帷幕牆層間縫隙構造防火性能及設
計構法之研究
內 政 部建 築研 究 所協 同研 究 報告
中華民國 106 年 12 月
帷幕牆層間縫隙構造防火性能及設
計構法之研究
研究主持人：蔡綽芳 協同主持人：林大惠 研究員：胡幃傑、蘇鴻奇、羅啟文、陳俊貴 研究助理：楊明璁、黃俊諭政 部 建築 研究 所 協同 研究 報 告
中華民國106年12月
（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見）I
目次
表次 ... III
圖次 ... IX
摘要 ... 1
第一章 緒論 ... 7
第 一 節
研 究 緣 起 與 背 景
……… 7
第 二 節
研 究 目 的
……… 8
第 三 節
研 究 目 標 與 成 效
……… 9
第二章 研究方法與進度說明 ... 11
第 一 節
本 研 究 採 用 之 方 法
………. 11
第 二 節
計 畫 時 程 與 進 度 說 明
………. 13
第三章 文獻回顧 ... 17
第 一 節
帷 幕 牆 構 造 及 設 計 工 法
………… 17
第 二 節
帷 幕 牆 於 火 災 的 案 例 與 特 性 研 究 23
第 三 節
各 國 法 規 對 於 防 火 層 間 塞 之 規 範 37
第 四 節
ASTM E2307-15b 實 尺 寸 試 驗 ….46
第 五 節
ASTM E2307-15b FDS 模 擬 試 驗 66
第四章 層間塞設計工法分析 ... 71
第 一 節
層 間 塞 的 種 類 與 設 計
………. 71
第 二 節
層 間 塞 設 計 專 利 探 討
………. 80
第五章 帷幕牆及層間塞系統防火試驗 ... 89
第 一 節
防 火 試 驗 屋 修 復
………. 89
第 二 節
燃 燒 器 修 復 與 測 試
………. 92
第 三 節
ASTM E2307-15b 校 正 牆 試 驗 ….98
第 四 節
防 火 試 驗 屋 二 樓 樓 板 尺 寸 修 改 ..184
II
第 五 節
ASTM E2307-15b 試 體 建 置 …...188
第 六 節
ASTM E2307-15b 試 體 試 驗 …...199
第六章 結論與建議 ... 223
第 一 節
現 階 段 成 果
……… 223
第 二 節
主 要 建 議 事 項
……… 223
附錄一 ... 225
附錄二 ... 229
附錄三 ... 231
附錄四 ... 233
附錄五 ... 237
附錄六
……….239
附錄七
………243
參考書目 ... 247
III
表次
表 2-1 研 究 進 度 表 ... 15
表 3-1 帷 幕 牆 之 性 能 分 類 ... 18
表 3-2 帷 幕 牆 之 特 性 ... 19
表 3-3 帷 幕 牆 依 材 料 分 類 ... 19
表 3-4 帷 幕 牆 依 框 架 分 類 ... 20
表 3-5 帷 幕 牆 系 統 構 法 分 類 ... 21
表 3-6 玻 璃 帷 幕 牆 構 法 ... 22
表 3-7 帷 幕 牆 系 統 優 缺 點 之 比 較 ... 23
表 3-8 帷 幕 牆 相 關 防 火 時 效 規 定 整 理 ... 27
表 3-9 火 災 發 展 各 階 段 歷 程 基 本 特 性 ... 29
表 3-10 火 災 外 牆 噴 出 火 焰 溫 度 分 佈 ... 32
表 3-11 ASTM E2307-15b 試 驗 通 過 標 準 ... 39
表 3-12 BS EN 1364 之 SWOT 分 析 ... 40
表 3-13 ASTM E2307-15b 之 SWOT 分 析 ... 41
表 3-14 NFPA 285、 ASTM E2307-15b 與 BS EN 1364
之 比 較 分 析 ... 42
表 3-15 不 同 窗 口 尺 寸 之 FDS 模 擬 結 果 比 較 ... 68
表 5-1 窗 戶 燃 燒 器 火 焰 高 度 (法 規 流 量 ) ... 94
表 5-2 窗 戶 燃 燒 器 火 焰 高 度 (0.4 倍 流 量 ) ... 95
表 5-3 室 內 燃 燒 器 火 焰 高 度 (0.4 倍 流 量 ) ... 96
表 5-4 校 正 牆 試 驗 歷 程 ... 104
IV
表 5-5 第 一 次 校 正 牆 試 驗 燃 燒 器 流 量 ... 105
表 5-6 第 一 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 105
表 5-7 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 110
表 5-8 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 110
表 5-9 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 111
表 5-10 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 111
表 5-11 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 111
表 5-12 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 112
表 5-13 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 112
表 5-14 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 112
表 5-15 第 二 次 校 正 牆 試 驗 燃 燒 器 流 量 ... 114
表 5-16 第 二 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 115
表 5-17 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 119
表 5-18 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 119
表 5-19 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 120
表 5-20 第 二 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 ... 120
表 5-21 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 120
表 5-22 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 121
表 5-23 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 121
V
表 5-24 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 121
表 5-25 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 129
表 5-26 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 129
表 5-27 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 130
表 5-28 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 130
表 5-29 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 130
表 5-30 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 131
表 5-31 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 131
表 5-32 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 131
表 5-33 第 五 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 135
表 5-34 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 141
表 5-35 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 .. 141
表 5-36 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 142
表 5-37 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 142
表 5-38 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 142
表 5-39 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 143
