帷幕牆火災延燒及防止技術之研究
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(2) 土造或磚造者，其防火時效能達到半小時以上防火時效，概無問題；至 由金屬框架、繫件及單元牆板所組成之帷幕牆，則須經謹慎設計方能確 保達到半小時以上防火時效。 前揭建築物樓板交接之戶外帶狀牆體，一般因構造設計高度、位置 有些微不同，而有不同俗稱，或稱裙牆、樑帶外牆、肩牆、腰牆、層間 外牆、樓板外牆…等等，本研究以下簡稱「層窗間牆」，亦即英文 之”Spandrel”。依防火區劃設計概念，層間外牆應作為樓層（間）區劃 之用，旨在防止外牆窗戶玻璃等開口部遭火災破壞時火焰噴出延燒至上 方樓層。此外，為顧及地震、風力對帷幕牆造成之側向或層間位移因素， 帷幕牆與樓板間並非完全密合交接，所以間隙須以具有同等防火時效之 防火材料填補，以防止火、煙向上滲透。由上可知，帷幕牆之防火安全 性能應由具有合格防火時效之層窗間牆（高度 90 ㎝以上防火構造部分） 及填塞材料共同達成。然而，國內在實際執行面卻存在著相當落差，包 括以下幾點： (1) 建築技術規則雖有規定，但建築師鮮少指定帷幕牆防火時效要 求，建築執照圖說審查時亦未嚴格要求。 (2) 建築設計時既無嚴格要求，竣工檢查及建築物使用後公共安全 檢查亦無嚴格要求。 (3) 迄今尚缺乏帷幕牆防火性能檢測及審核認可機制；我國國家標 準中並無適用之試驗法標準，而在內政部現行防火材料審核認 可制度作業中亦無「帷幕牆」項目。 綜上所述，不禁又令人感到國內帷幕牆防火安全問題的確長 期乏人問津，汐止東科大樓火災不過僅僅是眾多類似建築物中不. 8.
(3) 幸運者，倘若如此，對於許多十五層以上之高層帷幕牆建築物， 其防火安全顯然已有漏洞存在，此對於國人生命財產之保障亦有 莫大潛在威脅。 我國建築物帷幕牆防火安全問題，除因前揭現有法規未落實部分， 在法規本身亦仍有可改進之處。以美國、紐西蘭等國之建築法規為例， 其對外牆之防火時效規定係依建築物構造別、用途、防火安全間隔等因 素而定（採彈性規格式規定或半性能式規定），又外牆開口部之防火可 由垂直或水平遮焰阻體（Flame barrier） 、撒水設備、防火玻璃、外牆室 內側安全距離等多元替代設計方案、措施達成，反觀我國之建築技術規 則，則對於外牆之防火時效、開口部之防火等規定過於簡單，遑論其他 替代性設計方法則絲毫未見規定，因此參考外國相關規定，探討不同設 計方法之間防火功能同等性（Equivalence），進而研提改進既有帷幕牆 建築物外牆防火安全建議措施乃是有意義之要務。. 第二節 研究內容與方法 一、蒐集國外研究文獻資料及法規標準 自相關防火研究期刊、圖書、研討會論文集、網際網站等檢索帷幕 牆、開口火焰延燒研究相關資料。此外，蒐集美國 IBC、UBC、 NFPA、 ASTM、英國建築規則 Approved Document B 及 BS、紐西 蘭、澳洲等相關規定，並比較分析。 二、蒐集國內、外高層帷幕牆大樓火災案例，分析影響延燒要因，歸 納可改善建議。. 9.
(4) 三、訪談國內帷幕牆專家、業者，以瞭解國內帷幕牆建築物之防火保 護設計、措施及落實現況。 四、調查瞭解國內帷幕牆使用情形及施工作業，以瞭解業者對帷幕牆 防火安全措施之認知，並瞭解過程中可能出現之缺失。 五、規劃準備實大尺度帷幕牆實驗設施計畫。 (一) 預定進行 6m(寬)×10m(高)以上垂直立面之火災延燒實驗設施 （三層樓輕鋼構實驗架），樓板以耐火材料保護，除正面未施 工（供安裝帷幕牆垂直立面），餘三面牆均以矽酸鈣板等防火 板材構築，以保護鋼構造免受火害。 (二) 進行帷幕牆開口部噴出火焰、延燒性狀實驗時，實驗架正面全 以矽酸鈣板構成 6m(寬)×10m(高)以上垂直立面，但於二樓設可 調整寬度之開口（高度 1.2m），寬度最大 5m；二樓背面設通 風門口。 (三) 燃載量依國內文獻調查結果選出三等級，燃料採用乾燥松木 堆，按燃載量平均堆放於二樓樓板。 (四) 進行噴出火焰正面高度、寬度、剖面噴出角度、開口周圍溫度、 輻射熱量測。 六、 規劃準備帷幕牆組件耐火性及防火時效試驗 (一) 參考國外研究及標準，自行設計及組裝 3m×3m 試體，該試體 構造包括帷幕牆體及層間防火填塞物部分。 (二) 依 CNS 12514 加熱曲線、壓力條件（與 ISO 834 相同）進行試 驗。試驗過程將量測觀察完整遮焰性、隔熱性等性能基準外， 試驗後觀察各構材受火害情形。. 10.
(5) 七、 綜合分析實驗結果，撰擬帷幕牆防火試驗法標準建議草案，並研 提帷幕牆防火安全設置規範建議。 八、 撰寫研究成果報告。. 第三節 研究預期成果 本計畫預期完成工作項目如次： (一) 完成蒐集帷幕牆有關防火安全研究文獻資料、產品系統技術資 料。 (二) 完成蒐集目前國內外帷幕牆耐火性能（防火時效）有關法規。 (三) 完成研究探討帷幕牆各別構材（玻璃、非玻璃嵌板部分、框架、 繫件等）受火熱（依標準火災曲線）之破壞原因及模式。 (四) 建置全尺度帷幕牆防火試驗設施，可供後續相關研究使用。 (五) 探討目前帷幕牆設計之防火措施缺失，並研提構材、構法改善建 議方案。. 第四節 用語釋義 為期望便於讀者清楚且輕易瞭解本研究報告之專業用語，以 下用語及其釋義係參考國內、外有關法規、規範或標準，希望本 報告內容之表達更為適切性、一致性。 (1) 帷幕牆（Curtain wall）：指依建築技術規則之規定所稱構架構 造，建築物之外牆，除承載本身重量及其所受之地震、風力外，. 11.
(6) 不再承載或傳導其他載重之牆壁。 (2) 層窗間牆（Spandrel）：外牆上層開口部和下層開口部間的部 分。 (3) 面構材（Cladding material）：構成帷幕牆面的材料。 (4) 安裝鐵件：帷幕牆安裝用鐵件。結構體鐵件、預埋鐵件、構材 鐵件、連結扣件、調整鐵件等的總稱。 (5) 一次填縫(材)：施加於建物外側的填縫(材)。 (6) 二次填縫(材)：補助一次填縫，用於帷幕牆構材之建築物內側 填縫(材)。 (7) 嵌裝玻璃（Glazing）：在預備的開口部(Prepared opening)，如 窗、門板(扇)、隔屏及分間牆上裝入並固定玻璃。 (8) 防火時效（Fire rating）：在特定之測試條件下，材料、構件、 構造等能持續維持耐火性所經過之時間。 (9) 防火區劃（Fire compartment）：一建築物或其一部分，包含一 個或數個房間、空間或樓層，被建造用來防止在同一棟建築物 不同部位間、或與鄰接建築物間之火災延燒。 (10). 耐火性【能】（Fire resistance【performance】）：材料、構. 件、構造等能持續維持遮焰性（Integrity）、穩定性（Stability） 及阻熱性（Thermal insulation）之性能。. 12.
(7) 第二章 帷幕牆之構件系統與發展概況 第一節. 帷幕牆系統之分類. 帷 幕 牆 建 築 物 自 日 本 引 進 國 內 ， 已 有 20 餘 年 的 歷 史 ， 而 隨著國內經濟、建設的快速發展，帷幕牆的應用也愈來愈廣， 且帷幕牆無論在外觀、施工方法、材料上都有很大的變化，使 得帷幕牆建築物外觀多樣化，造成都市景觀的改變。 一、. 帷幕牆組成元件種類 繫 件. 鋼 材. 支承材. 鋁合金 鋼 骨 混凝土. 帷幕牆元. 金屬板. 牆面材. 玻 璃. 石 材 玻 璃 鋁 框. 開口. 襯墊材 矽 膠. 填縫材. 圖 2-1 帷 幕 牆 元 件 組 成 架 構 圖. 7.
(8) 二、. 使用材料分類 從上表可知，帷幕牆面構材分成「金屬面板」、「預鑄混. 凝土面板」、「石材面板」、「玻璃面板」等四類，其中國內 大 多 帷 幕 牆 建 築 物 以 金 屬 及 玻 璃 面 板 為 主 要 外 牆 構 成 材 料；經 多年發展，各類牆面材可細分如下： （ 一 ） 金 屬 面 板 ： 鋁 材 料 (為 現 階 段 台 灣 金 屬 帷 幕 牆 構 建 材 料 之 主 流 )、 一 般 鋼 板 材 料 、 琺 瑯 鋼 板 材 料 、 不 銹 鋼 材 料等。 （二） 預鑄混凝土面板：主要構成材料為鋼筋混凝土。 （三） 石材面板：最常用者為花崗岩，主要用於層窗間牆 板。 （ 四 ） 玻 璃 面 板：一 般 平 板 玻 璃（ 主 要 為 浮 式 平 板 玻 璃 ）、 強化玻璃、吸熱玻璃、日照熱反射玻璃、隔熱雙層玻 璃（中空層為空氣、氮氣或惰性氣體）、隔熱膠合玻 璃（或複層玻璃）、金屬線嵌入玻璃（主要為鐵絲網 玻璃）等。 一、. 安裝構造方式分類. （一） 內政部建築研究所「帷幕牆工程標準規範與解說」 【參考文獻】 依上揭規範解說第一章『總則』，金屬帷幕牆裝置的方式， 可分為以下三大類： 1. 掛簾方式：由樓版或橫樑外側裝置的方式。 2. 嵌版方式：由樓版到樓版之間或橫樑到橫樑之間，嵌上之方. 8.
