建築外牆板及帷幕牆層間交接構造防火性能驗證之研究

牆

板

及

帷

幕

牆

層

間

交

接

構

造

防

火

性

能

驗

證

之

研

究

內

政

部

建

築

研

究

所

協

同

研

究

報

告

₍

107

年

度

₎

建築外牆板及帷幕牆層間交接構造

防火性能驗證之研究

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國 107 年 10 月

10715B0002

建築外牆板及帷幕牆層間交接構造

防火性能驗證之研究

研究主持人：王榮進

協同主持人：林大惠

研究員：雷明遠 蘇鴻奇 胡幃傑 陳俊貴

研究助理：黃俊諭 張劭謙

研究期程：中華民國107年2月至12月

研究經費：新臺幣1369500元

內政部建築研究所協同研究報告

中華民國107年10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 ... V

摘要 ...XV

第一章 緒論 ... 1

第 一 節

研 究 緣 起 與 背 景

………... 1

第 二 節

研 究 目 的

……… 2

第 三 節

研 究 目 標 與 成 效

………... 2

第二章 研究方法與進度說明 ... 5

第 一 節

本 研 究 採 用 之 方 法

………... 5

第 二 節

計 畫 時 程 與 進 度 說 明

……….. 7

第三章 文獻回顧 ... 11

第 一 節

外 牆 工 法 與 帷 幕 牆 系 統 種 類

……… 11

第 二 節

層 間 塞 工 法

………. 29

第 三 節

火

延 燒 現 象

析

………. 33

第 四 節

帷 幕 牆 層 間 交 接 構 造 試 驗 標 準

…… 53

第 五 節

外 牆 或 帷 幕 牆 防 火 阻 熱 性 能

析

… 58

第四章 帷幕牆與層間塞系統防火試驗 ... 83

第 一 節

試 體 試 驗

……….. 83

第 二 節

防 火 試 驗 屋 修 酸 與 改 裝

………….. 110

第 三 節

不 同 試 體 的 試 驗 情 況

析

……….. 114

第 四 節

第 二 次 試 體 試 驗

………...120

II

第 五 節

酹 環 試 驗 設 備 規 劃

………...122

第五章 外牆裝飾板延燒試驗 ... 127

第 一 節

外 牆 飾 板 設 計 工 法 與 材 料

析

…. 127

第 二 節

耐

性 試 驗

………147

第 三 節 延 燒 試 驗

……… 173

第六章 結論與建議 ... 195

第 一 節

結 論

……….…195

第 二 節

建 議

……….…196

附錄一 ... 199

附錄二 ... 201

附錄三 ... 203

附錄四 ... 207

附錄五 ... 209

附錄六 ... 215

附錄七 ... 217

參考書目 ... 239

III

表次

表 2-1 研 究 進 度 表 ... 9

表 3-1 牆 面 裝 修 工 程 與 類 型 ... 12

表 3-2 國 際 能 源 署 之 外 牆 用 語 ... 16

表 3-3 帷 幕 牆 之 性 能

類 ... 22

表 3-4 帷 幕 牆 之 特 性 ... 23

表 3-5 帷 幕 牆 依 材 料

類 ... 23

表 3-6 帷 幕 牆 依 框 架

類 ... 24

表 3-7 帷 幕 牆 系 統 構 法

類 ... 25

表 3-8 玻 璃 帷 幕 牆 構 法 ... 27

表 3-9 帷 幕 牆 系 統 優 缺 點 之 比 較 ... 28

表 3-10 帷 幕 牆 相 關 防 火 時 效 規 定 整 理 ... 36

表 3-11 火

發 展 各 階 段 歷 程 基 本 特 性 ... 38

表 3-12 火

外 牆 噴 屒 火 焰 溫 度

佈 ... 41

表 3-13

..

ASTM E2307-15b 試 驗 通 過 標 準 ... 54

表 3-14

..

BS EN 1364 之 SWOT

析 ... 55

表 3-15

..

ASTM E2307-15b 之 SWOT

析 ... 56

表 3-16 ..

NFPA 285 ASTM E2307-15b 與 BS EN 1364

之 比 較

析 ... 57

表 3-17

燒 器 流 量 ... 63

IV

表 3-19 試 驗 歷 程 表 (觀 察 室 ) ... 65

表 4-1

燒 器 流 量 ... 99

表 4-2 試 驗 歷 程 表 (室 外 觀 測 ) ... 100

表 4-3 試 驗 歷 程 表 (觀 察 室 ) ... 100

表 4-4 建 築 技 術 規 則 防 火 時 效 相 關 範 圍 內 容 .... 114

表 5-1 各 試 體 組 件 列 表 ... 146

表 5-2 試 體 各 材 料 耐

性 質 ... 146

表 5-3 裝 修 材 性 質 表 ... 147

表 5-4 耐

性 試 驗 試 體 規 格 表 ... 148

表 5-5 CNS14705-1 所 規 範 之 耐

級 數 加 熱 時 間 149

表 5-6 EPS

PS 和 XPS 耐

試 驗 試 驗 歷 程 ... 150

表 5-7 EPS

PS 和 XPS 熱 釋 放 率 ... 150

表 5-8 EPS

PS 和 XPS 質 量 損 失 率 ... 151

表 5-9 PU 試 體 試 驗 歷 程 ... 163

表 5-10

. .

PU 試 體 熱 釋 放 率 ... 163

表 5-11

. .