表 5-40 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 143
VI
表 5-41 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 143
表 5-42 第 六 次 校 正 牆 試 驗 燃 燒 器 流 量 ... 145
表 5-43 第 六 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 146
表 5-44 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 150
表 5-45 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 150
表 5-46 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 151
表 5-47 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 151
表 5-48 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 151
表 5-49 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 152
表 5-50 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 152
表 5-51 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 152
表 5-52 第 七 次 校 正 牆 試 驗 燃 燒 器 流 量 ... 154
表 5-53 第 七 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 155
表 5-54 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 158
表 5-55 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 158
表 5-56 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 159
表 5-57 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 159
表 5-58 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 159
表 5-59 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 160
VII
表 5-60 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 160
表 5-61 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 160
表 5-62 第 八 次 校 正 牆 試 驗 燃 燒 器 流 量 ... 162
表 5-63 第 八 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 163
表 5-64 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 167
表 5-65 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 167
表 5-66 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 168
表 5-67 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 168
表 5-68 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 168
表 5-69 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 169
表 5-70 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ... 169
表 5-71 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 169
表 5-72 第 九 次 校 正 牆 試 驗 燃 燒 器 流 量 ... 172
表 5-73 第 九 次 校 正 牆 試 驗 歷 程 表 ... 172
表 5-74 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -2 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 179
表 5-75 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -3 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 179
表 5-76 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -4 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 180
表 5-77 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -5 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 180
VIII
表 5-78 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -6 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 180
表 5-79 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -7 號 熱 電 偶 溫 度 變 化 . 181
表 5-80 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 內 表 面 平 均 溫 度
變 化 ………181
表 5-81 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 平 均 溫 度 變 化
... 181
表 5-82 ASTM E2307-15b 測 試 室 內 溫 度 容 許 誤 差 範
圍 ... 183
表 5-83 燃 燒 器 流 量 ... 206
表 5-84 試 驗 歷 程 表 (帷 幕 牆 外 部 ) ... 207
表 5-85 試 驗 歷 程 表 (觀 察 室 ) ... 208
IX
圖次
圖 2-1 研 究 流 程 圖 ... 14
圖 3-1 2017 年 7 月 美 國 夏 威 夷 馬 可 波 羅 大 廈 火 災
... 24
圖 3-2 東 方 科 學 園 區 大 樓 火 災 後 帷 幕 牆 鋁 構 架 殘 景
... 25
圖 3-3 金 像 電 子 公 司 中 壢 廠 大 火 情 景 ... 25
圖 3-4 2017 年 杜 拜 火 炬 塔 大 火 ... 27
圖 3-5 火 災 成 長 歷 程 示 意 圖 ... 28
圖 3-6 火 災 延 燒 路 徑 類 型 ... 30
圖 3-7 火 勢 延 燒 路 徑 示 意 圖 ... 30
圖 3-8 由 橫 長 窗 噴 出 火 焰 之 等 溫 線 圖 ... 31
圖 3-9 鋁 帷 幕 牆 各 構 件 破 壞 與 火 災 歷 程 之 關 係 .. 32
圖 3-10 外 牆 /窗 延 燒 路 徑 潛 勢：(1)非 耐 火 層 間 牆 及 非
耐 火 玻 璃 窗，(2)耐 火 層 間 牆；非 耐 火 玻 璃 窗 ，
(3)耐 火 層 間 牆 及 耐 火 玻 璃 窗 ... 34
圖 3-11 試 體 正 立 與 背 立 面 圖 ... 35
圖 3-12 全 尺 寸 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 ... 35
圖 3-13 各 種 開 口 組 合 及 橫 向 火 焰 噴 出 實 驗 照 片 .. 36
圖 3-14 BS EN1364 與 ASTM E2307-15b 加 熱 時 間 曲
線 比 較 ... 39
X
圖 3-15 UL2079 升 溫 曲 線 ... 44
圖 3-16 UL2079 測 試 試 體 (樓 板 與 樓 板 接 合 系 統 ) .. 45
圖 3-17 UL2079 試 體 接 受 水 柱 沖 刷 測 試 ... 45
圖 3-18 防 火 試 驗 屋 正 向 立 面 圖 ... 47
圖 3-19 防 火 試 驗 屋 側 向 立 面 圖 ... 48
圖 3-20 防 火 試 驗 屋 側 向 剖 立 面 圖 ... 49