(9) 式。 3. 包覆方式：結構體或牆壁的表面，分別包覆層窗間牆、柱體、 窗框等形成帷幕牆的方式。 以上三類方式之帷幕牆與柱體相對位置不同，而在意匠上各 有不同風格。 關於「掛簾」或「嵌版」方式的金屬帷幕牆，依構造形式可 區分為以下兩大類： 1. 立框方式：在樓版至樓版間架成立框，再裝上窗框、層窗間牆 等構材的方式。 2. 版件方式：可細分為以下三項。 (1) 單元版件方式：經模子或鑄造成形的單元版件安裝在上下兩 層樓版上的方式。 (2) 框架版件方式：在分割立框等框材上，裝設層窗間牆版件窗 框等組成之合成版於上下兩層樓板間的方式。 (3) 層窗間牆版件方式：在樓板、樑等構造體裝置層窗間牆，再 裝設窗框等構成材料於其間之裝置方式。 預鑄混凝土帷幕牆，在構造上則可分為以下兩大類： 1. 版件方式：以高度為一層樓或一層樓以上的單一版件構成外壁 面的方式。 2. 柱、樑方式：分別裝置柱形、樑形版件的方式，在壁面構成的 意匠上，可細分為通柱式及通樑式。只就柱或樑的版件來看構 成壁面的方式，即可以解釋其為通柱式，或是通樑式。版件方 式之預鑄混凝土帷幕牆，由層間變位之吸收方式可分為滑動方. 9.
(10) 式（搖動方式、水平移動方式）與搖轉方式（回轉方式） 。柱、 樑方式中樑形固定，以柱形回轉吸收變位。 （二） 陳建豐等調查研究【參考文獻】 帷幕牆依組合安裝方式不同，可分為「散裝式」、 「單元式」、「綜合式」。因不同安裝方式所衍生之外 觀 類 型 ， 詳 如 圖 2-2、 表 2-1 所 示 。. 圖 2-2 國內金屬及玻璃帷幕牆外觀類型示意圖. 1. 散 裝 式 ： 由 於 散 裝 式 所 需 精 度 較 小 ， 且 造 型 容 易 ， 較 適 合臺灣的營造技術水準，金屬帷幕牆使用散裝式為多， 其造成外觀類型如下。 (1) 因 散 裝 式 的 骨 架 即 可 成 為 帷 幕 牆 的 窗 框，所 以 全 面 玻 璃 式 （ T1A、 T1B、 T1C） 、 直 條 式 （ T4A、 T4B） 、 橫 條 式（ T5A、T5B、T5C）的 外 觀 類 型，即 以 骨 架 加 上玻璃所造成。 (2) 散 裝 式 的 骨 架 形 成 後， 再 加 以 金 屬 板 包 覆， 即 形 成 為 全 面 金 屬 式 (T2)。 2. 單 元 式： 由 於 單 元 式 所 需 精 度 較 高， 而 以 台 灣 目 前 之 施 工水準而言並不困難，故近年來已有增加之趨勢，且以 鋼骨構造建築物為主，外觀並無一定造型，以玻璃加金 屬板居多，且具重覆性。 3. 綜 合 式：此 工 法 兼 具 散 裝 式 及 單 元 式 之 優 點，自 民 國 72. 10.
(11) 年首度使用之後，已漸漸超越散裝式，其原因乃是散裝 式 部 分 外 牆 之 造 型 及 安 裝 容 易；又 單 元 式 部 分 外 牆 之 造 型具重複性，施工較經濟方便，適合高層建築物。 (1) 金 屬 板 部 分 外 牆 採 用 單 元 式，玻 璃 部 分 外 牆 採 用 散 裝 式，即形成金屬與玻璃相間帶狀外觀，如橫條式 （ T5） 。 (2) 多 樣 化 及 高 複 雜 性 外 觀 ， 如 複 合 式 （ T8） 。. 11.
(12) 表 2-1 國 內 金 屬 及 玻 璃 帷 幕 牆 外 觀 類 型 主要類型. 說明. 次型式. 說明 建築物外觀以玻璃完全被覆，其豎框. T1A. 及橫框較不明顯或甚至全部看不見， 可得到完全透視感的獨特效果。 建築物外觀以披璃完全被覆，但其上. T1. 建築物外觀以玻璃完全. T1B. 全面玻璃式 被覆。. 下、左-右、上下、左-右、上-下-左右其以其他材質收邊，如面磚、金屬 板、石材等。 建築物外觀以玻璃完全被覆，但以跨. T1C. 距分割、收邊，造成許多大小相近的 小規模全面玻璃式之組合。. 建築物外觀以金屬板完 T2. 全面金屬式. 全被覆，其開窗面積極 小。 凸顯樑柱關係或重複性. T3. 之開窗形式即建築物外 單窗式 觀完全以單一大小、形 式之開窗被覆。 建築物外觀完全以垂直方向做重複性 T4A. 之分割，可分為玻璃-金屬板、玻璃混凝土或以色差玻璃不關。. T4. 建築物外觀以強調垂直 直條式. 建築物外觀完全以垂直方向做重複性. 帶之造型。 T4B. 之分割，但其上-下、左-右、上-下-左右其以其他材質收邊，如面磚、金屬 板、石材等。 建築物外觀完全以水平方向做重複性 之分割，可分為玻璃-金屬板相間、玻. T5. 建築物外觀以強調水平 橫條式. T5A. 璃色差相間或是透明與否相間、全面. 之外觀類型。 玻璃但強調其橫框，使其造成分割數 塊玻璃橫條。. 12.
(13) 建築物外觀完全以水平方向作重覆性 T5B. 之分割，但其上-下、左-右、土、下左-右以其他材質收邊，如面磚、金屬 板、石材等。. T5C. 建築物外觀完全以水平方向作重覆性 之分割，但以跨距分割、收邊。. 部份外觀為全面玻璃 T6. 全面玻璃式及 式，加上部份橫條式組 橫條式綜合 合而成。 為直條式再加以水平分 割(橫條式)，或橫條式在. T7. 直條式及橫條 加以垂直分割(直條式) 式綜合 使其造成格子狀之外觀 類型。 綜合兩種以上之外觀類. T8. 複合式(特殊. 型，或其建築物外觀形. 式). 狀特殊無法以任何一種 型式加以涵蓋者。. 13.
(14) （三） 陳太農等研究【參考文獻】 依其構法與組立型式之不同，則可區分為以下五種， 分述如下： 1. 直 橫 料 系 統 (Stick system)（ 如 圖 2-3） ； 直 橫 料 系 統 是 由 帷 幕 牆 構 件 於 現 場 依 序 安 裝 組 合 而 成，首 先 裝 上 固 定 鐵 件 【 1】 ， 其 次 是 直 料 【 2】 、 上 下 橫 料 【 3、 5】 、 層 窗 間 板 【 4】 ， 最 後 安 裝 玻 璃 【 6】 或 其 他 面 材 及 內 部 裝 飾 【 7】 而 成 。 圖 2-3 直 橫 料 系 統 帷 幕 牆 示 意 圖 2. 窗 間 牆 系 統 (Column cover and spandrel system)（ 如 圖 2-4） ： 本 系 統 亦 稱 「 柱 覆 版 系 統 」 ， 首 先 裝 上 固 定 鐵 件 ， 其 次 是 柱 覆 板 【 1】 、 層 窗 間 牆 【 2】 ， 再 安 裝 玻 璃 【 3】 而 成 。 圖 2-4. 窗間牆系統帷幕牆示意圖. 14.
(15) 3. 單 元 式 系 統（ Unitized system）（ 如 圖 2-5）： 單 元 式 系 統 係 由 預 組 框 架 單 元 相 互 組 構 而 成，預 組 框 架 單 元 包 括 框料、嵌板、玻璃（或其他面材）及安裝鐵件，整個單 元 在 工 廠 預 先 組 立 ， 到 工 地 現 場 只 需 將 單 元 片 【 2】 吊 裝 至 定 位 ， 再 將 其 鎖 固 【 1】 或 點 焊 即 可 。. 圖 2-5. 單元式系統帷幕牆示意圖. 15.
(16) 4. 單 元 直 框 系 統 (Unit and mullion system)(如 圖 2-6)：單 元 直框系統是介於直橫料系統和單元式系統間的一種構 法，也 有 人 將 其 稱 之 為「 半 單 元 式 」，它 的 組 合 方 式 是 將 兩 邊 直 料 先 行 錨 定，然 後 再 將 預 組 單 元 安 裝 至 兩 直 料 間；預組單元有時是一層樓高之整體單元，有時是分成 開口部（玻璃）及非開口部（鋁板、石材）兩單元。 5. 格 版 系 統 （ Panel system） (圖 2-7)； 版 系 統 不 同 於 上 述 系統，它提供了整體牆面之造型，每塊板先在工廠製造 後，再運送到工地現場錨定組合而成帷幕牆。它與單元 式 系 統 之 差 別 在 於 格 版 系 統 大 都 是 單 片 板（ 加 預 鑄 混 凝 土 板 、 金 屬 版 沖 壓 或 鑄 造 而 成 之 單 片 版 ）， 而 單 元 式 系 統則是由許多小零件組合而成。 (四 ) 加 拿 大 帷 幕 牆 技 術 報 告 【 參 考 文 獻 】 帷幕牆基本上由鋁框架、透視玻璃及層窗間牆板 （玻璃、金屬或石材）所構成。在加拿大或大部份北 美地區之帷幕牆有三種構成系統，亦即「直料組立系 統」、「單元式（或嵌板）系統」、「結構玻璃嵌裝 系統」。 1. 直 料 組 立 系 統 （ Stick built system） 說明參見前節。 2. 單 元 式 （ 或 嵌 板 ） 系 統 （ Utitized system） 說明參見前節。 3. 結 構 玻 璃 嵌 裝 系 統 （ Structural glazing system） 圖 2-6 單 元 直 框 系 統 帷 幕 牆 示 意 圖. 16.
(17) 第二節. 國內帷幕牆發展沿革. 一、. 發展時程 依據陳建豐等調查研究【參考文獻】，國內帷幕牆建築 物發展最蓬勃之台北市，其金屬帷幕牆系統之外觀演變概有 幾次里程碑如下： （ 一 ） 1975（ 民 國 64） 年 ： 1975-1977 年 是 橫 條 式 (T5)群 起 發 展 的 三 年 ， 但 這 三 年 中 ， 不 完 全 屬 於 橫 條 式 (T5)的 全 面 玻 璃 ＋ 橫 條 式 (T6)及 直 條 式 ＋ 橫 條 式 (T7)兩 種 外 觀 形 式 ， 不 僅 有 橫 條 式 (T5)的 基 本 形 式 ， 且 對 之 後 出 現 之 直 條 式 (T4) 及 全 面 玻 璃 式 (T))有 承 先 啟 後 之 影 響 。 （ 二 ） 1978（ 民 國 67） 年 ： 直 條 式 (T4)出 現 。 （ 三 ） 1979（ 民 國 68） 年 ： 全 面 玻 璃 式 (T1)出 現 。 （ 四 ） 1980（ 民 國 69） 年 ： 複 合 式 (T8)出 現 。 經歷多年之調查統計，近來帷幕牆建築物外觀類型以橫條 式 (T5)為 最 多 （ 約 有 50%以 上 ） ， 且 對 於 採 光 、 省 能 方 面 亦 有 相 當 優 良 的 表 現，而 橫 條 式 (T5)也 是 國 際 式 樣 一 種，未 來 仍 會 持 續 以 橫 條 式 為 主；而 複 合 式 (T8)在 這 幾 年 大 量 出 現 的 情 形 可 以 發 現，因隨台灣在設計及施工技術方面水準提高，該式樣應會蔚 為主流。. 四、 台北市金屬帷幕牆外觀之演變 （ 一 ） 1955（ 民 國 44）年：由 台 鋁 金 屬 公 司 興 建 中 央 曰 報 及 國 貨館兩棟鋁金屬帷幕牆，此兩棟已有金屬帷幕牆之雛型。 （ 二 ） 1975（ 民 國 64）年：由 田 興 金 屬 公 司 興 建 的 世 界 貿 易 大 樓（ 現 在 改 稱 海 關 大 樓 ， 位 於 台 北 市 新 生 南 路 ）完 工 ， 此 為 台 北 市 第 一 棟 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物 ， 外 觀 為 橫 條 式 (T5C) 施 工 方 式 為 散 裝 式，使 用 材 料 為 鋁。自 此 台 北 市 金 屬 帷 幕 牆 外 觀 皆 是 橫 條 (T5)為 多 ， 為 台 北 市 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物 之 主流。 （ 三 ） 1976（ 民 國 65） 年 ： 1. 臺 陽 商 業 大 樓 ： 外 觀 為 橫 條 式 (T5C)， 施 工 方 式 為 散 裝 式 ， 而使用材料為鋁。 2. 東 興 大 樓 ： 外 觀 為 橫 條 式 ＋ 全 面 玻 璃 式 (T6)， 施 工 方 式 為 散裝式，且首次使用鋼材。此外觀類型同時也造成日後全 面 玻 璃 式 (T1)的 產 生 。 30.
