第一節 帷幕牆構造及設計工法 帷幕牆之定義：
架構於建築物之外牆，且依照建築技術規則定義為「構架構造建築物之外 牆，除承載本身重量及其所受之地震、風力外，不再承載或傳導其他載重之牆 壁」，因此帷幕牆可稱為非承重外牆(Non-loadbearing exterior wall) 。
李錦堃[6]等人研究中，鋁帷幕牆設計過程中，因應環保意識，建築物的規 劃包括：採光、通風、隔熱、空間利用、節能效益等方面，進行評估。有助 於，提出符合相關數據要求之最佳化產品，可配合日常節能指標，發展雙層幕 牆、遮陽、太陽光電發電系統。
內政部建築研究所於民國 81 營建自動化計畫中---「帷幕牆工程標準規範與 解說之擬定」[7]中，針對預製建築物品中之帷幕牆探討其性能、設計、製造、
施工及檢查等要項。陳宗熙[8]等人研究整理出帷幕牆之性能分類，如表 3-1 所 示。
表 3-1 帷幕牆之性能分類及相關說明
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(資料來源： 陳宗熙，高層建築物單元式金屬帷幕牆耐風壓性能之 分區方式研究─以高雄漢來新世界大樓為例─。淡江大學建築學系 碩士論文，民國 90 年。)
建築帷幕牆是屬於建築物的外圍保護結構的一種。但它不同於一般的圍 牆，帷幕牆用於建築上具有下表所列出[9]幾點特性：
表 3-2 帷幕牆之特性
項目 簡 述
1.預組化 減少現場作業時間，在工廠預組完成，運至工地吊掛。
2.輕量化 可降低結構自重。
3.規格化 可在工廠大量生產。
4.工業化 以生產線製造方式，提高產能與品質，掌握工程進度。
5.自動化 裁切、加工、組立均朝自動化發展。
6.單元化 強調不必現場施作填縫之單元式帷幕牆。
(資料來源：許燕輝，台北國際金融中心帷幕牆施工之探討。國立交 通大學工學院營建技術與管理學程碩士論文，民國 94 年。)
帷幕牆的種類可依材料、造型、框架、構造、功能、表面處理分類。帷幕 牆依材料種類：可分為金屬帷幕牆、預鑄混凝土帷幕牆、玻璃帷幕牆、石材帷 幕牆等；超高層大樓仍以金屬帷幕牆最為常見，可作為配合材料選擇之參考如
表 3-3 所示。
(STAINLESS STEEL CW)
不銹鋼板、不銹鋼沖孔板、不銹鋼 管、
不銹鋼面板 預鑄混凝土帷牆
(PORCELIAN ENAMELED CW) 鑲磁磚、鑲花崗石、噴磁磚 其他帷牆
(3)帷幕牆構造分類：
帷幕牆依其構法與組立的型式，大致可分為直橫料構造、單元式構造、單 元直框構造、格版構造、窗間牆構造此五大系統，以及在近十年引進台灣的新 外牆構法系統-玻璃式構造，表 3-5[8]中為五大帷幕牆構造系統之特性。
表 3-5 帷幕牆系統構法分類
(資料來源： 陳宗熙，高層建築物單元式金屬帷幕牆耐風壓性能之 分區方式研究─以高雄漢來新世界大樓為例─。淡江大學建築學系 碩士論文，民國 90 年。)
而在薛丞堯[10]等人之研究整理中，近十年引進台灣的新外牆構法系統-玻 璃式帷幕牆構造，現階段所使用的構法，依對玻璃板片之支承部位的固定及支 承方式可區分兩類：點支承與線支承構法，其構法如表 3-6 所示：
表 3-6 玻璃帷幕牆構法
(資料來源： 薛丞堯，國內點支承玻璃帷幕牆施工精度控制之研 究。國立成功大學建築學研究所碩士論文，民國 91 年。)
由於帷幕牆系統種類繁多，且各不同系統之構造方式不同，影響力學特性及設 計也不盡相同，吾人參考陳宗熙[8]與薛丞堯[10]等人之研究，整理各系統之優 缺點如表 3-7 所述：
(本研究整理)
表 3-7 帷幕牆系統優缺點之比較
直橫料系統
點支承系統
適用於大面積、斜曲面之牆面、屋
頂
提供大面積採光、透明度
乾式施工，以縮短工時
材料成本高
施工技術性需求較高
玻璃耐火性、隔熱性、隔音性較差
帷幕牆構件需經結構計算，確認規
格、尺寸
第二節 帷幕牆於火災的特性研究
2009 年 2 月 9 日，央視新址園區在建的附屬文化中心大樓工地發生火災的 報警。發生火災的大樓是電視文化中心，高 159 米，被稱為北配樓，鄰近地標 性建築的央視新大樓。起火大樓結構複雜，建築內部中庭共享空間大，建築材 料特殊，建築外裝飾使用大量可燃材料，造成自上而下、自外而內逆向迅速蔓 延，形成立體燃燒，產生高溫和有毒氣體，不斷有碎片等物品向下墜落，給撲 救火災和救人帶來極大困難。中國當時對於外牆裝飾燃燒性能規範缺乏標準法 規。起火建築外圍大量使用鈦鋅板、擠塑板以及防水保溫材料，這些材料均可 燃。鈦鋅板的熔點僅為 400oC，在起火情況下產生大量熔滴和有毒物質，形成 流淌火，促使蔓延速度加快[11]。