圖 3-21 防 火 試 驗 屋 1F 測 試 室 平 面 圖 ... 50
圖 3-22 防 火 試 驗 屋 2F 觀 察 室 平 面 圖 ... 51
圖 3-23 防 火 試 驗 屋 3F 平 面 圖 ... 52
圖 3-24 防 火 試 驗 屋 1F 配 筋 圖 ... 53
圖 3-25 防 火 試 驗 屋 2F、 3F 配 筋 圖 ... 54
圖 3-26 防 火 試 驗 屋 實 際 正 視 圖 (未 鋪 耐 火 綿 ) ... 55
圖 3-27 防 火 試 驗 屋 測 試 室 正 視 圖 (鋪 設 耐 火 綿 ) .... 56
圖 3-28 調 整 後 窗 戶 燃 燒 器 ... 57
圖 3-29 測 試 室 燃 燒 器 (試 車 ) ... 57
圖 3-30 調 整 後 窗 戶 燃 燒 器 (試 車 ) ... 58
圖 3-31 防 火 試 驗 屋 之 試 體 框 架 設 計 圖 ... 59
圖 3-32 防 火 試 驗 屋 之 試 體 框 架 實 體 圖 ... 60
圖 3-33 第 一 次 校 正 試 驗 校 正 牆 外 表 面 升 溫 曲 線 .. 61
圖 3-34 第 一 次 校 正 試 測 試 室 內 部 升 溫 曲 線 ... 62
圖 3-35 第 一 次 校 正 試 驗 校 正 牆 外 表 面 平 均 升 溫 曲 線
... 64
XI
圖 3-36 第 一 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 部 平 均 升 溫 曲 線 65
圖 3-37 FDS 模 擬 之 2 號 熱 電 偶 升 溫 曲 線 ... 66
圖 3-38 FDS 模 擬 之 3、 4 號 熱 電 偶 升 溫 曲 線 ... 67
圖 3-39 FDS 模 擬 不 同 窗 口 尺 寸 對 火 焰 結 構 之 影 響 67
圖 3-40 寬 扁 型 窗 戶 FDS 熱 通 量 模 擬 結 果 ... 69
圖 3-41 狹 高 型 窗 戶 FDS 熱 通 量 模 擬 結 果 ... 69
圖 4-1 安 裝 層 間 塞 對 火 焰 延 燒 路 徑 之 影 響 ... 71
圖 4-2 市 面 上 帷 幕 牆 與 層 間 塞 系 統 設 計 ... 72
圖 4-3 市 面 上 層 間 塞 產 品 設 計 圖 ... 73
圖 4-4 市 面 上 玻 璃 帷 幕 牆 與 層 間 塞 系 統 設 計 ... 74
圖 4-5 玻 璃 帷 幕 牆 與 層 間 塞 系 統 設 計 ... 75
圖 4-6 玻 璃 帷 幕 牆 與 層 間 塞 系 統 設 計 ... 76
圖 4-7 未 使 用 支 撐 柱 而 弓 起 層 間 塞 ... 77
圖 4-8 層 間 塞 材 料 內 部 纖 維 排 列 方 向 ... 78
圖 4-9 安 裝 完 畢 之 層 間 塞 剖 面 圖 ... 79
圖 4-10 層 間 塞 表 面 隔 煙 系 統 ... 79
圖 4-11 層 間 塞 的 配 置 方 式 ... 80
圖 4-12 層 間 塞 結 構 圖 ... 81
圖 4-13 層 間 塞 在 牆 的 頂 端 的 配 置 方 式 ... 82
圖 4-14 層 間 塞 在 牆 的 頂 端 的 配 置 方 式 ... 82
圖 4-15 層 間 塞 在 牆 的 頂 端 的 配 置 方 式 ... 83
圖 4-16 層 間 塞 在 牆 的 頂 端 的 配 置 方 式 ... 83
XII
圖 4-17 層 間 塞 在 牆 底 部 的 配 置 方 式 ... 84
圖 4-18 層 間 塞 在 牆 底 部 的 配 置 方 式 ... 84
圖 4-19 層 間 塞 和 立 柱 的 配 置 方 式 ... 85
圖 4-20 層 間 塞 和 立 柱 的 配 置 方 式 ... 85
圖 4-21 層 間 塞 和 牆 板 間 縫 隙 的 配 置 方 式 ... 86
圖 4-22 層 間 塞 和 牆 板 間 縫 隙 的 配 置 方 式 ... 87
圖 5-1 防 火 試 驗 屋 內 部 耐 火 綿 脫 落 ... 90
圖 5-2 校 正 牆 內 表 面 毀 損 情 形 ... 90
圖 5-3 防 火 試 驗 屋 內 部 修 復 ... 91
圖 5-4 校 正 牆 修 復 後 的 內 表 面 ... 91
圖 5-5 窗 戶 燃 燒 器 試 點 ... 93
圖 5-6 測 試 室 燃 燒 器 試 點 ... 93
圖 5-7 窗 戶 燃 燒 器 流 量 與 火 焰 高 度 對 照 (法 規 流 量 )
... 97
圖 5-8 窗 戶 燃 燒 器 流 量 與 火 焰 高 度 對 照 (0.4 倍 流
量 ) ... 97
圖 5-9 室 內 燃 燒 器 流 量 與 火 焰 高 度 對 照 (0.4 倍 流
量 ) ... 98
圖 5-10 校 正 牆 設 計 圖 ... 99
圖 5-11 校 正 牆 實 體 圖 ... 100
圖 5-12 校 正 牆 外 表 面 熱 電 偶 配 置 ... 101
圖 5-13 校 正 牆 內 表 面 熱 電 偶 配 置 ... 102
XIII
圖 5-14 測 試 室 上 方 熱 電 偶 配 置 ... 103
圖 5-15 第 一 次 校 正 牆 實 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 圖 .... 106
圖 5-16 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 106
圖 5-17 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 107
圖 5-18 第 一 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 109
圖 5-19 第 一 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 110
圖 5-20 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差
變 化 ... 113
圖 5-21 第 一 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 113
圖 5-22 第 二 次 校 正 牆 實 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 圖 .... 115
圖 5-23 第 二 次 校 正 牆 實 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 116
圖 5-24 第 二 次 校 正 牆 實 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 116
圖 5-25 第 二 次 校 正 牆 實 驗 -熱 像 儀 影 像 ... 117
圖 5-26 第 二 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 118
圖 5-27 第 二 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 119
圖 5-28 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差
變 化 ... 122
XIV
圖 5-29 第 二 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 122
圖 5-30 包 覆 耐 火 綿 之 測 試 室 燃 燒 器 ... 123
圖 5-31 第 三 次 校 正 牆 實 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 圖 ... 124
圖 5-32 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 124
圖 5-33 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 125
圖 5-34 第 三 次 校 正 牆 實 驗 -熱 像 儀 影 像 ... 127
圖 5-35 第 三 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 128
圖 5-36 第 三 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 129
圖 5-37 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差
變 化 ... 132
圖 5-38 第 三 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 132
圖 5-39 校 正 牆 窗 戶 上 緣 石 膏 板 脫 落 情 形 ... 133
圖 5-40 校 正 牆 窗 戶 上 緣 石 膏 板 脫 落 情 形 ... 134
圖 5-41 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 圖 .... 136