(18) 3. 國 際 電 化 商 業 大 樓 ： 此 為 第 一 棟 使 用 鋁 擠 及 不 銹 鋼 材 料 的 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物，其 外 觀 為 直 條 式 +橫 條 式 施 工 方 法 為 散 裝式此外觀為橫條式的變化型也間接造成直條式的產生。 4. 力 霸 百 貨 南 京 店 ： 外 觀 為 全 面 金 屬 式 (T2)， 施 工 方 法 為 散 裝式，使用材料為鋁。而之後百貨公司皆為全面金屬式主 要是受其形式之影響。 5. 康 華 大 飯 店 ： 外 觀 為 單 窗 式 (T3)， 施 工 方 法 為 散 裝 式 ， 而 使用材料為鋁＋琺瑯板，為首次使用斑瑯板的台北市金屬 帷幕牆建築物。內部因使用相同的單元空間，外觀為大小 相同的開窗。概念發展自柯比意於巴黎大學城的瑞士學生 宿 舍，利 用 每 一 玻 璃 帷 幕 牆 代 表 每 一 間 宿 舍 的 例 子 可 佐 證。 6. 三 傑 大 樓 ： 其 外 觀 類 型 為 橫 條 式 ： (T5A)， 施 工 方 式 為 綜 合 式，使用材料為鋁。為獲得由內而外的廣闊視野，其內部 空間和外部形式的一致性，是受荷蘭風格派的影饗。 （ 四 ） 1978（ 民 國 67）年 ： 新 中 華 大 樓 ： 其 外 觀 為 直 條 式 (T4) 的 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物，施 工 方 式 為 散 裝 式，使 用 材 料 為 鋁。 （ 五 ） 1979（ 民 國 68）年 ： 該 年 大 量 出 現 使 用 全 面 玻 璃 式 (T1) 的 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物，而 之 後 全 面 坡 璃 式 的 外 觀 逐 漸 地 普 遍起來。 1. 欣 欣 大 樓 ： 外 觀 為 全 面 玻 璃 式 。 (T1A)， 施 工 方 法 為 散 裝 式，使用材料為鋁。 2. 學 府 大 樓 ： 為 第 一 棟 使 用 金 屬 帷 幕 牆 的 住 宅 。 外 觀 為 全 面 玻 璃 式 (T1B)， 施 工 方 法 為 散 裝 式 ， 使 用 材 料 為 鋁 。 3. 安 泰 大 樓 ： 外 觀 為 全 面 玻 璃 式 (T1C)， 施 工 方 法 為 散 裝 式 ， 使用材料為鋁。 （ 六 ） 1980（ 民 國 69） 年 ： 1. 世 青 商 業 大 樓 ： 外 觀 為 覆 合 式 (T8)， 施 工 方 法 為 散 裝 式 ， 使用材料為鋁。金屬帷幕牆建築物發展至此階段技術已相 當進步，固有此特殊的樣式出現。 2. 華 航 大 樓 ： 第 一 棟 採 用 鑄 鋁 的 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物 。 外 觀 為 單 窗 式 (T3)， 施 工 方 法 為 散 裝 式 。 （ 七 ） 1982（ 民 國 71） 年 ： 1. 惠 普 大 樓 ： 採 用 綜 合 式 施 工 法 ， 自 此 大 樓 綜 合 式 施 工 法 逐 漸受重視，應用實例也慢慢取代散裝式。外觀為橫條式 (T3)， 使 用 材 料 為 鋁 。 （ 八 ） 1986（ 民 國 75） 年 ： 31.
(19) 1. 中 興 紡 織 大 樓 ： 為 首 次 單 窗 式 施 工 法 的 金 屬 帷 幕 牆 建 築 物 ， 外 觀 為 單 窗 式 (T3)， 使 用 材 料 為 鋁 。 （ 九 ） 1994（ 民 國 83） 年 ： 1. 啟 光 辦 公 大 樓 :外 觀 為 直 條 式 (T4A)， 施 工 方 法 為 散 裝 式 ， 使用材料為鋁。. 第 三 節 帷 幕 牆 構 成 之 簡 介 —以 單 元 式 系 統 為 例 一、. 單元式帷幕牆之定義 其定義為「將帷幕牆組合規格化，做成適合安裝的單元，然 後按順序固定在結構系統上的一種帷幕牆構法系統」；由於 是採用規格化單元，其製造安裝方式，如前述可使用預組工 法。 二、 單元式帷幕牆之特性 單元式帷幕牆是由單獨的版片組構而成完整的外牆（如圖 2-8） 。. 圖 2-8 單 元 式 版 片 與 結 構 體 之 組 合 示 意 圖 三、 契合式快速接合系統 在 接 合 方 式 方 面，單 元 式 帷 幕 牆 採 用「 陰 陽 連 鎖 契 合 式 」。(圖 2-9， 俗 稱 公 母 接 頭 )， 將 各 個 單 元 版 片 相 互 銜 接 組 構 而 成 。. 32.
(20) 圖 2-9. 鋁擠型公母接頭詳圖. 四、. 等壓空間設計 單 元 式 帷 幕 牆 以 邊 框 (鋁 擠 型 )契 合 後，在 其 內 形 成 所 謂 的「 等 壓空間」，並利用開放接頭、雨屏、空氣層、氣密層，使空 氣層與外部壓力相等（即是等壓），其壓差接近於零，雨水 就只有受重力的用作，順著邊框之排水方向將入侵的雨水導 出。 五、 填縫材應用設計 在 單 元 式 帷 幕 牆 的 邊 框 (鋁 擠 型 )內 ， 採 用 了 成 形 及 非 成 形 填 縫材。成形填縫材係採用軟硬質共押之異形膠條，其具有較 佳之固定性能及線防水性能，並能在承受風壓時具有更好的 水密、氣密性。而非成形填縫材係在工廠的穩定環境下施作 及養護，可使其耐久性能及防水性能更佳，此二種填縫材正 確的搭配運用，可使單元式帷幕牆擁有更好的水密性、氣密 性、隔音性。 六、 二次排水系統設計 如 圖 2-10 所 示，在 單 元 式 帷 幕 牆「 等 壓 空 間 」設 計 中 的 氣 密 層 ， 是 屬 於 水 分 進 入 機 會 極 低 的 乾 燥 空 間 (Dry chamber)， 即 在 正 常 狀 況 下，水 分 大 部 分 已 被 擋 在 雨 屏 之 外 (A)，穿 過 雨 屏 的 水 分 則 在 空 氣 層 排 出 (B)，此 即 第 一 次 排 水 系 統。萬 一 水 氣 侵入至氣密層，則在二次排水系統設計中，將侵入之水氣藉 重 力 作 用 經 由 導 水 孔 排 出 (C)。. 33.
(21) 圖 2-10. 二次排水設計詳圖. 七、. 無鷹架施工 由於單元式帷幕牆經陰陽連鎖契合後，不須從室外施打防水 填縫材，可免除施工鷹架的使用，可節省人力、縮短工期、 減少成本，並可使施工之危險性降低。 八、 帷幕牆版片與結構體間安裝鐵件 帷幕牆必須依附在結構體上才能存在，對於結構體因地震與 風力作用而產生的變形位移，也必須加以吸收才不致造成帷 幕牆的脫落、破損。為因應不同結構體周圍樓板或邊樑構造 類 別 (如 RC、 SRC、 SC)， 帷 幕 牆 鐵 件 與 結 構 體 鐵 件 之 間 ， 必 須 做 不 同 之 處 理 （ 如 圖 2-11a、 b、 c） 。 其 應 用 特 性 如 下 ：. 圖 2-11a. 固 定 鐵 件 與 SC 構 造 體 之 連 接 示 意 圖. 34.
(22) 圖 2-11b. 圖 2-11c. 固 定 鐵 件 與 RC 構 造 體 之 連 接 示 意 圖. 固 定 鐵 件 與 SRC 構 造 體 之 連 接 示 意 圖. （一） 高強度鐵件的設計 在 固 定 鐵 件 的 設 計，採 用 高 強 度 材 料，如 鍍 鋅 鋼 板 或 6063 系 列 鋁 合 金 ，以 提 高 帷 幕 牆 之 安 全 性 ， 並 兼 顧 帷 幕 牆 吊 掛 點 型 式 及 其 位 置 之 設 計，以 增 加 單 元 式 帷 幕 牆 之 現 場 施 工 性 （ 圖 2-12） 。. 圖 2-12 單 元 式 帷 幕 牆 固 定 鐵 件 樣 例 圖 說 （二） 層間變位的吸收 在 單 元 版 用 的 兩 個 固 定 點 ，一 個 可 吸 收 三 向 度 位 移 ， 另 一 個 為 鉸 接 點 抵 抗 側 滑， 在 固 定 鐵 件 的 設 計， 可 以 有 效 的 吸 35.
(23) 收 單 元 版 用 的 伸 縮 變 形 及 位 移 ， 因 此 對 於「 層 間 變 位 」的 承 受 性 較 好，使 得 版 片 不 至 於 受 到 大 量 的 擠 壓 而 產 生 過 度 的變形甚至於破壞。 （三） 在帷幕牆牆體的底部，以 鋁擠型框料、固定鐵件、披 水 板 配 合 防 水 填 縫 處 理 (如 圖 2-13)， 牆 體 的 頂 部 ， 則 以 壓 頂 處 理 之 (如 圖 2-14)。. 圖 2-13. 單元式帷幕牆底部圖例. 36.
(24) 圖 2-14. 單元式帷幕牆頂部圖例. 37.