2015 至 2016 年間，阿拉伯聯合大公國接連發生三次高樓帷幕大火，包括 火炬塔、阿德理斯飯店與阿治曼一號大樓。在三次摩天高樓大火中，造成數十 人受傷，數千人緊急疏散，財務損失高達數千億元。根據 NFPA 美國防火協會 報告指出，2007 至 2011 年間，高層建築火災在整體建築結構火災統計當中佔 3
％。
圖 3-3 2016 年杜拜阿德理斯飯店大火
(資料來源：瑞德感知科技，巴別塔的火焰挑戰(一)：高層建築的火
災風險。瑞德消防雜誌，2016 年。)
由於高層建築的特殊結構與人口密集特性，使得高層建築火災具有以下風 險特性:濃煙密佈、高溫灼熱、延燒快速(煙囪效應)、逃生疏散不易、搶救困 難、火險隱患多…等等，容易造成嚴重損失與傷亡[12]。
根據建築技術規則[13]之規定，帷幕牆系統最少需具有半小時之防火時 效。然而在第 70 條防火時效的規定中，樓地板依照樓層別之不同有 1 至 2 小時 之防火時效，而防火區劃牆壁也至少需有 1 小時防火時效。以帷幕牆之防火性 能來說，至少需有半小時防火時效，但鄰接防火區劃的部位皆最少需有 1 小時 以上之防火時效。由此可見外牆大部分都需具有 1 小時以上之防火時效。表 3-8 為帷幕牆防火時效之整理。
表 3-8 帷幕牆相關防火時效規定整理
(本研究製作)
建築物之火災成長歷程可用溫度─時間變化來說明，火災歷程可分為起火
期、成長期、全盛期及衰退期，如圖 3-3[14] 所示。而各階段之燃燒現象、經 歷時間和室內空氣溫度及特性如表 3-8[15] 所示。根據 B. R. Cuzzillo[16]等人研 究，由於外牆開口部的玻璃通常於成長期發生破裂，很可能會導致閃燃的發 生。又根據 T.J.Shields[17]等人之研究，火場發生閃燃時所產生的瞬間高壓將玻 璃衝破，大量空氣進入，使得火災進展到全盛期。當閃燃發生之後，火災不僅 對外牆加溫，也可能經由外牆開口部對外牆外側及上一樓層造成威脅，形成外 牆之火焰延燒。
根據陳弘毅[18]等人研究，全盛期之火災溫度會受到室內可燃物量、開口 部之大小、以及室內周圍牆壁等熱的性質所影響。林文意[19]等人之研究，一 般常見木質材料等可燃物燃燒時，如獲得充分之氧氣供應，且氣體與空氣混合 而完全燃燒時，其火焰溫度依據理論計算應可達到 2000℃以上之高溫，現此溫 度之氣體濃度範圍甚小，故在空氣中可得之最高溫度大約在 1200℃~1300℃之 間，而實際上一般居室火災達到全盛期時，其室內之平均溫度較預期低，因此 只能將溫度維持在 800℃~1200℃左右。
圖 3-4 火災成長歷程示意圖
(資料來源： 陳太農，郭炳林，帷幕牆防火性能評估與設計準則。
內政部建築研究所專題研究計畫成果報告，民國 88 年)
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(資料來源： 雷明遠，建築防火區劃構件設計與應用技術。建築物 防火法規與防火安全設計研習會，民國 88 年)
蕭江碧[20]之研究，建築物火災發生時當火災進入全盛期時，溫度高達 800oC~1200oC，若無有效的控制，則有極大的機會經由各個途徑延燒到其他居 室，延燒之途徑可分為垂直延燒、水平延燒，如圖 3-4 所示。
在垂直延燒路徑方面，又可分為內部及外部延燒，而帷幕牆的延燒主要發 生在開口部及層間塞部位。開口部的延燒包括火焰由開口部位竄出，延燒到上 一樓層，如圖 3-5 所示[21]之路徑 10、12，或者是由帷幕牆構件之內部延燒，
如圖 3-5 所示之路徑 11。
表 3-9 火災發展各階段歷程基本特性
(資料來源： 蕭江碧，劉慶男，何明錦，建築防火有關性能試設計 法建議草案與案例解說。內政部建築研究所，2002 年。)
(資料來源：賴韻蘋，改良式金屬帷幕牆防火性能初探—以直橫料 式構法足尺試驗探討之—。國立成功大學建築學研究所碩士論文，
民國 93 年。)
圖 3-5 火災延燒路徑類型
圖 3-6 火勢延燒路徑示意圖
下層開口部延燒至室內之火災模式是經由開口部在帷幕牆外部延燒之型 態，以接焰為主，意指下層空間之開口部噴出火舌引起上層空間的破壞，其火 舌之溫度分布可參考田中哮義等人研究之圖 3-6 所示[22]。