圖 5-42 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 136
圖 5-43 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 137
XV
圖 5-44 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -熱 像 儀 影 像 ... 139
圖 5-45 第 五 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 140
圖 5-46 第 五 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 141
圖 5-47 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差
變 化 ... 144
圖 5-48 第 五 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 144
圖 5-49 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 圖 .... 146
圖 5-50 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 147
圖 5-51 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -熱 像 儀 影 像 ... 148
圖 5-52 第 六 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 149
圖 5-53 第 六 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 150
圖 5-54 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差 變
化 ... 153
圖 5-55 第 六 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 153
圖 5-56 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 155
圖 5-57 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 156
圖 5-58 第 七 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 157
XVI
圖 5-59 第 七 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 158
圖 5-60 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差
變 化 ... 161
圖 5-61 第 七 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 161
圖 5-62 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 163
圖 5-63 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 164
圖 5-64 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -熱 像 儀 影 像 ... 165
圖 5-65 第 八 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 166
圖 5-66 第 八 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 167
圖 5-67 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差 變
化 ... 170
圖 5-68 第 八 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 170
圖 5-69 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖
... 173
圖 5-70 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖
... 173
圖 5-71 火 焰 高 度 、 型 態 與 噴 流 速 度 之 關 係 ( 甲 烷 )
... 175
XVII
圖 5-72 火 焰 高 度 、 型 態 與 噴 流 速 度 之 關 係 (LPG)
... 176
圖 5-73 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -熱 像 儀 影 像 ... 177
圖 5-74 第 九 次 校 正 試 驗 外 牆 表 面 各 點 溫 度 變 化 . 178
圖 5-75 第 九 次 校 正 試 驗 測 試 室 內 溫 度 變 化 ... 179
圖 5-76 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -校 正 牆 外 表 面 溫 度 誤 差 變
化 ... 182
圖 5-77 第 九 次 校 正 牆 試 驗 -測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化
... 182
圖 5-78 第 九 次 校 正 牆 測 試 室 內 1 小 時 溫 度 變 化 . 183
圖 5-79 NFPA 285 防 火 試 驗 屋 設 計 ... 184
圖 5-80 ASTM E2307-15b 防 火 試 驗 屋 設 計 ... 185
圖 5-81 二 樓 樓 板 切 除 前 之 防 火 試 驗 屋 ... 186
圖 5-82 二 樓 樓 板 切 除 後 之 防 火 試 驗 屋 ... 186
圖 5-83 二 樓 樓 板 切 除 後 安 裝 試 體 框 架 ... 187
圖 5-84 二 樓 樓 板 切 除 後 安 裝 試 體 框 架 ... 187
圖 5-85 ASTM E2307-15b 帷 幕 牆 試 體 設 計 ... 188
圖 5-86 國 外 試 驗 現 場 ... 189
圖 5-87 安 裝 試 體 框 至 防 火 試 驗 屋 ... 189
圖 5-88 A 廠 商 帷 幕 牆 設 計 圖 (正 視 圖 ) ... 190
圖 5-89 A 廠 商 帷 幕 牆 設 計 圖 (測 視 圖 ) ... 191
圖 5-90 A 廠 商 帷 幕 牆 設 計 圖 (平 剖 圖 ) ... 191
XVIII
圖 5-91 A 廠 商 帷 幕 牆 與 層 間 塞 設 計 圖 ... 192
圖 5-92 焊 接 於 試 體 框 架 上 的 立 柱 扣 件 ... 192
圖 5-93 鋁 擠 型 骨 架 細 部 圖 ... 193
圖 5-94 帷 幕 牆 之 鋁 擠 型 骨 架 ... 193
圖 5-95 鋪 火 面 安 裝 強 化 石 膏 板 保 護 ... 194
圖 5-96 於 樑 帶 安 裝 鍍 鋅 鋼 板 ... 194
圖 5-97 鍍 鋅 鋼 板 外 型 ... 195
圖 5-98 帷 幕 牆 固 定 於 試 驗 屋 樓 板 上 ... 195
圖 5-99 安 裝 岩 棉 保 護 立 柱 ... 196
圖 5-100 於 層 間 塞 安 裝 位 置 下 方 安 裝 岩 棉 ... 196
圖 5-101 受 壓 縮 之 岩 棉 ... 197
圖 5-102 安 裝 於 層 間 縫 隙 之 岩 棉 ... 198
圖 5-103 岩 棉 表 面 塗 上 阻 煙 膠 ... 198
圖 5-104 測 試 室 上 方 熱 電 偶 配 置 ... 199
圖 5-105 測 試 室 內 表 面 熱 電 偶 配 置 ... 200
圖 5-106 層 間 塞 底 部 熱 電 偶 位 置 ... 201
圖 5-107 測 試 室 內 熱 電 偶 布 置 ... 201
圖 5-108 層 間 塞 非 曝 火 面 熱 電 偶 位 置 ... 202
圖 5-109 層 間 塞 非 曝 火 面 熱 電 偶 位 置 ... 203
圖 5-110 層 間 塞 非 瀑 火 面 熱 電 偶 位 置 ... 203
圖 5-111 帷 幕 牆 面 熱 電 偶 布 置 ... 204
圖 5-112 觀 察 室 內 帷 幕 牆 內 表 面 熱 電 偶 布 置 ... 205
XIX
圖 5-113 觀 察 室 內 帷 幕 牆 內 表 面 熱 電 偶 布 置 ... 205
圖 5-114 現 場 布 置 圖 ... 209
圖 5-115 窗 戶 燃 燒 器 火 焰 正 視 圖 ... 209
圖 5-116 窗 戶 燃 燒 器 火 焰 側 視 圖 ... 210
圖 5-117 玻 璃 碎 片 掉 落 於 窗 戶 燃 燒 器 出 火 口 ... 210
圖 5-118 熱 像 儀 影 像 ... 212