(25) 第三章 帷幕牆建築物之火災危險 第一節 建築物火災之戶外延燒情景 建築物戶外延燒有關的火災情景（Fire scenario），如圖 3-1 及圖 3-2 所示，有以下兩種情況： 圖 3-1 起火建築物戶外延燒途徑（向上方樓層及鄰近建築物） 圖 3-2 裙樓火災之可能戶外延燒途徑（向連接建築物上方樓層）. 一、 建築物內部火災（室內火災向上層延燒） 室內火災發展至旺盛期，室內高溫火焰破壞建築物外牆或屋頂，熱氣 流及煙氣從破壞缺口（開口部）竄出，火災在屋頂或向上樓層繼續燃 燒。倘為防止這類火災延燒發生，最理想化防火措施即是屋頂及外牆 應具有一定耐火性能，以抵抗火害，同時屋頂及外牆上的開口也有防 火保護；但屋頂及外牆上的開口，一般僅是供作採光、通風之窗戶使 用，並無防火保護，所以可以採用建築設計手法解決這個問題，亦即 利用層窗間牆、突出樓板（屋簷）或陽台等設計防止火災向上層延燒。 二、 建築物外部火災（戶外火災向建築物延燒） 火源來自建築物周圍，或許是鄰棟建築物失火（如上述情形），其火 焰、輻射熱襲近過來或飛火飄散過來，又或許是周圍雜草、垃圾起火 引起延燒。倘為防止這類火災延燒發生，屋頂及外牆本身最好應為不 燃性材質，且有一定耐火性能，同時開口也要有防火保護，又或者以 適當之安全距離（防火間隔限制）或減少未防火開口面積（窗戶面積 限制）等設計，避免可能之火災延燒機會。. 30.
(26) 從帷幕牆建築物火災安全觀點，加上建築物高層化之影響，此類建築 物戶外火災延燒危險較低，因建築物周圍多面臨道路或有充分安全之防火 間隔，故受到直接火燒或輻射熱之機率甚微，且帷幕牆材料不論是金屬、 玻璃、石材皆為不燃性，對於飛火接觸引起燃燒之可能性幾乎零，有鑑於 此，帷幕牆建築物火災防範對策，應對室內火災引起之樓層延燒較為重視。 帷幕牆有關之火災延燒，除上述開口部噴出火焰會向上方樓層外牆加熱燃 燒，另外火災熱氣、濃煙亦可能經由帷幕牆與樓板間之縫隙向上竄流，如 圖 3-3 所示。. 圖 3-3 帷幕牆火災延燒途方式. 31.
(27) 第二節 外牆之火災延燒特性 一、外牆開口噴出之火焰及熱氣 建築物室內火災到達旺盛期階段，室內高溫之熱氣流自然會從開 口部噴出，此乃造成火災由起火室向上方樓層或者鄰接建築物延燒之 原因所在。因此，掌握有關噴出之火焰及熱氣之特性或行為，在火災 擴大延燒防止對策上有其重要性。 關於噴出火焰及熱氣之特性，可從其溫度分布、中心軸（最大流 速線）位置或噴出火焰之發生限界加以瞭解。圖 3-4 係日本有關噴出火 焰及熱氣之溫度分布及中心軸實驗結果範例；從中可發現噴出火焰及 熱氣之中心軸，在開口部呈縱向較長情形下（細長型開口），朝上方 外側且與外牆面有所距離，而在開口部呈橫向較長情形下（扁平型開 口），中心軸軌跡呈現先稍為距離開口外牆，再回復沿著牆面之情形， 此現象稱為 CO-AN-TA 效應。另外，圖 3-5 係開口部形狀之長寬向比. 與噴出熱氣流之中心軸位置關係所得結果，其呈現之傾向相當顯著。 依圖 3-5 所示，扁平型開口若與細長型開口相比較的話，顯現出向上方 樓層延燒擴大之危險性較高。. 影響窗戶噴出火焰大小之因素相當複雜，包括火災居室型態（區 劃形狀、尺寸）、開口部形狀及尺寸、區劃周壁之熱性質、室內可燃 物之種類、數量及配置、環境風場條件（外部風速及風向）等，尤其 是環境風場條件具有加（或減）成效應。窗戶噴出火焰特性之國內、 圖 3-4 窗 戶 噴出火焰及熱氣之 溫 度 分 布 及 中 心 軸 外相關研究並不太多，一般防火工程上對於噴出火焰之高度及突出長 32.
(28) 度之計算，可以下列公式求得（如圖 3-6 所示）： Z＝12.8(R/W)2/3－h 上式中，R 為起火居室內之燃燒速度（kg/sec），W 為窗戶寬度（m）， h 為窗戶開口高度（m）。 R 值（kg/sec）可以下式求得： R＝1.5Q/hc 上式中，Q為平均熱釋放率（MW），hc為燃料（可燃物）之燃燒熱值 （MJ/kg），係數 1.5 為最大燃燒速度與平均燃燒速度之比率估值。 另外噴出火焰突出（外牆面）長度（P）可以下式求得： P＝0.314 h1.53 W-0.53. 圖 3-6 窗戶噴出火焰 二、層窗間牆與外突樓板對外牆延燒之影響 外牆延燒之危險性與窗戶噴出火焰特性有密切關係，而噴出火焰 除受到上節所述因素之影響外，尚會被開口周圍構造條件所左右。例 如圖 3-7、圖 3-8 所示為起火居室噴出火焰形狀及對外牆面之加熱特 性，受到開口兩側層窗間牆（側壁）或開口上方外突樓板（屋簷）之 影響實驗結果。有外突樓板的話，火焰會從壁面遠離，也會減少向壁 面的熱輻照度（受害輻射熱），只有層窗間牆的話，火焰會接近壁面， 增加熱輻照度，顯示出向上延燒的危險也會增加。當火災居室的開口 寬度變大時，從開口兩側捲入火焰再轉而向上的外部氣流也會相對減 少，此情況之下呈現如同層窗間牆般的影響，被認為容易向上層延燒。 圖 3-7 層窗間牆與外突樓板對起火居室噴出火焰之影響 33.
(29) （左：沒有外突樓板的火焰；右：沒有層窗間牆的火焰）. 圖 3-8 起火居室噴出火焰對外牆面之加熱特性. 34.
(30) 第三節 帷幕牆建築物火災案例之探討 一、 美國火災案例 (一) 1977 年洛杉磯歐美中心大樓火災 該大樓為洛杉磯第一棟摩天大樓，其外圍帷幕牆由防水保護的磨石 子磚及強化玻璃組成。火災起火原因是人為縱火，消防人員在火警 系統偵測到第 13 樓起火後 3 分鐘收到警報而趕到現場，隨即發現火 舌已使窗戶破碎，火勢也已蔓延到第 22 樓，短短不過十餘分鐘，火 災即已延燒 9 個樓層。 (二) 1981 年內華達州拉斯維加斯希爾頓飯店火災 該火災起火點位在第 8 樓東塔的電梯大廳，隨即因為可燃的內部油 漆和家具而讓火勢迅速蔓延。火勢迅速吞燒這棟三十層鋼筋混凝土 結構的大樓，由於火焰的熱度，火勢在不到 25 分鐘內迅速由第 9 樓 竄燒到 14 樓，造成了 8 人喪生。 (三) 1988 年加州洛杉磯第一州際銀行大樓火災 該樓為一棟 62 層樓鋼骨結構的建築物，當時火災造成一人死亡，並 燒毀了四層樓，財產損失約 38 萬美金。起火原因係辦公室其中一個 工作站的可燃物突然起火燃燒，且火勢蔓延迅速，很快便延燒到其 他大量的可燃物質。外牆的玻璃開始破裂，正好提供了助燃的氧氣， 使火勢加速燃燒。火勢從第 14 樓一直延燒到 17 樓，火舌從玻璃帷 幕破裂的開口竄出，並對室內可燃物預先加熱，終至引燃起室內的 易燃物，最後整層樓都陷入火海。火焰也從樓層地板/天花板版塊和 帷幕牆的縫隙（約 100mm 寬）蔓延到上層。調查證實玻璃帷幕牆係 因鋁製間柱（Mullion）受室內火燒變形後才導致窗戶破壞。 (四) 1991 年賓州費城子午線商場大火 35.
(31) 該樓為一棟 38 層樓鋼骨結構的建築物，本場火災造成 3 名消防隊員 死亡，九層樓全燬，財產損失約 33 萬美金。這場火災起因於在第 22 樓浸有溶劑的的破布突然產生自燃，火勢因貫穿孔隙、停電及大樓 水塔系統的壓力控制閥裝設不當等多重因素下，從第 22 樓一路燃燒 到第 31 樓，除此，辦公室之高火載量及大樓開放式平面配置設計也 是加重火災效應的因素之一。該樓外牆超過 50%面積為玻璃帷幕 牆，所以火災當時可見到火焰主要沿著建築物外側延燒。不過因為 第 31 樓已全面改裝自動撒水系統，所以當火燒到第 31 樓時，撒水 系統啟動，讓火勢得以控制。這場火災可以說明撒水系統在控制火 勢上的成功，同時也說明了火勢因貫穿孔隙及玻璃帷幕牆開口而在 樓層間蔓延的危險。 (五) 1992 年賓州市場街大火 火勢是直接經由樓板與帷幕牆間的空隙而由第 20 樓竄燒到第 21 樓，此災例證明帷幕牆層間塞材料之防火性能之重要性。 (六) 其他的例子 1975 年英屬群島中曼島上造成五十人死亡的夏樂地大火，1973 年哥 倫比亞波哥大市造成 4 人死亡的艾維安卡大廈大火，及 1988 年加拿 大蒙特婁艾利西斯商場。而由大樓外經破掉的窗戶蔓延的火災的例 子有 1975 年伊利諾州芝加哥市的艾斯潘那達公寓大樓大火及 1973 年亞利桑那州塔克森市皮馬郡政府大樓大火。 二、 英國火災災例 (一) 1991 年 Basingstoke 辦公大樓火災 該樓為一棟 14 層樓鋼骨結構的建築物，全棟皆由鋁框玻璃帷幕牆所 包圍。火災發生在第 8 層，並經由外牆面向上延燒至第 10 層。此火 災造成財產損失約 23 萬美金。 36.
