緒論

第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景

依照目前國內建築結構使用型態，輕量型鋼結構建築物即民間俗 稱為鐵皮屋仍占有相當高的使用率，特別是許多高火載量的家具工 廠、化學工廠、倉儲量販店等，甚至廣泛使用於違章建築物、臨時建 築物等。然此類建築物不但構築雜亂，破壞都市景觀，且多數未經詳 細結構分析計算，以及完善的施工監造，致使其鋼結構工程品質不佳。

鋼骨鐵皮類建築物耐久性與防火性能嚴重不足，一旦發生火災，

多數由於內部火載量甚高，火災猛烈度甚大，短時間即超越鋼結構桿 件的耐熱強度，鋼材的強度會急速降低，造成建築物短時間即崩塌之 慘劇，不但大量縮短內部人員的避難逃生時間，也造成許多消防搶救 人員的重大傷亡事故，例如 94 年 3 月高雄市博愛路家具工廠火災 2 名 消防人員殉職、100 年 8 月桃園五金鐵皮工廠火災 3 名消防人員重傷、

101 年 3 月新竹明湖路鐵皮屋火災 5 位民眾逃生不及而罹難、102 年 7 月新北市泰山鐵皮工廠 2 名消防人員殉職等。另外，根據建築技術規 則第 69 條，2 層以下的 C 類建築物(工業、倉儲類)，及 3 層以上規模 較小的工廠類建築物，可不需具有防火時效規定之要求，只要達到不 燃程度即可。因此，造成此類建築物耐久性與防火性能嚴重不足，一 旦發生火災，內部火載量又很大，火災猛烈度甚大，更可能造成建築 物短時間即崩塌之可能性。

二 、 研 究 背 景

目前國內多以鋼筋混凝土及鋼結構為主要的建築材料，其中輕量 型鋼結構因具有工期短及耐震性強等優點¹，廣泛使用於許多家具工

1簡丞宏、楊國珍，「H 型鋼柱高溫整體結構行為研究」，碩士論文，國立高雄第一科技大學營建

廠、化學工廠、倉儲量販店等，甚至違章建築物、臨時建築物等，例 如民間俗稱為鐵皮屋，在都市建築中占有相當高的使用率；再加上許 多建築物內部的家具、設備、裝修材料等，皆為鋼鐵製品，故目前建 築物使用鋼鐵材料比例相當高。另外，根據文獻²，一般輕量型鋼結構 建築物（鐵皮屋）有以下幾點火災特性：

(一)結構不堅固：一般輕量型鋼結構建築物（鐵皮屋）之樑柱多由鋼骨 或 C 型鋼所造，其屋頂及牆壁皆以鐵皮搭蓋，一旦火場大火溫度達 600°C 以上，即會破壞鋼性，而一般火場溫度皆高達 1,000°C 以上，

鋼骨即容易受熱彎曲，整間鐵皮屋即會因重心不穩，失去平衡而塌 陷。

(二)火勢成長迅速：鐵皮屋建築物因空間利用及光線取得，加高加大空 間設計，致使火災初、中期即充沛氧氣供應，利於燃燒進行且因室 溫成長使壓力增高，空間氣體膨脹形成對流快速，火勢成長相對較 快。

(三)屋內無防火區劃：鐵皮屋建築物內通常無防火區劃，一旦小火形 成，如於初期無法控制，在預燃相乘效應，輕質可燃物分解加速，

致命之閃燃現象往往在消防隊介入時就已發生，增加了消防搶救困 難。

(四)火災猛烈度大：鐵皮屋建築物如使用在儲存物品，其火載量與火災 猛烈度比一般住宅型態大，若屋內堆積易燃性原料、半成品及成 品，當堆積燃料相鄰燃燒，致高能量電磁波相互吸收，高溫高熱經 由輻射、對流、傳導、能量不斷回饋，促進燃料快速分解，輻射能 回饋效應顯著。二樓地板為鐵板或木板，其材質不但無法阻隔熱，

且空間特性使火災燃燒之熱煙流持續囤積在屋內，容易形成巨大火 爐。

根據莊有清等研究，鋼結構在常溫及高溫下的受力行為受其機械

工程研究所，台灣高雄，2005 年。

2陳俊勳，「鐵皮屋火災危險性及閃(復)燃模擬實驗」，內政部消防署，90 年 10 月。

性質影響，如降伏強度、彈性模數等，會隨著溫度的升高而下降。當 鋼材溫度達 550 ℃時，降伏強度之折減係數約為 0.8；溫度達 600 ℃ 時，降伏強度之折減係數約為 0.6，約為原始設計強度之 50 %，而一般 火災現場僅需 5 分鐘即可達到此溫度，此時鋼材膨脹率約 1 %，即可 能導致鋼材變形而倒塌，其溫度與折減係數關係如圖 1 所示³。鋼材受

熱達一定高溫時，火害溫度或冷卻方式將對鋼材的機械性質造成不同 程度的影響⁴。

圖 1-1 鋼材在高溫下的折減係數圖(資料來源：參考書目 3)

綜上所述，以鋼材料的性質及國內外法規規範，我國二樓以下的 工業、倉儲類建築物，依法得為非防火構造建築物，建築物的主要構 造樑、柱與樓板，都不需要具有防火時效，只要達到不燃程度即可，

因此許多工廠類建築物都是以沒有防火被覆保護的鋼結構建造。然而 火災發生時，這些鋼材的強度急速降低，可能導致建築物倒塌，危害 入內救火的消防隊員的生命安全。建築技術規則鋼構造建築物應強化 防火構造的規定，還是火災時應將建築物主要構造撒水降溫，或改變