圖 5-119 帷 幕 牆 外 表 面 各 點 溫 度 變 化 ... 213
圖 5-120 測 試 室 內 部 溫 度 變 化 ... 214
圖 5-121 帷 幕 牆 外 表 面 與 校 正 牆 外 表 面 規 定 溫 度 誤 差
變 化 ... 214
圖 5-122 測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化 ... 215
圖 5-123 測 試 室 內 1 小 時 溫 度 變 化 ... 215
圖 5-124 測 試 室 內 部 氣 壓 變 化 ... 216
圖 5-125 層 間 塞 非 曝 火 面 的 阻 煙 膠 引 燃 現 象 ... 217
圖 5-126 層 間 塞 非 曝 火 面 的 阻 煙 膠 引 燃 現 象 ... 217
圖 5-127 層 間 塞 非 曝 火 面 阻 煙 膠 燒 焦 ... 217
圖 5-128 帷 幕 牆 的 鍍 鋅 鋼 板 掉 落 ... 218
圖 5-129 帷 幕 牆 的 鍍 鋅 鋼 板 掉 落 ... 218
圖 5-130 層 間 塞 非 曝 火 面 的 溫 度 變 化 ... 219
圖 5-131 帷 幕 牆 外 表 面 火 焰 延 燒 限 制 範 圍 ... 220
圖 5-132 帷 幕 牆 外 表 面 窗 戶 以 上 3.05 公 尺 溫 度 分 布
... 221
XX
1
摘要
關鍵字：帷幕牆、層間塞、延燒、防火安全、ASTM試驗標準。 一、研究緣起 民國90年5月12日新北市汐止東帝士東方科學園區大樓大火，火勢延燒達43 小時，由於火災發生於週六清晨，當時樓內僅有少數保全人員，因此不幸中大幸 ，並未造成大樓人員死傷，但是大火造成建築物嚴重受損及2百多家廠商財物損 失，估計超過百億元。眾多致災原因中，對於火災中後期火勢向上快速延燒及擴 大的主因，乃是管道間區劃失效(缺乏防火檢修門及貫穿部防火填塞)以及帷幕牆 無法阻止火災向上延燒(缺乏牆面與樓板交接處防火構造)。93年建築技術規則修 正，對於上述各項防火構造皆有增訂規定，其中防火檢修門及貫穿部防火填塞材 料實施迄今已是各界熟悉的防火產品，然而帷幕牆面與樓板交接處防火構造因無 適用檢驗標準及評定基準，國內迄今尚無經防火測試過之產品，該處構造之規格 、性能乃由建築師依權責簽證負責。如此不僅造成建築師設計簽證時背負較大的 風險，另易形成防火區劃防護上的缺口。 本所105年度辦理「建築物帷幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究」研究計畫 ，已依據ASTM E2307-15b與NFPA 285建置「外牆與層間縫隙耐火試驗設備」，並 且研擬CNS「帷幕牆與層間縫隙的耐火與延燒試驗」標準草案。然而，為了驗證 不同帷幕牆面與樓板交接處構造 (建築物樓板周邊防火構造)之防火延燒性能以 及提升業者開發創新具防火性能帷幕牆之研發能力，建立帷幕牆層間縫隙構造之 防火性能標準測試方法與資料庫實有研討之必要性。2 二、研究方法與過程 目前國內CNS試驗標準並無明確規定帷幕牆與層間縫隙的耐火與延燒試驗 標準，但國外ASTM E2307-15b試驗標準則是能夠進行帷幕牆與層間塞的相關耐 火與延燒試驗。本研究預計先進行修復防火試驗屋、燃燒器與相關附件，並進行 校正牆試驗，使其符合ASTM E2307-15b的規範，之後再進行分析帷幕牆與層間 塞設計工法。目的為驗證不同帷幕牆面與樓板交接處構造 (建築物樓板周邊防火 構造)之防火延燒性能，並藉此提升業者開發創新具防火性能帷幕牆之研發能力 ，以及建立帷幕牆層間縫隙構造之防火性能標準測試方法與資料庫。
三、 重要發現
目前已經進行九次的校正牆試驗。藉由九次的校正牆試驗，本研究團隊已能 夠逐漸掌握燃燒器與流量之間的控制方式；目前於第九次校正牆試驗的結果顯示 ，測試室內部與校正牆外表面的升溫曲線幾乎符合法規的規範，唯校正牆外部的 第2點熱電偶溫度有較明顯的高於法規的現象，原因乃不同燃料所造成的火焰型 態所致。目前依照 ASTM E2307-15b(層間塞)與 NFPA 285(帷幕牆)熱電偶布放的方 式，進行帷幕牆與層間塞的防火與阻熱性能試驗；主要材料為鋁擠型、玻璃、複 合玻璃、層間塞、樑帶背板…等；設計工法主要是以直橫料的工法為主，層間塞 主要是以岩棉與阻煙膠為主。該試驗進行至 54 分鐘 33 秒，發生火焰穿透層間塞 並引燃阻煙膠後終止。以 ASTM E2307-15b 法規的結果判定，此層間塞未具有 1 小時的防火與阻熱性能；而帷幕牆在試驗過程的防火與阻熱性能結果顯示，若以 NFPA 285 法規的判定方式來檢視帷幕牆表面的延燒現象以及內外表面的溫度變 化，則發現該帷幕牆在 30 分鐘內的測試結果符合 NFPA 285 的規範。
3
四、主要建議事項
建議一 立即可行建議：ASTM E2307-15b 相關設備的修改 主辦機關：內政部建築研究所 目前內政部建築研究所防火實驗中心已經具有 ASTM E2307-15b 試驗法的 試驗屋與燃燒器，此試驗法主要是判定層間塞是否具有建築法規所要求的防火與 阻熱性，但此試驗法並無直接判定帷幕牆的防火與阻熱性能。國外目前有 NFPA 285 試驗法來判定帷幕牆的防火與阻熱性能，並且試驗設備與 ASTM E2307-15b 幾乎相似，主要差別在於試驗屋的樑帶部份並沒有 ASTM E2307-15b 所規範的預 鑄樓板與層間塞的預留空間；因此建議另外設計一個連接構件，將此連接構件與 原本的預留空間相結合，如此一來此設備便可依照 NFPA 285 試驗法來測試帷幕 牆的防火與阻熱性能。 建議二 中長期建議：提昇帷幕牆、層間塞的防火與阻熱性能 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：帷幕牆協會、防火材料協會 本帷幕牆與層間塞的防火與阻熱性能提昇，可分為兩個方向：一、選擇具有 防火與阻熱性能之材料。二、各部件的接合工法，可考慮用其他耐燃材料來保護 接合部位。由於先前國內並無直接針對帷幕牆或層間塞的測試法規，僅在建築技 術相關法規有要求防火時效性；因此在設計過程大多直接選擇具有防火與阻熱性 能之材料來應用，但由本計畫的測試結果發現，純粹使用具有防火時效性的層間 塞材料與帷幕牆相互結合，並無法完整確保具有符合建築法規的防火與阻熱時效 性，各項構件的施工與接合部的保護措施均會影響帷幕牆與層間塞的防火與阻熱4
性能。因此帷幕牆與層間塞的整合設計，除了材料的選擇之外，尚需要進行防火 與阻熱的試驗才能確定是否達到建築法規所要求的標準。
5
ABSTRACT
Keyword： Curtain Wall, Perimeter Fire Containment Joint, Flame spread, Fire Safety, ASTM E2307 Fire Test Standard
According to ASTM E2307-15b fire test standard, there is the design drawings for the full size equipment, and refer to NFPA 285 to adjust details of equipment. The 2-story of the real size equipment, which the upper room is observation room and the lower room is test room. There is the test frame of real size equipment, can be used to install the calibration wall and test specimen. In order to acquire the standard temperature given in ASTM E2307-15b on the calibration wall and inside the test room, calibration tests should be conducted. From adjusting the gas flow rate of both burners and the position of the window burner, the final temperature error should not
6
exceed 10% compared to the standard temperature,
First, we repaired the test room and the window burner’s flow meter. Then we conducted three calibration tests. From these three tests, we’re more able to control the relationship between both burner’s gas flow rate and the result temperature. According to the result of the third calibration test, the temperature inside the test room nearly fits the standard；however, the temperature of thermocouple #2 on the exterior face of the calibration wall was much higher than the standard. As a result, the position of the window burner should be adjusted in order to make the temperature both inside and outside the test room to fit the standard.