(32) (二) 1999 年倫敦爾漢街（Earlham Street）辦公大樓火災 三、 國內火災災例 (一) 民國 90（2001）年汐止東方科學園區大樓火災 該大樓位於台北縣汐止新台五路，為地上 26 層、地下 3 層之鋼骨大 樓，分由 A、B、C、D 等四棟同高建築物所構成之廠辦綜合大樓， A、B、C 三棟併連一體呈「品」字型，另以地面連絡走廊連接 D 棟。 火災發生在 5 月 12 日凌晨，由 A 棟第 3 樓辦公室不慎起火，在缺乏 自動撒水設備（依當時消防法規 10 層以下樓層免設）及防火區劃牆 之火災控制措施，火災迅速燒燬 A 棟第 3 樓近 1500 ㎡的面積（包括 三家公司），同時火災亦從垂直管道間、外牆玻璃帷幕破壞缺口（如 圖 3-9）向上延燒，在消防隊搶救下火勢延燒至第 5 樓後受到控制， 此時火災歷經約 2 小時。其後逐層搜索、清理殘火，惟受到各公司 大門（鐵捲門）無法順利開啟影響（因假日未上班之故），搜索、 清理速度進展緩慢，經過 13 小時後，第 16 樓出現火災，火苗係隱 藏在垂直管道間內緩慢燃燒塑膠、橡膠管材、電線電纜等，待熱量 及通風條件合適時，即從管道間竄燒出來，適有不少易燃物助燃， 火勢在自動撒水設備未發揮功能情形下（緊急發電機及消防幫浦失 靈而無法順利供水），迅速破壞玻璃帷幕牆，讓室內熊熊火焰從缺 口噴出，火焰高度有時可達兩層樓高（約 8 公尺），其後火勢一路 向上猛烈延燒，消防隊亦難以控制（如圖 3-10）。從第 16 樓燒至第 26 樓約僅 2 小時 30 分鐘，平均向上延燒一層所需時間不過 15 分鐘。 災後可見到 A 棟大樓有近二分之一帷幕牆殘破不堪（如圖 3-11）， 其玻璃全數破碎，大量碎片遍佈於受火害樓層地板，鋁構架受高溫 高熱影響，無不變形、軟化或熔化，殘留扭曲、燒失的框架（如圖 37.
(33) 3-12），令人感歎火災威力及燃燒擴大之快速。 圖 3-9 東方科學園區大樓火災-三、四樓外牆開口延燒. 圖 3-10 東方科學園區大樓火災-火勢猛烈向上延燒. 圖 3-11 東方科學園區大樓火災-災後殘破不堪之帷幕牆外觀 圖 3-12 東方科學園區大樓火災-災後帷幕牆鋁構架殘景. (二) 民國 90（2001）年台北市東帝士大樓火災 該大樓座落於高層辦公大樓集中的敦化南路，為地上 35 層、地下 4 層之鋼骨造帷幕牆辦公大樓，每樓層面積約為 1,021 ㎡（約 315 坪）。 90 年 6 月 30 日清晨約 5 點該大樓第 10 樓某房屋仲介公司辦公室起 火，消防隊抵達現場時，部分帷幕牆玻璃窗已破壞，濃煙及火舌已 噴出（圖 3-13）。10 樓火勢一度擴大，致火焰從帷幕牆破壞開口向 上延燒，造成 11 樓外牆及內部靠窗辦公室燃燒，經約 3 小時 30 分 鐘搶救後火勢始得控制。10 樓燒毀範圍約 750 ㎡（約 230 坪），餘 則受到嚴重煙燻，致有 8 人受到輕微嗆傷（消防人員 6 人，居民 2 人）。本次火災損害範圍有限，除有賴於消防隊搶救戰術得宜外， 尚可歸功於該大樓各層樓板四周圍有邊樑設計。邊樑因位於帷幕牆 內側，構成如同層窗間牆作用之防火垂壁（或側壁），故能發揮減 小玻璃開口噴出火焰高度之作用，因此可減少對上層帷幕牆之破壞 38.
(34) （圖 3-14）。 圖 3-13 台北市東帝士大樓火災情景 圖 3-14 台北市東帝士大樓帷幕牆火損情形（樓板 四周邊樑設計發揮防火垂壁作用）. (三) 民國 91（2002）年中壢金像電子公司中壢廠大火 (四) 金像電子公司係生產印刷電路板為主之股票上市公司，位於桃園縣 中壢工業區西園路之廠房（一廠），為四層樓鋼骨造建築物，外覆 金屬及玻璃帷幕牆，總樓板面積近 10,000 ㎡。於去（91）年 9 月 1 日凌晨約 3 點半發生火災，起火點為該廠二樓二次銅生產區，因生 產電路板原料不慎引燃造成火災。由於現場原料及半成品多屬可燃 物或化學危險物品，火勢一發即迅速擴大而難以控制，消防隊抵達 時，建築物內部火煙四處流竄，熊熊火焰及大量濃煙冒出（圖 3-15）， 鄰近高速公路上遙遙可見。火勢幸經消防隊噴水隔離冒出火焰（圖 3-16），並未大面積向上波及四樓帷幕牆玻璃窗，亦未延燒鄰近建築 物（二廠），火勢延燒近 7 小時被控制。本火災燒燬二樓大部分廠 區、三樓管道間及局部生產區、四樓管道間及屋頂排氣設備，燒損 面積約 5,000 ㎡，其餘內部受到不同程度之煙燻，此外，鄰棟之行政 大樓帷幕牆亦遭燒損。該廠當時近 300 名員工安全逃離，幸無傷亡， 估計財損達億元以上。本次火災建築物屬高危險物質工業廠房，其 火載量（Fire load）遠高於一般辦公大樓，猛烈火勢不僅破壞玻璃窗 後向上延燒，亦由內部燒穿帷幕牆竄出火焰，以致鋁帷幕牆留下熔 化開口（非玻璃窗開口）及受熱變形外觀（圖 3-17）（圖 3-18）， 因此高危險物質工業廠房帷幕牆之耐火性能似應要求較高防火時 39.
(35) 效。 圖 3-15 金像電子公司中壢廠大火情景. 圖 3-16 金像電子公司中壢廠大火消防隊射水情景. 圖 3-17 金像電子公司中壢廠帷幕牆火災後外觀（東側）. 圖 3-18 金像電子公司中壢廠帷幕牆火災後外觀（北側）. 40.
(36) 第四章 帷幕牆構材之受火特性 第一節 玻璃與嵌裝玻璃 一、. 背景 火 災 的 規 模（ 技 術 上 而 言，便 是 熱 釋 放 率 ）取 決 於 氧 氣 流 量 ，. 除了一些極少的特定狀況外，流入室的氧氣流大部分來自於開啟 門窗，其它少部分則來自空調系統以及建築物本身的空隙．但是 當火勢繼續延燒時先前緊閉的門窗有可能會破裂，但是也有可能 不會；玻璃是否會破裂所造成的結果則是截然不同，因此，預測 玻璃是否會在火災中破裂則相形之下顯得非常重要． 在 此 先 做 一 個 重 要 的 區 別：當 一 般 的 浮 式 平 板 玻 璃 的 窗 片 開 始 受 熱 時 ， 如 果 溫 度 達 到 150 - 200℃ 時 ， 就 會 開 始 產 生 裂 痕 ， 而 且 會先從邊緣的地方開始裂，而後蔓延開來，到最後整塊玻璃都會 裂開而掉落，此時無論室內的通風是否良好，對火勢都沒有影響 了，因為當氣流本身受到改變時，玻璃不只會裂開，還會整片掉 下來． 了解玻璃在何種情況下會整片掉下來對許多研究火災的人來 說都非常重要，既然要使用火災模式就必須先了解火災通風設備 的開啟，研究玻璃的破裂對設計火災模式而言顯得很重要，因此 也促成了許多理論及簡化研究，還有一些實驗性的研究。 我們必須先了解在火災中，至少有二種不同的加熱型態： 1. 當 火 災 發 生 於 室 內 時，窗 戶 只 先 由 一 側 受 熱 而 後 慢 慢 蔓 延 到 全 體；室 內 氣 體 溫 度 和 輻 射 溫 度 非 常 相 似，從 頂 到 底（ 天 花 板至地板）會有溫度及熱通量的梯度情形產生。 46.
(37) 2. 當 火 災 發 生 於 室 外 時（ 通 常 是 野 火 或 草 叢 火 災 ），窗 戶 的 上 下 部 分，暴 露 於 火 災 中 的 情 況 就 沒 有 太 大 的 差 別，加 熱 通 常 是 由 於 輻 射 而 產 生 的，氣 體 溫 度 也 會 和 周 遭 環 境 的 溫 度 差 不 多，因 為 火 焰 並 不 直 接 襲 擊 窗 戶，而 且 窗 戶 的 表 面 也 會 有 冷 空氣對流。 二、. 火災時玻璃破裂之理論 玻璃窗破裂的原因，除受到外力撞擊外，亦可能是溫度 或壓力的急劇變化所引起。火災中玻璃破裂現象，可以應力 變化予以解釋；在火場中玻璃可能會承受三種應力，包括第 一 種 應 力 之 內 應 力（ Internal stress），亦 即 玻 璃 本 身 具 有 之 缺 陷 （ 雜 質 晶 粒 ） 所 產 生 之 應 力 ， δ I； 第 二 種 應 力 之 外 應 力 （ External stress） ， 施 加 於 玻 璃 表 面 之 外 力 ， δ E ； 第 三 種 應 力 之 熱 應 力 （ Thermal stress） ， 即 玻 璃 與 其 外 框 受 熱 後 因 膨 脹 係 數 不 同 所 產 生 之 應 力，δ T H。因 此，玻 璃 所 承 受 之 總 應 力， δ S， 可 以 用 下 列 公 式 表 示 ： δ S＝ δ I＋ δ E＋ δ TH 上 式 中 ， 熱 應 力 與 玻 璃 溫 度 上 昇 率 （ ∆T/∆t； 上 昇 溫 度 除 以 時 間 差 ） ， 玻 璃 與 外 框 之 間 的 熱 膨 脹 係 數 差 （ α glass － α frame） ， 兩 者 乘 積 之 絕 對 值 呈 正 比 關 係 ， 如 下 列 公 式 所 示 ：. δ T H ∝⏐（ ∆T/∆t） （ α g l a s s － α f r a m e ） ⏐ 當 玻 璃 受 到 應 力 之 後，會 開 始 變 形，首 先 產 生 所 謂 之「 彈 性形變」或「應變」，其變形程度與所受到之應力呈線性的 正比關係，如下列公式所示： 47.
(38) δ ＝ E‧ ε 上 式 中 ， E 為 玻 璃 之 彈 性 模 數 （ 或 楊 氏 模 數 ； Young’s Module） ， 此 係 數 為 經 實 驗 求 得 之 常 數 ， 隨 不 同 玻 璃 材 質 而 異；ε為形變程度（即應變）。 若 以 玻 璃 內 部 形 成 之 熱 應 力 為 例 ， δ TH可 以 下 式 表 示 ： δ T H ＝ E（ α g l a s s ‧ ∆T） /2（ 1－ ν ） 其中，ν為波松比。 綜 上 可 知 玻 璃 受 熱 變 形 的 程 度 ε T H ＝（ α g l a s s‧∆T）/2（ 1 －ν），故溫度上昇值愈大，變形也愈大，其產生之熱應力 自然愈大。 另一方面，從外部應力來看，當玻璃受到外力愈大時， 它 的 變 形 愈 明 顯，但 不 是 無 限 制 變 形，當 經 歷 彈 性 形 變 之 後 ， 若外力仍持續增加的話，其變形將會由彈性形變轉為非彈性 形 變，然 後 達 到 最 大 值（ 即 極 限 應 力 或 應 變 ）。在 該 值 之 後 ， 玻璃不再均勻受力，部分受力較集中之處將加速應變，而形 成弱點之處，終而造成玻璃破壞。 從上述可知，玻璃受到之熱應力由溫度上昇引起之熱膨 脹產生，而外部應力是如何產生？根據國外研究，室內火災 中玻璃受到之外部應力主要是燃燒造成之室內氣體體積增加 所 產 生 之 壓 力 ， ∆P（ N/m 2 ） ， 可 以 下 式 表 示 ： ∆P＝ （ 0.3‧ R B ‧ ∆H C ‧ ∆t） / V＝ （ 0.3‧ Q F I R E ‧ ∆t） / V 上 式 中，R B 為 可 燃 物 之 燃 燒 率（ g/sec），∆H C 為 可 燃 物 之 燃 燒 熱 （ kJ/g）， ∆t為 燃 燒 時 間 （ sec）， V為 居 室 內 部 空 間 體 48.