3莊有清，「鋼材在高溫環境下之行為探討」，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所，台南，

2004 年。

4周民瑜、鍾興陽，「常見結構用鋼材火害後機械性質之研究」，碩士論文，國立成功大學土木工 程研究所，台南，2008 年。

消防戰略避開可能倒塌的建築物，應廣泛收集資料以及參考國外規 範，進一步研究。

第 二 節 研 究 目 的 與 目 標

本研究計畫主題為「輕量型鋼結構建築物(鐵皮屋)防火安全與消防 搶救對策之研究」，依據招標文件之需求說明，我國二樓以下的工業、

倉儲類建築物，依法得為非防火構造建築物，建築物的主要構造樑、

柱與樓板，都不需要具有防火時效，只要達到不燃程度即可，因此許 多工廠類建築物都是以沒有防火被覆保護的鋼結構建造。然而火災發 生時，這些鋼材的強度急速降低，可能導致建築物倒塌，危害入內救 火的消防隊員的生命安全。建築技術規則鋼構造建築物應強化防火構 造的規定，還是火災時應將建築物主要構造撒水降溫，或改變消防戰 略避開可能倒塌的建築物，應廣泛收集資料以及參考國外規範，進一 步研究。

有鑑於此，本研究擬搜集國內、外近年來輕量型鋼結構建築物(鐵 皮屋)火災事件，深究其火災發生原因、人員傷亡程度等相關資料，並 比較國外相關法規與研究成果，針對現行國內相關法規，提出修正建 議。另外，利用金相分析、超音波掃瞄等設備，針對鐵皮屋常用的輕 量型鋼結構材料(A36)，進行 600、700、800、900、950、1,000 ℃的 火害實驗，探討鋼材在不同加熱溫度下，水淬後其表面的金相顯微組 織，及內部鋼結構缺陷之變化情形，研擬此類輕量型鋼結構建築物火 災的消防搶救之對策。期望透過本研究成果，提供國內相關法規修正 之參考，調整此類建築物火災的消防搶救之對策，以避免輕量型鋼結 構建築物(鐵皮屋)火災造成重大傷亡悲劇一再發生。

二 、 研 究 目 標

針對上述研究目的，本研究預期目標如下：

(一) 蒐集國內、外鐵皮屋的重大火災案例資料，作為後續研究及未 來法規修正建議等重要參考資訊。

(二) 檢視建築、消防與搶救等相關法規，探討國內外目前法規在輕 量型鋼結構類型建築物(鐵皮屋)的火災風險。

(三) 藉由 A36 鋼材火害實驗結果，獲得水淬後其表面的金相顯微 組織，及內部鋼結構缺陷之變化情形，找出此類建築物在火害 後之危險特性及特徵。

(四)研提改善鐵皮屋火災時坍塌破壞之具體可行對策。

(五)探討輕量型鋼結構類型建築物(鐵皮屋)的火災風險，並建立輕 量型鋼結構建築物(鐵皮屋)防火安全與消防搶救的運作機制。

第 三 節 研 究 方 法 與 流 程

根據彭朋畿等人試驗研究結果，鋼板(SN490C)加熱至 800℃以上時 已多轉變為沃斯田鐵相，經水冷後可得到變韌鐵及麻田散鐵相，其細 化組織可改變超音波之訊號，尤其是超音波之波速與衰減。而有關超 音波探頭之選用，經試驗發現由於頻率較高之探頭在鋼材傳導過程中 衰減較大，故建議選擇較低頻之 2MHz 探頭，以利超音波檢測法之評 估。另 800℃以上之水冷試片部分組織，已轉為變韌鐵及麻田散鐵相，

故經拉伸試驗發現降伏強度及抗拉強度雖有增加趨勢，但伸長率卻降 低 (尤其是 1,000℃之水冷試片)⁵。

此外，根據蘇俊吉等人研究，現場金相複製技術，可檢測材料受 熱微結構的變化以及裂紋型態，同時可檢測早期的潛變損傷，整個金 相複製評估過程中，可運用相當多的技術，包括檢測、材料冶金和應 力及分析計算⁶。由前述可見，鋼材受熱後，材料性質受到高溫影響甚 大，應可於現場利用金相複製技術，進行非破壞性檢測作業，以瞭解 其微結構組織之變化。

因此，本研究將先以文獻蒐集、法規研析、火災案例蒐集與分析 等方式，建立輕量型鋼結構建築物(鐵皮屋)防火安全與消防搶救的運作 機制，作為後續研究及法規修正等相關研發之重要參考資訊。然後，

運用金相分析、超音波掃瞄等設備，進行 6 種溫度的火害實驗，獲得 水淬後其表面的金相顯微組織，及內部鋼結構缺陷之變化情形，以研 擬輕量型鋼結構建築物(鐵皮屋)火災的消防搶救之對策。

本研究計畫主要研究方法將以相關文獻研析、國內外火災案例搜 集、A36 鋼材的火害實驗、金相分析、火害後鋼板抗拉試驗等實驗、

5彭朋畿、張沛倫，李國鏈，施嘉裕，「模擬火害鋼板之超音波評估與研究」。

6蘇俊吉、陳孟宏、許峰彰，「火災事故後設備和管線之完整性評估」，台灣中油股份有限公司 97 年安全衛生觀摩研討會，2008 年。

專家學者座談會等方式。

（一）本計畫將以過去幾年的研究為基礎，再持續搜集國內外相 關的火災案例，以及相關國內外的相關論文、著作、期刊，

（一）本計畫將以過去幾年的研究為基礎，再持續搜集國內外相 關的火災案例，以及相關國內外的相關論文、著作、期刊，