We have collected multiple design methods for the perimeter joint, but were still short of related patents, material choice, and further applications. In the future we will interact with other manufactures and scholars for further researches.
As soon as the results of the calibration test fits the standard, we will continue our research on the fire spread characteristics and fire resistance of curtain wall and perimeter joints. The selection of curtain wall and perimeter joint samples will be decided after we discuss with domestic manufactures.
7
第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
目前建築物的營建技術在輕量化與模組化的發展中，以帷幕牆為外圍構造的 相關設計與施工技術則是不斷的發展與改進；但在一些建築物的火災實際案例， 則明確指出帷幕牆的防火性能會直接影響到生命財產的損失。如國內的東方科學 園區大樓火災、台北市東帝士大樓火災、中壢金像電子公司中壢廠大火；國外的 洛杉磯歐美中心大樓火災、美國芝加哥 LaSalle Bank 大廈火災…等實際案例， 均能瞭解到高層帷幕牆之建築物一旦發生火災，若無法將火勢控制於起火層，一 但帷幕牆發生破壞並使得火焰不斷的向上延燒，這將會造成嚴重的財產損失與人 員傷亡。因此許多研究便著重於帷幕牆的火災延燒現象、樓板和帷幕牆銜接介面 之層間縫隙的施工設計及遮煙性能…等。然而目前國內的 CNS 試驗標準並無明 確規定帷幕牆的耐火與延燒試驗標準；也未有層間縫隙耐火與遮煙的試驗規範 [1-3]。因此許多研究者在研究的過程，大多是採用相關的試驗標準或自行設計實 驗的方式進行研究；經由 104 年度建研所研究計畫「綠能光電模組建築構造之防 火性能精進研究」[4]探討各項國際試驗標準，其中以 ASTM E2307-15b 試驗標 準較能觀察到帷幕牆結構的變形、脫落等現象，並且能夠觀察層間縫隙阻火材在 試驗過程是否有產生變形、縫隙、燃燒…等，亦能同時觀察上層煙流情況。因此 本所於 105 年度辦理「建築物帷幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究」研究計畫， 並依據 ASTM E2307-15b 與 NFPA 285 建置「外牆與層間縫隙耐火試驗設備」，研 擬 CNS「帷幕牆與層間縫隙的耐火與延燒試驗」標準草案，作為國內常用之帷 幕牆結構發生火焰延燒時所產生的各種現象與特性變化之研究設備與標準。8
第二節 研究目的
目前本所已依據 ASTM E2307-15b[5]與 NFPA 285[6]建置「外牆與層間縫隙 耐火試驗設備」，並研擬 CNS「帷幕牆與層間縫隙的耐火與延燒試驗」標準草案。 因此本研究之目的為驗證不同帷幕牆面與樓板交接處構造 (建築物樓板周邊防 火構造)之防火延燒性能以及提升業者開發創新具防火性能帷幕牆之研發能力， 建立帷幕牆層間縫隙構造之防火性能標準測試方法與資料庫。其中下列三點為研 究重點： (1) 協助建築主管機關、防火材料評定機構建立建築技術規則有關帷幕牆層間縫 隙構造(牆面與樓板交接處構造)之防火性能評定認可基準。 (2) 協助建研所建立帷幕牆層間縫隙構造之防火性能測試 TAF 認證實驗項目。 (3) 提升帷幕建築之防火安全性能，降低帷幕建築之火災災害損失。
9
第三節 研究目標與成效
本研究預計建立建築技術規則有關帷幕牆層間縫隙構造(牆面與樓板交接處 構造)之防火性能評定認可基準；原因為國內CNS試驗標準對帷幕牆性能試驗尚 無標準試驗方式，因此現今多以該組成材料的防火時效作為判斷依據，而帷幕牆 與建築物整合之後的遮煙性能亦無法判定。有鑒於此，本研究以國外ASTM E2307-15b的試驗標準[5]，將國內常用的帷幕牆設計與材料進行試驗，並觀察試 驗過程產生的相關現象；亦希望能將此ASTM E2307-15b試驗標準[5]納入國內相 關的CNS試驗標準。 目前本所已比照 ASTM E2307-15b 試驗法之規範，按照防火試驗屋之設計 圖，並參考 NFPA 285 之設備細節進行適當調整以及完成建置兩層樓的防火實驗 屋，上層為觀察室，下層為測試室。此外，亦配合試驗設備建造兩個試驗框架， 其經過改裝成可安裝校正牆之校正試驗框架。ASTM E2307-15b 試驗法之測試室 燃燒器與窗戶燃燒器也符合規範配置條件，但由 105 年度建研所研究計畫「建築 物帷幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究」[7]研究成果可知，目前防火試驗屋的 內部隔熱裝潢部分仍須整修，以及校正牆的校正試驗仍須完成；當校正牆實驗完 成後，未來可對國內帷幕牆系統以及結合層間縫隙防火系統進行防火性能試驗。 最後，若此套設備申請認證為 TAF 認證實驗室，則能使國內帷幕牆相關產業有 一套具有認證之防火性能標準可依循。 本計畫預計有以下成效： (1) 協助建築主管機關、防火材料評定機構建立建築技術規則有關帷幕牆層間縫 隙構造(牆面與樓板交接處構造)之防火性能評定認可基準。 (2) 協助建研所建立帷幕牆層間縫隙構造之防火性能測試 TAF 認證實驗項目。 (3) 提升帷幕建築之防火安全性能，降低帷幕建築之火災災害損失。11
第二章 研究方法與進度說明
第一節 本研究採用之方法
文獻分析
本研究計畫將依照計畫之研究議題，蒐集包含國內外帷幕牆以及層間塞之設 計工法，設計案例以及相關文獻資料，並藉由 105 年度建研所研究計畫「建築物 帷幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究」[7]於火焰延燒相關研究成果進行比較分 析與歸納整理，作為進一步本研究計畫在實驗設計規劃階段之基礎參考。希望藉 由收集文獻的分析與比對能夠明白國際間與本研究議題相關之發展方向與現況， 作為本研究計畫報告與投稿論文撰寫之文獻回顧資料庫。專家諮詢法
研究結果經初步整理後，研究團隊將定期邀請相關學者以及產業界、工會專 家進行意見溝通交流，並針對研究內容進行審議，提出應修正及增刪之意見，作 為充實、加強本研究計畫內容之參考。並擇期辦理期中、期末簡報來說明研究計 畫執行成效、進度及所遭遇之問題。實尺寸實驗驗證
本研究於實尺寸實驗驗證主要為：帷幕牆實尺寸耐火性與延燒試驗以及帷幕 牆層間縫隙構造防火性能測試。 由於目前國內尚無符合 ASTM E2307-15b 試驗標準[5]的測試設備，因此本 研究已利用建築研究所防火實驗中心之場地與建築設施進行改建，並與先前採購 的燃燒器進行整合，藉此達到符合 ASTM E2307-15b [5]所需的測試規範與要求。 帷幕牆的實尺寸試驗進行之前，本研究團隊會先用一個外牆組件或校正牆進行相 關設備的測試與校正，確保相關設備與測試流程均符合 ASTM E2307-15b 試驗標12 準[5]規範。 測試的帷幕牆種類則是會先選擇玻璃帷幕或太陽光電模組…等設計工法進 行耐火性與延燒試驗。
研究採用方法之原因
由於國內目前尚無外牆與層間縫隙耐火試驗標準，經由 104 年度建研所研究 計畫探討各項國際試驗標準，其中以 ASTM E2307-15b 試驗標準[5]較能觀察到 帷幕牆結構的變形、脫落等現象，並且觀察層間縫隙阻火材在試驗過程是否有產 生變形、縫隙、燃燒…等，亦能同時觀察上層煙流情況。因此本計畫預計在建築 研究所防火試驗中心建置 ASTM 試驗標準所要求之設備，並研究國內常用之帷 幕牆結構發生火焰延燒時所產生的各種現象與特性變化。研究過程中可能遭遇之困難
目前內政部建築研究所防火試驗中心，已有採購 ASTM E2307-15b 試驗標準 [5]的燃燒器，但相關試驗屋與組件則是需在現地與建築物進行改裝;因此後續仍 要進行相關設備的整合與操作調整。由於現行帷幕牆的設計與工法種類繁多，若 要將所有設計與工法納入本研究全面探討，則會面臨經費與執行期程的限制。因 此本研究先以透過文獻收集的方式，針對最常用帷幕牆設計進行研究規劃，之後 再將太陽光電模組的設計工法納入研究之中。13
第二節 計畫時程與進度說明