(39) 積（ m 3 ）， Q F I R E 為 可 燃 物 燃 燒 之 熱 釋 放 率（ kJ/sec）。 由 於 燃 燒率、熱釋放率與居室燃燒環境（通風條件）、可燃物之配 置排列等因素有關，所以不同空間火災產生之壓力也有所不 同。 綜合以上分析，當玻璃所承受之總應力（假設內部應力 可 忽 略， 總 應 力 為 熱 膨 脹 應 力 加 上 火 災 居 室 內 壓 力 施 力 之 和 ） 大於或等於玻璃之抗彎強度（破裂極限應力）時，玻璃便發 生破裂。. 三、. 火災中玻璃破裂的實驗研究 Keski-Rahkonen（ 1998 年 ） 第 一 個 提 出 針 對 火 災 中 玻 璃 碎裂的深入理論研究；他指出暴露在表面的玻璃和受到邊緣 保護的玻璃的溫差在控制破裂上扮演著很重要角色，他預測 當 這 兩 者 的 溫 差 到 達 80℃ 時 ， 玻 璃 才 會 開 始 碎 裂 ； Paghi 和 Joshi 則 更 深 入 地 提 出 ， 還 有 更 多 的 熱 流 物 理 特 性 及 玻 璃 的 熱 性 質 需 要 列 入 考 量 ， 他 們 預 估 只 要 溫 差 達 到 58℃ ， 玻 璃 就 會 開始碎裂，而溫差大部分是因為假設玻璃不同的熱及機體上 的 特 質 而 產 生 ； Shelly 則 在 一 個 非 常 特 殊 的 小 型 火 災 測 試 室 內做了一連串的實驗，在他的實驗中，有一項特別發現，就 是窗戶從來不曾暴在重直的溫度梯度中，他提出一些玻璃的 掉落情形，但並沒有提供任何的指導原則或列表來協助估計 玻璃破裂的情形。 Mowrer（ 1998 年 ）則 提 供 了 最 新 的 研 究 ， 主 題 是 針 對 大 型及小型的試樣以及輻射板，來模擬戶外或荒野的暴露；最 49.
(40) 大 的 熱 流 ， 大 約 是 16kW/㎡ ， 足 夠 使 玻 璃 產 生 裂 痕 ， 但 不 會 整 塊 掉；單 強 度 的 玻 璃 的 裂 痕 產 大 概 是 4 到 5 kW/㎡，而 不 論 是 黑 或 亮 的 紗 窗 都 需 要 其 21%的 熱 流 量 才 能 裂 開 ， 然 後 在 單 強 化 玻 璃 片 中 大 約 有 33%的 輻 射 熱 會 穿 透 它 ； 這 項 發 現 可 以 用來預測建築物內部接受外部輻射熱而產生的熱源。 1987 年 加 拿 大 國 家 研 究 院 (NRCC)曾 經 做 過 一 項 計 畫，發 展撒水防火措施的嵌裝玻璃；其中，也有做少部分的非撒水 防 火 測 試 ， 將 6mm 厚 的 強 化 玻 璃 暴 露 在 模 擬 火 災 的 測 試 室 中，但是沒有裝置撒水設施；因為這種玻璃只有在商業大樓 中常見，結果並不是很顯注；但是強化玻璃因為在一開始就 會只有裂痕，但這種裂痕只會在溫度非常高的情形下才會發 生 ； 大 概 要 在 表 面 溫 度 達 到 290 - 380℃ 時 才 有 可 能 ， 而 沒 有 直 接 接 觸 到 火 的 溫 度 則 會 低 於 100℃ ； 除 非 整 間 房 間 全 部 燒 毀，否 則 通 常 這 樣 的 溫 度 不 會 發 生；在 後 來 1990 年 NRCC 的 研究中，發現嵌裝玻璃會有輻射熱效應，在這種情形下，不 明 厚 度 的 平 面 玻 璃 ， 表 面 溫 度 到 達 150 -. 175℃ ， 而 未 接 觸. 到 熱 源 的 一 側 到 達 75 - 150℃ 時 ， 就 會 產 生 破 裂 。 Shields（ 2001 年 ）進 行 許 多 的 室 內 火 災 測 試 ， 使 用 6mm 厚的浮式平板玻璃，其實驗結果顯示，第一個裂痕直到大部 分 的 玻 璃 的 溫 度 都 到 達 了 110℃ 時 才 會 產 生，其 熱 通 量 值 大 概 是 3kW/㎡ 。 文獻中對於火災中玻璃破裂時間的問題最早出現在 （ 1969 年 ） 俄 國 專 家 Roytman 的 研 究 中 ， 他 指 出 ， 空 內 氣 溫 到 達 300℃ 時 玻 璃 才 會 破 裂，但 是 這 項 研 究 的 結 論 並 不 是 很 明 50.
(41) 確。 Hassani, Shields 和 Silcock（ 1994 年 ）則 做 了 一 連 串 的 實 驗 ， 在 半 規 模 的 火 災 測 驗 室 中 使 用 0.9×1.6m 的 單 片 嵌 裝 玻 璃，並在室內及玻璃上行成了一個自然由上到下的溫度梯度 （ Temperature gradient） ； 當 4 或 6mm 厚 的 玻 璃 片 開 始 產 生 裂 痕 時，上 層 的 氣 體 溫 度 為 323 - 467℃，等 到 20 分 鐘 的 實 驗 結 束 時，氣 體 的 溫 度 到 達 約 500℃，但 是 在 六 次 實 驗 中 只 有 一 次有玻璃掉落的情形；當裂痕開始產生時，玻璃表面和遮蔽 部 分 （ 如 窗 框 ） 的 溫 差 大 概 是 125 - 146℃ ， 這 些 溫 度 是 非 垂 直溫度梯度理論所預測的二倍；然而他們的研究結論並沒有 提供當玻璃開始掉落時明確的室內火災溫度，但是可以知道 的 是 ， 一 定 比 431℃ （ 產 生 裂 痕 的 溫 度 ） 還 要 高 ， 而 約 比 450 ℃（實驗結束時）還低；綜合這些資料可以得到結論：在氣 溫 為 大 約 450℃ 的 室 內 ， 玻 璃 會 破 裂 的 機 率 約 有 六 分 之 一 。 Shields（ 2001 年 ） 隨 後 做 了 更 進 一 步 的 實 驗 ， 使 用 一 間 有 三 扇 6mm 厚 的 玻 璃 片 窗 戶 的 房 間 ， 當 表 面 溫 度 達 到 415-486℃ 時 ， 玻 璃 開 始 掉 落 ， 但 是 有 些 溫 度 是 在 278 - 615℃ 之 間 ， 是 需 要 大 概 有 35 kW/㎡ 的 熱 通 量 才 能 使 掉 落 發 生 ； 在 其 後 續 的 測 試 中 ， 可 以 發 現 玻 璃 掉 落 時 最 低 的 溫 度 是 447℃ 。 日 本 建 築 研 究 所 (BRI)1996 年 有 關 在 一 定 高 溫 中 玻 璃 狀 態的研究，提供唯一有關以或然率為主之實驗結果，其研究 使用一個實大尺度高溫門窗隙漏測試裝置（將試體前後包圍 的 爐 體 ） ， 研 究 對 象 為 單 一 嵌 裝 之 3mm 厚 玻 璃 窗 。 他 們 針 對 這種玻璃，做了許多的測試，所以可以求出或然率曲線圖， 51.
(42) 這些研究結果以玻璃破裂或然率表示，對應成超出周圍環境 溫 度 的 函 數，如 圖 4-1 所 示；以 高 斯 趨 合 曲 線 可 使 或 然 率 數 據 與 平 均 溫 昇 值 （ 340℃ ） 有 相 關 性 （ 標 準 差 為 50℃ ） 。 圖 4-1 玻 璃 遇 熱 破 裂 之 或 然 率 1999 年 英 國 災 損 預 防 協 會 （ LPC） 曾 研 究 對 多 層 建 築 物 正面牆面測試構架加熱之居室火災，以每片玻璃厚度皆為 6mm 的 雙 層 玻 璃 窗 為 測 試 對 象 。 使 用 發 熱 量 3MW 的 木 角 材 堆 火 災 中，發 現 溫 度 必 須 至 少 在 600℃ 以 上 維 持 8 到 10 分 鐘， 大部分玻璃才會開始掉落，以致產生火災通風口。然而，當 相同測試在完全裝潢的辦公室下進行，玻璃在火災開始 5 分 鐘 後 即 破 裂，在 此 測 試 中，玻 璃 在 大 約 600℃ 時 破 裂，但 是 溫 度 一 旦 到 達 600℃ 時 馬 上 破 裂 。 綜 合 以 上 發 現 ， 6mm 厚 的 雙 層 中 空 玻 璃 窗 在 溫 度 約 600℃ 會 破 裂，如 再 加 上 大 量 燃 料，玻 璃 在 溫 度 第 一 次 達 到 600℃ 時 即 破 裂 。 雙 層 (或 三 層 )玻 璃 窗 可 以 在 火 災 中 維 持 相 當 長 時 間 不 破 裂。窗戶玻璃的光譜射線吸收的特性，是在光譜中可見及近 紅外線部分的波長區域中有高度的穿透性；在此區域外，玻 璃幾乎不透光。因此，以雙層窗戶而言，透過第一層窗戶的 輻射線只會透過第二層窗戶也不會吸收的光譜區域，因此當 第一層窗戶溫度正提升時無法估計第二層窗戶的溫度，表示 第二層窗戶在火災時短時間內不會破裂，或者在火災持續久 一 點 的 時 間 後 才 會 破 裂 ， 實 驗 結 果 皆 證 實 這 些 推 論 。 Shields, Silcock and Hassani（ 1997 年 ） 提 出 火 災 時 兩 種 尺 寸 的 雙 層 窗 戶 ， 厚 度 為 6mm。 當 火 災 達 到 最 高 溫 750℃ 時 ， 玻 璃 不 會 掉 52.