此外，依據川越邦雄等人之研究，進行豎框架構鋁帷幕牆的實際大火燃燒 實驗。結果顯示由開口部竄出的火焰將對帷幕牆外側造成之影響，最高溫度出 現在起火居室的外牆開口部最上端（D-6 位置），溫度超過 800oC，上層樓層外 牆面的溫度隨高度之增加而減低，而帷幕牆單元之間的水平界面處（D-2~D-4 位置）溫度約 560oC~685oC，如表 3-10 所示[7]。
圖 3-7 由橫長窗噴出火焰之等溫線圖
(資料來源： 田中哮義，建築物火災安全工學入門，日本建築中
心，1993 年。)
(資料來源：陳慶銘，王榮吉，施乃中，帷幕牆工程標準規範與解說 之擬定。內政部建築研究所籌備處，民國 81 年。)
以鋁帷幕牆為例，各構件破壞與火災歷程之關係如圖 3-7 所示[23]。推測 各構件破壞順序最先破壞為玻璃窗的成形襯墊，其次是填縫材料、玻璃、鋁合 金板及鋁合金框架，最後破壞的為繫件與鋼骨。
表 3-10 實大火災外牆噴出火燄溫度分布
圖 3-8 鋁帷幕牆各構件破壞與火災歷程之關係
(資料來源： 陳海曙，周鼎金，建築防火安全設計學。茂榮 書局，民國 87 年。)
由 101 年度建研所自行研究報告「非承重外牆與層間縫隙耐火性能驗證基 準之研究」當中的內容指出[4]，部份以全尺寸建築物模擬外牆火災延燒時，因 密閉火災室內缺乏足夠的空氣，故無法產生燃燒的現象，以致外牆開口部之玻 璃不會受到高溫影響進而破裂。由於此現象與真實火場的情況不同，所以此類 的外牆延燒試驗無法以此種試驗方法進行。目前世界各國之外牆試驗都是在火 災室開口部未裝設玻璃情況下，進行燃燒試驗，然而實際火場情況並非如此。
於火場建築中，玻璃厚度或防火性能皆會影響玻璃破壞之時機，當玻璃具有較 佳之防火性能時，能延後火焰竄出時間，甚至若使用較佳之特殊玻璃，開口部 的玻璃亦不完全掉落，因此開口部之破壞型態會左右火場之燃燒行為[4]。此外 火災發生時的延燒狀況亦會與建築物燒毀程度呈現正相關，但若防火區劃管理 的當，則是可以減少建築物的燒毀與延燒狀況[24]。
目前外牆依耐火性須求概分為三種情境，圖 3-8(1)為非耐火層間牆及非耐
林慶元[27, 28]以實尺寸建築物直橫料式帷幕牆火災實驗，探討金屬帷幕牆 在受到火災侵害時，火災加害條件與材料構造的受熱行為。居室內可燃物火載 量條件以木材堆架加以模擬，各次火災實驗在不同的開口狀況及換氣條件下於 一座兩層樓高的 RC 建築物上裝設帷幕牆試片進行，共進行 4 次實驗。其研究 結論：噴出開口部之火焰，受開口部大小及位置直接影響，且亦受室外環境因 子之影響，當垂板深度增大時，雖然並不會依垂版深度，而成等比例降低噴出 火焰之高度，但可以證明的是垂板理論上能有效降低噴出火焰高度，並能降低 二樓延燒之危險性。且由實驗結果得知，當居室之可燃物大量集中靠近外牆開 口部時，本試驗中任一種開口組合，並不能有效防止二樓延燒，如圖 3-10 至圖 3-12 所示。
圖 3-10 試體正立與背立面圖
(資料來源：林慶元, 實尺寸帷幕牆防火性能之實驗研究(I) (II), (行
政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告, 民國 93/94 年)。)
圖 3-11 全尺寸鋼筋混凝土建築物
(資料來源：林慶元, 實尺寸帷幕牆防火性能之實驗研究(I) (II), (行 政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告, 民國 93/94 年)。)
圖 3-12 各種開口組合及橫向火焰噴出實驗照片
(資料來源：林慶元, 實尺寸帷幕牆防火性能之實驗研究(I) (II), (行
政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告, 民國 93/94 年)。)
李奇峰[29]以實尺寸帷幕牆層間塞之模型配合 CNS15038 所衍生遮煙之量 性開口部有施作層間塞，都會符合＂IBC713.5 Penetrations in smoke barriers”
及＂IBC 714.6 Fire-resistant joint systems in smoke barriers”最低要求數值。
及＂IBC 714.6 Fire-resistant joint systems in smoke barriers”最低要求數值。