目前國內 CNS 試驗標準並無明確規定帷幕牆與層間縫隙的耐火與延燒試驗 標準，但國外 ASTM E2307-15b 試驗標準[5]則是能夠進行帷幕牆與層間塞的相 關耐火與延燒試驗。然而內政部建築研究所防火試驗中心，已有採購 ASTM E2307-15b 試驗標準[5]的燃燒器，以及建置一座防火試驗屋及相關組件;但後續 仍要進行相關設備的整合與操作調整。因此本研究預計先將 ASTM E2307-15b 試 驗標準的防火試驗屋、燃燒器與相關組件進行修護與調整，使其符合法規的要求， 並在之後研究帷幕牆表面延燒特性、層間塞工法設計與防火時效性。本計畫時程 由今年 106 年 2 月 23 日至 106 年 12 月 31 日。研究流程與研究進度分別如圖 2-1 與表 2-1 所示。14
圖 2-1 研究流程圖
15
表 2-1 研究進度表
月 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 第 11 個 月 備註 相關文獻收集 與彙整 ■ ■ 收集帷幕牆與 層間塞設計工 法與相關火焰 延燒試驗 ■ ■ ■ ASTM E2307 設備建製與測 試 ■ ■ ■ ■ ASTM E2307 校正實驗 ■ ■ ■ ■ 實驗數據整理 與分析 ■ ■ ■ ■ 期中審查 ■ 帷幕牆延燒與 耐火試驗 ■ ■ ■ ■ 實驗數據整理 與分析 ■ ■ ■ ■ 期末審查 ■ ■ 研究成果提出 ■ ■ ■ 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 5 ﹪ 10﹪ 20﹪ 30﹪ 40﹪ 50﹪ 60﹪ 70﹪ 80﹪ 90﹪ 100﹪ 說明： １工作項目請視計畫性質及需要自行訂定，預定研究進度以粗線表示其起訖日期。 ２預定研究進度百分比一欄，係為配合追蹤考核作業所設計。請以每一小格粗組線 為一分，統計求得本案之總分，再將各月份工作項目之累積得分(與之前各月加總) 除以總分，即為各月份之預定進度。 ３ 科 技 計 畫 請 註 明 查 核 點 ， 作 為 每 一 季 所 預 定 完 成 工 作 項 目 之 查 核 依 據 。(本研究製作)
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第三章 文獻回顧
第一節 帷幕牆構造及設計工法
帷幕牆之定義為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[8]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「帷幕牆工程標準規範與解說之擬 定」[9]針對帷幕牆探討其性能、設計、製造、施工及檢查等要項。陳宗熙[10] 等人研究整理出帷幕牆之性能分類，如表 3-1 所示。 建築帷幕牆是屬於建築物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表 3-2 所列出[11]幾點特性。 帷幕牆的種類可依材料、造型、框架、構造、功能、表面處理等分類，詳述 如下： (1) 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，如表 3-3 所示。 (2) 依框架分類：鋁帷幕牆外部有顯框式、兩邊隱框式、四邊隱框式，可作 為配合景觀設計之參考，如表 3-4 所示。 (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[10]中為 五大帷幕牆構造系統之特性。
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表 3-1 帷幕牆之性能分類
性能類別 性能項目 單位 性能要求 帷幕牆 結構性能 1. 耐風壓性能 Pa 1. 不須修補的狀況下能繼續使 用之界線內。 2. 帷幕牆單元無被吹散會脫落 之虞之界線內。 2. 耐震性能 弧度角 1/x (x=0) 1. 吸收性能下列兩狀態內之層 間變位表示。 2. 性能值依正負交替面內之剪 斷變形試驗求得，通常以前 項 1 之性能值為代表，視實 際需要並列前項 2 之性能值。 帷幕牆 非結構性能 1. 水密性能 規定注水量下，使室內側不產生 漏水現象之界線壓力差。 2. 氣密性能 m3/m2h 相對壓力差 1 Kg/m2下，每單位 牆壁面積及單位時間內之通氣 量。 3. 隔熱性能 m2K/W 1. 以熱貫流阻抗表示 2. 可依標準試驗求得或計算求 得 4. 隔音性能 1. 以隔音等級表示 5. 防火性能 hr 1. 依照建築技術規則之防火時 效表示。 帷幕牆 其他性能 1. 耐久性能 2. 防露性能 3. 熱安定性能(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。))
19
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。)
表 3-3 帷幕牆依材料分類
依材料分類 鋁帷牆 (ALUMINUM CW) 鋁擠型、鋁沖孔板、烤漆鋁板、 蜂巢鋁板、複合鋁板。 不銹鋼帷牆 (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 (OTHER CW) 琺瑯鋼板、琺瑯漆板、陶琅板。(資料來源：李錦堃， 應用系統整合模式探討帷幕牆工程管理之研究。
東南科技大學防災科技研究所碩士在職專班學位論文，民國 100 年。)
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表 3-4 帷幕牆依框架分類
依框架分類 顯框式 (OBVIOUSLY FRAME CW) 平式、凸式、凹式。 兩邊隱框式 (2-SIDE S.S.G. CW） 橫顯直料背撐、直顯橫料背撐、活動扇 顯、活動扇隱。 四邊隱框式 （4-SIDE S.S.G. CW） 有料支撐 (無料支撐)。(資料來源：李錦堃，應用系統整合模式探討帷幕牆工程管理之研究。
東南科技大學防災科技研究所碩士在職專班學位論文，民國 100 年。)
而在薛丞堯[12]等人之研究整理中，近十幾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。 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，藉由參考陳宗熙[10]與薛丞堯[12]等人之研究，整理各系統之 優缺點，如表 3-7 所述。21
表 3-5 帷幕牆系統構法分類
系統構法分類 系統特性概述
直橫料系統 (Stick System) 1. 元件在工地上一件件組合，首先先裝上固定繫間(Anchor)，其 次 是 直 料 (Mullion) 、 橫 料 (Horizontal) 、 窗 間 板 (Spandrel Panel)，最後加上玻璃及內部裝飾(Internal Trim)。 2. 此種工法由於在工地上切成實際尺寸，所以材料節省、搬運 費用低廉，材料之尺寸較具彈性。 3. 缺點是工地施工時間長、費用高且品質較難控制，但總成本 較便宜，因此仍被廣泛採用。 在設計上最重要的是伸縮縫之位置和層間側向位移之考量，國內 習慣上稱之為注視帷幕牆構法。 單元式系統 (Unitized System) 1. 美國近年來超高層建築外牆工法之主流。 2. 組合規格單元化，依次固定於結構系統上。 3. 尺寸大小約為 1.5m 寬 x 樓高長，相當於窗格跨距 x 樓高長。 4. 此系統具良好的層間位移承受姓，尤其適合高層建築鋼骨工 程之層間位移。其在每一單元中間都有保留間隔空隙，以因 應層間位移以及樓板活載重的撓度，使每一單元不致受到擠 壓變形或甚至破壞。
單元直框系統 (Unit and Mullion System)
1. 介於直橫料系統和單元化系統間的一種構法，屬改良的直橫 料系統，或稱為半單元系統。 2. 先錨定兩邊直框，在直框中再安排預組單元；有時是一層樓 高的版片，有時分為裙板和玻璃窗二單元。 隔版系統 (Panel System) 1. 本系統提供了整個牆面的造型，格狀的樣式有強烈的垂直及 水平韻律，每塊版在工廠整體鑄造，運至工地錨定組合而成 為帷幕牆。 2. 此系統類似單元化系統，所不同者是單元化系統是由多小零 件組合，而格版系統多只單元版，如預鑄混凝土版(Precast Concrete)或金屬版沖壓而成之單片版。
窗間牆系統 (Column Cover and Spandrel System) 1. 施工步驟：首先是裝上固定系統(Anchoring System)，其次是 窗間牆(Spandrel Panel)、柱覆板(Column Cover Panel)，再安 裝玻璃(Glazing Infill)。 2. 由於安裝之程序簡單，大部分裝置都在工廠作業，因此品質 得以控制。
(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。)
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表 3-6 玻璃帷幕牆構法
種類 構法型式 圖片 點 支 承 構 法 開孔構法(螺栓固定型式)： 一般開孔於玻璃四邊角落，並以螺栓 固定。若為大尺寸玻璃則於玻璃兩側 中央增加開孔。 無孔構法(板片型式)： 玻璃無需開孔，在玻璃角隅部，螺栓 穿越玻璃接縫連接金屬板片而固定 之構法。 線 支 承 構 法 窗框構法： 玻璃版片固定於四周的框架上，框架 可為鋁合金、不鏽鋼或是木材製品。 框架不畏懼框架部位具有重量輕、高 興能與高品質。 SSG 構法： 玻璃後不知稱為鋁擠型構架，期間以 結構性填縫劑充填，藉由填縫劑黏著 力與玻璃版片接合之構法。特色為構 架面積較小、透明性高。 玻璃背檔構法： 係利用玻璃背檔固定於玻璃板片接 縫部位，藉以抵抗面外荷重 (如風 力)。可形成連續的玻璃面。但面積 與高度均受到限制。(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。)