(43) 落，但在火勢較小區域，在三次試驗中有一次，較大尺寸窗 戶 (0.8×1.0m)當 溫 度 降 為 500℃ 時 ， 內 層 玻 璃 在 21 分 時 會 破 裂。玻 璃 絕 不 會 從 外 層 先 破 裂，也 不 會 由 較 小 的 窗 戶 (0.8×0.5m) 先破，在另外兩個試驗中玻璃也不會破裂。另外又以一面牆 上 有 12 扇 1.5×1.5 的 雙 層 中 空 玻 璃 的 房 間 來 測 試 ， 測 試 結 果 十 分 簡 短，當 氣 體 溫 度 到 達 350℃ 時，玻 璃 會 全 部 掉 落；但 其 他窗戶在什麼溫度下會掉落並不清楚。 就 暴 露 在 輻 射 熱 下 來 說 ， 1994 年 Cohen and Wilson 之 研 究報告有一連串模擬戶外火災的實驗結果，以小面積 (0.61×0.61m) 及 大 面 積 (0.91×1.5m) 單 層 及 雙 層 玻 璃 進 行 實 驗，也相同用強化玻璃及雙層玻璃窗兩者做實驗。小的窗戶 在 最 低 熱 流 9.3kW/㎡ 時 ， 所 有 窗 戶 碎 裂 但 玻 璃 不 會 掉 落 ， 即 使 在 最 高 溫 氣 流 為 17.7kW/㎡ 時 玻 璃 也 不 會 掉 落；就 尺 寸 較 大 的 玻 璃 窗 ， 在 熱 通 量 為 16.2 - 50.3kW/㎡ 間 ， 三 個 實 驗 樣 本 中 至 少 有 一 個 會 掉 落。相 反 的，較 大 的 鋼 化 玻 璃 在 到 達 29.2kW/ ㎡時也不會破裂；他們也以雙層中空窗戶做相同試驗，顯示 雙層中空窗戶可以達到更佳的表現。在實驗較大尺寸的雙層 中 空 窗 戶 (無 鋼 化 )中 ， 他 們 發 現 氣 流 必 須 在 20 - 30kW/㎡ 間 ， 兩片玻璃才會都掉下來。 Harada 等 人（ 2000 年 ）也 曾 將 3mm 厚 的 浮 法 平 板 玻 璃 (試 體 尺 寸 0.5×0.5m)置 於 測 試 爐 不 同 的 溫 度 熱 流 下 ， 低 於 8kW/ ㎡，無 明 顯 窗 戶 掉 落，但 在 9kW/㎡ 時，有 些 樣 本 會 有 8 到 24% 的 部 分 會 掉 落 ， 邊 緣 限 制 並 不 影 響 此 結 果 。 在 1990 年 NRCC 的研究報告中另可得到更多有關資料，包括熱強化及鋼化玻 53.
(44) 璃 (無 特 定 厚 度 )在 43kW/㎡ 光 時 不 會 破 裂，接 下 來 的 熱 流 使 表 面 溫 度 為 350℃ ， 沒 有 暴 露 出 的 一 面 為 300℃ ， 在 無 法 決 定 破 裂 及 掉 落 的 正 確 點 時 ， 此 結 果 拉 大 Cohen 提 出 的 不 會 破 裂 的 資 料 點 ， 由 29.2 - 43kW/㎡ 。 現有出版的研究報案主要都著重在薄玻璃的退火或鋼化 碳酸鈉玻璃，但還有很多其他種類玻璃可以研究。許多使用 在 商 業 大 樓 的 厚 平 板 玻 璃 ， 6mm 厚 的 在 暴 露 在 輻 射 熱 流 23kW/㎡ 下 超 過 長 一 點 時 間 (7 分 鐘 )就 會 粉 碎 ； 此 外 無 其 他 相 關資料。汽車用玻璃也還未經有系統化的方式研究過，最後 是各式各樣的防火玻璃，其中歷史最久的是鋼絲網玻璃。現 今有很多已經申請專利的防火玻璃都不是鋼絲網玻璃，通常 都是多層結構內層包含一些聚合物，正常來說，有關持續時 間的實驗室報告內容中皆會提到防火玻璃，認為這種玻璃除 非它掉下來，否則不會有通風氣流。 四、 窗框之影響 窗 戶 玻 璃 的 掉 落 也 因 窗 框 材 質 不 同 而 不 同，Mowrer（ 1998 年）研究發現聚乙烯系塑膠窗框的窗戶，窗框在大部分玻璃 掉 落 之 前 就 掉 落 了 (例 如 整 體 窗 組 件 掉 落 )，實 驗 顯 示 聚 乙 烯 系 塑 膠 窗 框 在 輻 射 熱 通 量 8 – 16 kW/ ㎡ 間 會 掉 落 。 相 較 下 ， McArthur 研 究 發 現 鋁 合 金 窗 框 的 嵌 裝 玻 璃 比 在 傳 統 木 框 之 嵌 裝玻璃更能維持較長的時間。 中 國 大 陸 有 關 研 究 （ 1998 年 ） 顯 示 窗 玻 璃 （ 嵌 裝 玻 璃 ） 之框遮邊寬度增加時，玻璃破裂所需時間會減短，亦即更容 易破裂。邊緣區內部熱應力玻璃曝火受熱區與框遮邊區之間 54.
(45) 的溫度差大小，該溫度差一旦到達破裂應力的溫度差，玻璃 隨時會破裂。因此增加框遮邊寬度意味著從玻璃曝火受熱區 傳熱至框遮邊區之距離增加，因此將導致溫度差增大。 五、. 小結 理論上玻璃第一次破裂的發生雖可預測，但與火災通風 條件並無直接相關，經過以上分析得知，事實上，實在很難 預估在真正火災中，玻璃何時會破裂到一定程度使得玻璃掉 落。俄 羅 斯 建 議 300℃ 為 較 低 的 合 理 範 圍，BRI 研 究 報 告 指 出 3mm 厚 窗 戶 玻 璃 約 在 340 ℃ 會 破 裂 ， 更 厚 一 點 的 玻 璃 ， 4 6mm，破 裂 的 平 均 溫 度 大 約 在 450℃，雖 然 較 薄 與 較 厚 玻 璃 實 際 上 的 差 距 似 乎 比 推 測 的 大 。 使 用 厚 度 6mm 的 雙 層 玻 璃 ， 會 在 約 600℃ 時 破 裂，強 化 玻 璃 在 居 室 尚 未 閃 燃 前，較 不 可 能 破 裂。 就 發 生 在 屋 外 的 火 災 而 言 ， 在 熱 通 量 9kW/㎡ 下 ， 一 些 普 通 玻 璃 會 掉 落 ， 但 還 不 如 到 達 35kW/㎡ 時 高 ， 雙 層 窗 戶 可 在 25kW/㎡ 下 大 致 持 續 不 掉 落，鋼 化 玻 璃 在 某 些 狀 況 下，也 可 承 受 43kW/㎡ 的 熱 通 量 。 窗戶尺寸、窗框種類、玻璃厚度、玻璃缺陷及垂直溫度 梯度，這些因素皆會影響玻璃的掉落，因為氣爆導致過度施 壓也是造成掉落的重要因素。然而正常火災的確會有壓力的 變化而可能影響玻璃窗的掉落。這些因素皆須加以研究以變 為有用、量化的參考資料。. 55.
(46) 第二節 一、. 金屬安裝構材. 構架材 玻 璃 及 金 屬 帷 幕 牆 之 構 架 材，簡 單 有 直 料（ 或 立 柱；Mullion）. 及 橫 料 （ Transom） 之 區 分 ， 一 般 金 屬 材 質 多 使 用 鋼 材 或 鋁 合 金 。 依 據 英 國 災 損 預 防 協 會（ LPC）之 研 究，鋼 及 鋁 的 對 火 特 性 摘 要 如 表 4-1 及 表 4-2 所 示 。 表 4-1 帷 幕 牆 鋼材之防 火 性 質 防. 火. 性. 質. 在 超 過 300℃ 時 會 開 始 失 去 強 度，在 500 到 550℃ 之 受火行為反應. 間 時 會 失 去 一 半 強 度 ， 再 升 溫 至 1400℃ 時 會 熔 化 。 受熱會膨脹而導致彎曲。 沒 有 承 重 要 求 的 嵌 板 在 火 中 可 維 持 較 久，只 要 謹 慎. 耐 火 性. 選 擇 金 屬 厚 度 和 特 定 的 設 計 細 節 (如 熱 槽 及 方 盒 型 斷 面 設 計 )。初 期 耐 火 完 整 性 破 壞 出 現 在 未 拘 制 的 邊 緣。鋼 的 熱 傳 導 性 很 高。大 部 分 設 計 都 不 具 隔 熱 性。. 火焰延燒. 不可燃. 表 4-2 帷 幕 牆 鋁材之防 火 性 質 防. 火. 性. 質. 超 過 200℃ 時 會 喪 失 50﹪ 的 強 度 ， 超 過 350℃ 時 會 受火行為反應. 完 全 喪 失 強 度 ， 在 550 到 660℃ 之 間 會 熔 化 滴 流 。 受熱會擴張導致彎曲。 沒 有 承 重 要 求 的 嵌 板 在 火 中 可 維 持 較 久，只 要 謹 慎 選 擇 金 屬 厚 度 和 特 定 的 設 計 細 節 (如 熱 槽 及 冷 卻 斷. 耐 火 性. 面 設 計 )。 初 期 耐 火 完 整 性 失 敗 缺 點 是 因 為 其 強 度 喪 失 及 熔 化 溫 度 低 所 致 。 鋁 的 熱 傳 導 力 很 高 (鋁 的 熱 傳 導 力 比 鋼 高 出 五 倍 )。大 多 數 設 計 不 具 隔 熱 性 。. 56.
(47) 火焰延燒. 會 融 化 並 滴 下 (掉 落 )。 會 將 熱 度 (熱 金 屬 )轉 移 到 其 他地方而造成火勢蔓延。. 關 於 鋁 合 金 構 架 材 之 防 火 性 能 ， LPC 曾 進 行 過 許 多 次 實 大 尺 寸 火 災 實 驗 ， 起 火 居 室 在 24 分 鐘 達 到 900℃ 高 溫 時 ， 鋁 框 架 燒 失 造成帷幕牆窗框組及層窗間牆板掉落，依據實際測量立柱與橫料 斷 面 溫 度 結 果，其 破 壞 時 候 之 溫 度 為 700℃。經 過 嚴 重 火 燒 之 後 ， 帷幕牆鋁窗框會呈現熔斷、扭曲、燒失（變薄）情景，尤其在火 焰 噴 出 位 置 留 下 尖 銳 狀 殘 斷 立 柱（ 如 圖 4-2），這 是 因 為 火 災 從 室 內加熱，所以鋁柱斷面從內側向外側逐漸熔化。鋁柱受到火熱而. 尚未熔化之前的變形過程，可概略分為兩階段；初期火災時立柱. 向內彎曲，內縮約 5 ㎜，此乃立柱斷面之厚度方向之溫度梯度所 致 ， 此 可 稱 為 「 自 由 弓 屈 （ Free bowing） 」 ， 常 可 在 一 些 建 材 牆 57.
