.6米,而台灣目前也有數間公司引入該技術,並且也已經有少數的施作案例。





標題三:防腐&防蟲

為什麼木材會爛呢? 木材總不會跟你比個讚,然後跟你說,因為我就爛,而是因為上面有真菌、微生物或是蟲蟲在吃他,所以他才爛。常見的包含一些木材腐朽菌、粉蠹蟲、白蟻和天牛等等。

那這些生物只要是木頭就都不挑嗎?其實木材通常是處於半乾不濕的條件下,才會爛得快,因為對於這些生物而言,這是最好吃的條件。反過來說,就濕度而言,若要保存木材,傳統上就兩種做法,烘到乾,或是泡在水裡,就像以前的許多儲木池一樣,儘管現在有很多儲木池都變成觀光魚池了。對於我們來說,為什麼木製品通常都會選擇乾燥後再拿來用呢?除了不希望他是濕的以外,對於這些會吃木頭的生物來說,啃乾掉的木頭,就像是在吃超乾的法國麵包一樣,除非你口水很多或是配濃湯一起吃,否則通常不會放在進食的名單當中。並且,木材乾燥後的物理性質相對都會比較好,有利於我們做使用。

但難道木材有乾燥就沒問題了嗎?我們處理和保養木頭的邏輯就像處理我們吃的海苔一樣,海苔很容易受潮,因此在包裝之前要先烘乾,最好再塞一包乾燥劑以防受潮,在台灣木材乾燥後的含水率約在12-15%,接著上塗料或漆的步驟,就如同海苔的外包裝一樣,用來隔絕外界的水氣。但如果包裝被撕開或是老鼠咬破了,就容易再次受潮,而此時木材相較於海苔的好處是,受潮的速度沒那麼快,只需要定期保養把掉漆的部分重新上漆就可以了。


假如喜歡原木的觸感的話也別擔心,木材本身就像是植物喝水的吸管一樣,也因此兩側的端點是水氣最容易進出的地方,只要這個位置通風排水系統設計的好,或是運用一些建築工法減少與地面水氣的接觸,並保持整體結構的對流循環,除了人住得舒適以外,木材也可以保養的不錯。

除了物理性的處理,也有一些化學性處理的方式,化學性的處理就像是防腐劑的添加,處理掉製造問題的人就對了。例如有一些硼酚類的防腐藥劑,將木構件浸泡在藥劑的水溶液中,每立方米木材能吸收4.5~6千克的藥劑重量,就能達到防腐防蟲的目的。假如覺得這個太人工了,希望天然一點,也可以模仿食品上不添加防腐劑而改用天然抗氧化劑─維生素E來減緩食品的劣化的做法,有些木材的二次代謝物質本身就具有抗菌的功能,通常位於心材─木材中心那塊顏色較深的區域濃度較高,因為那個區域是死的木質部細胞,主要用於支持或水分供應,因此樹木為了防止微生物或是昆蟲亂吃他,會累積一些抗菌或是昆蟲討厭的物質在其中,同時也都是我們平常用木材類精油的主要成分。

另外碳化也是一種不錯的防腐防蟲方式,講白了就是讓木材的表面變成木炭,我想除了人類會想把活性碳吞進肚子當養生以外,大概沒幾種生物會想做這種事情吧,畢竟單純的碳其營養成分很低。


總結來說,木材只要有確實乾燥,且夠粗夠厚、又有上防火塗層或材料,並且保持良好的通風與排水,就能夠準備踏上尋找夢想中的小木屋之路囉~


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參考文獻

1. 全國法規資料庫 (2023) 建築技術規則建築設計施工編第一章

2. 國家林產技術平台 (2023) 不同材種集成材燃燒實驗炭化深度

3. 黃清吟 (2009) 木材燃燒面面觀。林業研究專訊, 16(6), 20-25。

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