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表 3-7 帷幕牆系統優缺點之比較
構造系統 優點 缺點 直橫料系統 單價較低 視現場尺寸切割材料 運輸較方便 施工品質較難控制 接頭多、填縫多 接受層間變位性較差 防水品質不易控制 單元式系統 工廠製作精度要求較高 預製規格單元化 承受層間變位佳 適合鋼管結構 有時單元體積較大，搬 運及放置不易 精度必須較高 需工廠組合，焊接點品 質難保證 單元直框系統 施工品質較組合式易控 制 單元部分於工廠完成 直 框 與 單 元 相 接 部 分，施工品質不易控制 體積較大時運送不易 精度要求較高 格板系統 單片板於工廠完成，運至 工地直接吊裝 體積大運輸不易 工廠及現場工地要求 精度高 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 玻璃耐火姓、隔熱性、 隔音性較差 帷幕牆構件須經結構 計算，確認規格、尺寸(資料來源：何明錦、林大惠、李訓谷、胡幃傑、劉育良，建築物帷
幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究。內政部建築研究所協同研究報告，
2016 年 12 月。)
第二節 帷幕牆於火災的案例與特性研究
目前建築物的營建技術發展已在輕量化與模組化當中，以帷幕牆為外圍構造 的相關設計與施工技術亦不斷的發展與改進，但在一些建築物的火災實際案例中 明確指出，帷幕牆的防火性能會直接影響到生命財產的損失，如國內的東方科學24 園區大樓火災、台北市東帝士大樓火災、中壢金像電子公司中壢廠大火；國外的 美國夏威夷馬可波羅大廈火災、洛杉磯歐美中心大樓火災、美國芝加哥 LaSalle Bank 大廈火災…等實際案例[1]如圖 3-1 至圖 3-4，均人瞭解到高層帷幕牆之建 築物一旦發生火災，若無法將火勢控制於起火層，一但帷幕牆發生破壞並使得火 焰不斷的向上延燒，這將會造成嚴重的財產損失與人員傷亡。
圖 3-1 2017 年 7 月美國夏威夷馬可波羅大廈火災
(資料來源：Heidi Chang, Jenny Jarvie, Deadly Hawaii fire raises
concerns about lack of sprinklers in older high-rises across the U.S.,
Los Angeles Times, 2017)
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圖 3-2 東方科學園區大樓火災後帷幕牆鋁構架殘景
(資料來源：雷明遠，帷幕牆防火性能基準與評估驗證之研究，內政
部建築研究所自行研究報告，2003 年。)
圖 3-3 金像電子公司中壢廠大火情景
(資料來源：雷明遠，帷幕牆防火性能基準與評估驗證之研究，內政
部建築研究所自行研究報告，2003 年。)
26 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， 該火災大樓是電視文化中心，高 159 m，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，並不斷有碎片等物品向下墜落，使火災消防與人員救助帶 來極大困難。由於中國當時對於外牆裝飾燃燒性能規範缺乏標準法規；此火災建 築物的外圍大量使用鈦鋅板(熔點僅為 400o C)、擠塑板以及防水保溫材料。然而 這些材料均具有可燃性，在火災情況下會產生大量熔滴和有毒物質，形成溢火 (Spill fire)，促使蔓延速度加快[11]。 2015 至 2017 年間，阿拉伯聯合大公國接連發生多次高樓帷幕大火，包括火 炬塔、阿德理斯飯店與阿治曼一號大樓。在多次摩天高樓大火中，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％。 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，容易造成嚴重損失與傷亡[13]。國內對於帷幕牆位置相關防火 時效規定如表 3-8 所示。
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圖 3-4 2017 年杜拜火炬塔大火
(資料來源：Barney Henderson, Chris Graham, Dubai skyscraper fire:
Torch Tower residents wake to screams as flames engulf 79-storey
building. The Telegraph，2017 年。)
表 3-8 帷幕牆相關防火時效規定整理
條次 規範項目 範圍內容 第 74 條 構造之防火時效認定 經主管機關認可具半小時以上防火時效者 第 79 條 面積區劃 外牆與防火區劃壁交接處，應有 90cm 以上其構造具 區劃牆同等以上之防火時效 第 79 條之 3 樓層區劃 外牆與樓板交接處，應有高度 90cm 以上其構造具樓 地板同等以上之防火時效 第 99 條 與屋頂避難平台連接 外牆一小時以上防火時效 第 110 條 防火間隔 距境界線<1.5m 外牆防火時效>1 小時 1.5m<距境界線<3m 外牆防火時效>半小時 二幢間<3m 外牆防火時效>1 小時 3m<二幢間<6m 外牆防火時效>半小時(資料來源：何明錦、林大惠、李訓谷、胡幃傑、劉育良，建築物帷
幕牆垂直立面火焰延燒特性之研究。內政部建築研究所協同研究報告，
2016 年 12 月。)
28 由許多研究成果顯示，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 3-5[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 3-9[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 2000oC 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 1200o C~1300oC 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 800o C~1200oC 左右。
圖 3-5 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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表 3-9 火災發展各階段歷程基本特性
基本特性 火災歷程 火災現象與燃燒 範圍 經歷時間 室內空氣溫度 起火期 局限於著火源附 近 約 1~10 min 100℃ 成長期 由起火點向四面 八方延燒，火焰隨 熱氣上升至天花 板 5~20 min 100℃~650℃以上 閃燃 室內所有可燃物 在接近的時間內 同時著火燃燒 一瞬間 至少 800℃ 全盛期 室內所有可燃物 皆燃燒 不一定 通風控制燃燒： 600~900℃ 燃料控制燃燒： 600~1200℃ 衰退期 可燃物燃燒速度 開始減少至火勢 熄滅 不一定 但通常比成長期 與全盛期久 約 200~300℃(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)
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 3-5 火災成長歷程示意圖所示。 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 在開口部及層間縫隙部位。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 3-6 所示[21]之路徑 10、12，或者是由帷幕牆構件之內部延燒，如圖 3-7 所示之路徑 11。30
(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。)
圖 3-7 火勢延燒路徑示意圖
(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 3-6 火災延燒路徑類型
31 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 3-8 所示[22]。 此外，依據陳慶銘等人之研究，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 800o C，上層樓層外牆面的溫度隨 高度 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[9]。 以鋁帷幕牆為例，各構件破壞與火災歷程之關係如圖 3-9 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。
圖 3-8 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。)
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