(48) 板 之 防 火 測 試 時 觀 察 到 相 似 情 形 ；第 二 階 段 約 在 10 分 鐘 之 後 ，變 形行為會有突然改變情況，即變形位移明顯由內反而向外彎曲， 位 移 量 可 達 25 ㎜ ，此 乃 立 柱 斷 面 之 溫 度 梯 度 漸 漸 消 失 ，且 鋁 材 強 度性質減弱引起斷面重心移動所致。上述實驗中帷幕牆鋁窗框火 燒情形，與真實火災情形極相似，此可從國內發生之汐止東方科 學 園 區 大 樓 火 災 見 證 （ 如 圖 4-3） 。 圖 4-3 東 方 科 學 園 區 大 樓 火 災 帷 幕 牆 鋁 窗 框 火 燒 情 形 二、. 安裝用金屬件 用於將帷幕牆固定於結構體（樓板）金屬件之，有預埋鐵件、 連結扣件、調整鐵件等，其構材亦有鋼材或鋁合金。通常基於 帷幕牆自重承載之設計考慮，結構體鐵件、預埋鐵件等一次或 二次繫件以使用鋼板為主，而連結扣件、調整鐵件等則可以使 用鋼板或高強度鋁合金製品。從火災實驗及實際火災案例中觀 察所見，鋼製安裝金屬件比起鋁製品更能在高溫下維持支撐構 架之功能。關於鋁合金”L”型繫件之防火性能，LPC 亦進行過多 次實大尺寸火災實驗，結果顯示這些繫件在自重承載及熱膨脹 之雙重作用下有顯著變形，且容易造成”拉穿”破壞 （”Pull-through” failure）（如圖 4-4）。實驗在進行 20 分鐘時 繫件溫度約達到 500℃，此時帷幕牆面發生第一次輕微滑動， 此乃鋁製繫件受熱軟化，又受帷幕牆重力牽引所致。當實驗進 行至 28 分鐘時，繫件溫度約達到 650℃，即出現上述破壞現象。 上述也提及鋁合金”L”型繫件若是由兩塊鋁板焊接而成者，應注 意焊接線是否完好確實，當然最好是使用一體成型之鋁繫件。. 58.
(49) 圖 4-4 鋁合金”L”角型繫件”拉穿”破壞情景. 59.
(50) 第三節 其他類構材 英 國 LPC 曾 進 行 過 一 系 列 之 非 玻 璃 帷 幕 牆 耐 火 試 驗 ， 試 驗 之 層窗間板構法及材料之組合，包括以下四種： (1) 鋁 板 （ 2mm） /聚 苯 乙 烯 發 泡 材 （ 20mm） /鋁 板 （ 2mm） (2) 鋼 板 （ 3mm） /聚 苯 乙 烯 發 泡 材 （ 18mm） /鋼 板 （ 3mm） (3) 鋁 板 （ 2mm） /酚 醛 樹 脂 發 泡 材 （ 20mm） /鋁 板 （ 2mm） (4) 花 崗 岩 板 （ 20mm） 依據耐火試驗結果，僅將各個材料或組合之防火性能及使用建 議闡述如下： 一、. 金屬絕緣板 實驗中金屬絕緣板顯現出漸進式破壞；通常金屬嵌板完 好留置在試體上，也沒有發生破裂，但是在嵌板周圍會產生 一些開孔，此乃表面金屬位移、變形、絕緣材脫落及嵌板邊 緣施工不良所致，這些開孔會讓內側火焰噴出。通常嵌板周 圍 （ 含 框 架 ） 經 過 20 – 30 分 鐘 耐 火 試 驗 之 火 燒 後 ， 即 會 整 塊 單元嵌板掉落。. 二、. 鋼板與鋁板之比較 一般人皆預期鋼板比鋁板會有相對較好的性能表現，此 乃因為鋼板有較低之熱傳導率及較高熔點溫度之故。一般使 用之嵌板，其邊緣少有變化，內襯有可燃性絕緣材，且整塊 固定於框架之內（並非貼附於樓板版塊上）。在耐火爐上加 熱試驗，兩種嵌板均破壞得相當快；而彼此相比的話，不論 是 ”隱 蔽 性 延 燒 ”（ 火 焰 在 面 板 內 側 延 燒 後 從 正 面 竄 出 ） 或 者 ” 激 變 性 破 壞 ”（ 嵌 板 掉 落 ） ， 鋼 板 組 件 破 壞 均 在 鋁 板 組 件 之 60.
(51) 前，且鋼板正面溫度也較高。此或許是內襯絕緣材較薄，且 接著在絕緣發泡材燒失後兩片金屬面板間隔較小之故。較高 溫 度 之 鋼 板 組 件 也 連 帶 使 連 接 用 ”L”角 型 繫 件 之 位 移 變 大 。 另外從比較樓板版塊以上之嵌板（曝火加熱區上方之嵌 板）來看，鋼板組件表現比鋁板組件優異，此或許是因為鋼 材之較低熱傳導性所致。 三、. 酚醛樹脂與聚苯乙烯發泡材之比較 此 兩 種 材 料 之 比 較 相 當 清 楚 ， 在 試 驗 15 分 鐘 時 ， 酚 醛 樹 脂 發 泡 板 之 非 曝 火 面 達 70℃，而 聚 苯 乙 烯 發 泡 材 則 為 230℃ ， 或者另一方面，酚醛樹脂發泡板之非曝火面升溫至臨界溫度 （ 350℃ ） 比 聚 苯 乙 烯 發 泡 材 晚 上 6 分 鐘 時 間 。 此 乃 酚 醛 樹 脂 是 熱 固 性（ Thermosetting）材 料，遇 熱 時 會 熱 分 解 且 殘 留 下 碳 渣，因留在原位置，所以繼續提供某些程度絕緣性。聚苯乙 烯 發 泡 材 則 為 熱 塑 性（ Thermoplastic）材 料，遇 熱 時 會 熔 化 、 滴落，絕緣材燃燒殆盡。使用酚醛樹脂發泡材，雖可防止第 一階段之火災延燒（由內燒穿），但卻無法改變激變性破壞 的時間。. 四、. 花崗岩板 在試驗過程中花崗岩板表現最佳，可維持至激變性破壞 時 間 （ 36 分 鐘 ） 為 止 。 表 面 雖 有 些 微 裂 隙 ， 但 並 無 持 續 性 火 焰噴出。. 61.
(52) 第五章 帷幕牆防火技術之分析比較 第一節 防火外牆（層窗間牆板） 帷幕牆屬外牆構造之一，其防火性能依建築技術規則建築設 計 施 工 編 第 70 條 ， 規 定 建 築 物 各 部 位 所 需 的 防 火 時 效 。帷 幕 牆 若 屬於非承重牆，防火帶以內部分為 1 小時時效，防火帶以外部分 為 30 分 鐘 時 效。 但 以 上 規 定 不 適 用 於 帷 幕 牆 中 的 開 口 部， 亦 即 有 玻璃或框部分，換言之，無開口帷幕牆或帶玻璃窗帷幕牆之層窗 間牆部分，則應為具備法定合格防火性能之防火構造。在建築技 術 規 則 建 築 設 計 施 工 編 第 73 條，規 定「 一 小 時 防 火 時 效 」之 牆 壁 ， 而 在 第 74 條 ， 則 另 規 定「 半 小 時 防 火 時 效 」之 非 承 重 牆 ， 從 今 日 台灣高層建築之設計、用材及構法技術來看，上述建築技術規則 所列出之構材構造，實不敷實際使用，從某方面而言，似顯有些 不合時宜且與實務脫節。因此，國內建築物帷幕牆設計施工單位 長期以來並不採用照建築技術規則所列出之構材構造。 雖 有 上 述 情 況，建 築 技 術 規 則 建 築 設 計 施 工 編 第 73、74 條 中， 皆規定可採用「其他經中央主管建築機關認為具有同等以上之防 火性能者」，依此款規定及「建築新技術、新工法、新設備及新 材料審核認可要點」，各式帷幕牆理應先經防火測試，再經審查 通過並領有審核認可通知書之後，始可使用在國內建築物上，但 是至今僅有一項外牆構造是領有審核認可通知書，而其他絕大多 數帷幕牆製造廠家並無。在這樣環境下，國內帷幕牆大樓使用具 有法定合格防火性能之帷幕牆者，可說少之又少。這也難怪台北 縣汐止市「東方科學園區大樓火災」在火勢竄燒出帷幕牆之後， 即一發不可收拾。 62.
(53) 國內帷幕牆防火安全性能堪虞原因，除上述以外，在實際執 行面尚有若干不足之處，包括以下幾點： (1) 建 築 技 術 規 則 雖 有 規 定 （ 如 上 述 ） ， 但 建 築 師 鮮 少 會 指 定 帷 幕 牆 防 火 時 效 要 求，建 築 執 照 圖 說 審 查 時 亦 未 嚴 格 要 求。 (2) 建 築 設 計 時 既 無 嚴 格 要 求 ， 竣 工 後 檢 查 、 使 用 後 公 共 安 全 檢查亦未查驗帷幕牆之施工是否有防火工法。 (3) 在 我 國 國 家 標 準 中 並 無 適 用 之 帷 幕 牆 防 火 試 驗 法 標 準 ， 在 現行防火材料審核認可制度作業中亦無「帷幕牆」項目。 但 若 須 使 用 暫 時 試 驗 方 法 ， 建 議 可 以 CNS 12514【 建 築 構 造部分耐火試驗法】為標準。 為防止火災藉由噴出之火焰向上延燒，最簡單的設計方法，如 前節所述，就是規定每層樓之樓板延伸外突或設置屋簷，以防 下方火焰席捲上來；又或者限制外牆開口大小，換言之，也是 限制上、下層樓窗戶之間的高度距離，亦即層窗間牆高度。各 國相關規定如下所示： (1) 我 國 建 築 技 術 規 則 建 築 設 計 施 工 編 第 78 條 明 訂 「 防 火 樓 板 應 突 出 外 牆 面 50 cm 以 上 ， 但 與 其 交 接 處 之 外 牆 有 高 度 90 cm 以 上 為 防 火 構 造 得 免 突 出 。 」 (2) 日 本 建 築 基 準 法 施 行 令 第 112 條 第 10 項 明 訂 「 防 火 樓 板 應 突 出 外 牆 面 50 cm 以 上 ， 但 與 其 交 接 處 之 外 牆 有 高 度 90 cm 以 上 為 防 火 構 造 得 免 突 出 。 」 (3) 美 國 Uniform Building Code-1997 第 709.3.2.3 小 節 明 訂「 如 果 外 牆 的 開 口 是 在 底 下 一 層 樓 之 開 口 之 上 的 側 面 5 英 呎 ( 1524 mm )範 圍 之 內 ， 這 些 開 口 必 須 要 使 用 合 格 的 火 焰 屏 障（ Flame barrier）保 護 ， 而 且 火 焰 屏 障 必 須 要 在 地 板. 63.
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