PU 質 量 損 失 率 ... 164

表 5-12 耐

試 驗 結 果 ... 172

表 5-13 延 燒 試 驗 參 數 表 ... 175

V

圖次

圖 2-1 研 究 流 程 圖 ... 8

圖 3-1 承 重 牆 與 非 承 重 牆 概 述 ... 11

圖 3-2 雙 重 壁 系 統 概 念 圖 ... 13

圖 3-3 雙 層 壁 基 本 性 能 構 成 圖 ... 13

圖 3-4 通 氣 層 工 法 與 密 著 工 法 ... 14

圖 3-5 整 合 式 節 能 外 牆 組 成 之 示 意 圖 ... 15

圖 3-6 IEA 的 先 進 整 合 式 外 牆

類 階 層 圖 ... 18

圖 3-7 岩 岩 棉 隔 熱 材 和 鄍 粒 輕 隔 間 幕 牆 板 所 構 成 的

外 牆

... 19

圖 3-8 外 牆 外 保 溫 系 統 構 造 組 成 ... 20

圖 3-9 安 裝 層 間 塞 對 火 焰 延 燒 路 徑 之 影 響 ... 29

圖 3-10 岔 使 用 支 撐 柱 而 弓 起 層 間 塞 ... 30

圖 3-11 層 間 塞 材 料 內 部 纖 維 排 列 方 向 ... 31

圖 3-12 安 裝 完 畢 之 層 間 塞 剖 面 圖 ... 32

圖 3-13 層 間 塞 表 面 隔 煙 系 統 ... 32

圖 3-14 東 方

學

區 大 樓 火

後 帷 幕 牆 鋁 構 架 殘 景

... 33

圖 3-15 金 像 電 子 公 司 中 壢 廠 大 火 情 景 ... 34

圖 3-16

..

2016 年 杜 拜 阿 德 理 斯 飯 店 大 火 ... 35

圖 3-17 火

成 長 歷 程 示 意 圖 ... 37

VI

圖 3-18 火

延 燒 路 徑 類 型 ... 39

圖 3-19 火 勢 延 燒 路 徑 示 意 圖 ... 40

圖 3-20 岩 橫 長 窗 噴 屒 火 焰 之 等 溫 線 圖 ... 41

圖 3-21 鋁 帷 幕 牆 各 構 件 破 壞 與 火

歷 程 之 關 係 ... 42

圖 3-22 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 ... 43

圖 3-23 試 體 正 立 與 背 立 面 圖 ... 44

圖 3-24 全 尺 寸 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 ... 45

圖 3-25 各 種 開 口 組 合 及 橫 向 火 焰 噴 屒 實 驗 照 片 ... 45

圖 3-26 ..

EPS 延 燒 試 驗 ... 47

圖 3-27 實 尺 寸 EPS 外 牆 延 燒 試 驗 ... 48

圖 3-28 ..

XPS 試 體 延 燒 試 驗 設 置 ... 49

圖 3-29

..

XPS 受 帷 幕 牆 影 響 延 燒 試 驗 設 置 ... 50

圖 3-30 不 同 外 牆 與 帷 幕 牆 間 距 XPS 試 體 向 下 延 燒 之

火 焰 ... 51

圖 3-31 ..

XPS 試 體 在 具 有 孔 隙 時 的 向 上 延 燒 試 驗 設 置

... 52

圖 3-32

..

XPS 在 35%孔 隙 百

比 時 向 上 延 燒 ... 52

圖 3-33

..

BS EN1364 與 ASTM E2307-15b 加 熱 時 間 曲

線 比 較 ... 55

VII

圖 3-36

..

A 廠 商 帷 幕 牆 設 計 圖 (平 剖 圖 ) ... 60

圖 3-37

..

A 廠 商 帷 幕 牆 與 層 間 塞 設 計 圖 ... 60

圖 3-38

..

106 年 度 計 畫 案 之 試 體 外 觀 ... 61

圖 3-39 ..

106 年 度 計 畫 案 試 體 試 驗 屋 1F 試 驗 室 之 防

護 ... 62

圖 3-40 ..

106 年 度 計 畫 案 試 體 試 驗 屋 2F 觀 察 室 之 防

護 ... 62

圖 3-41 現 場 岄 置 圖 ... 66

圖 3-42 窗 戶

燒 器 火 焰 正 視 圖 ... 67

圖 3-43 窗 戶

燒 器 火 焰 側 視 圖 ... 67

圖 3-44 玻 璃 碎 片 掉 落 於 窗 戶

燒 器 屒 火 口 ... 68

圖 3-45 熱 像 儀 影 像 ... 70

圖 3-46 帷 幕 牆 外 表 面 各 點 溫 度 變 化 ... 71

圖 3-47 測 試 室 內 部 溫 度 變 化 ... 72

圖 3-48 帷 幕 牆 外 表 面 與 校 正 牆 外 表 面 規 定 溫 度 誤 差

變 化 ... 72

圖 3-49 測 試 室 內 溫 度 誤 差 變 化 ... 73

圖 3-50 測 試 室 內 1 小 時 溫 度 變 化 ... 73

圖 3-51 測 試 室 內 部 氣 壓 變 化 ... 74

圖 3-52 層 間 塞 非 曝 火 面 的 阻 煙 膠 引

現 象 ... 75

圖 3-53 層 間 塞 非 曝 火 面 的 阻 煙 膠 引

現 象 ... 75

VIII

圖 3-54 層 間 塞 非 曝 火 面 阻 煙 膠 燒 焦 ... 76

圖 3-55 帷 幕 牆 的 鍍 鋅 鋼 板 脫 落 ... 76

圖 3-56 帷 幕 牆 的 鍍 鋅 鋼 板 脫 落 ... 77

圖 3-57 層 間 塞 背 火 面 熱 電 偶 岄 置 ... 78

圖 3-58 層 間 塞 非 曝 火 面 的 溫 度 變 化 ... 79

圖 3-59 帷 幕 牆 外 表 面 火 焰 延 燒 限 制 範 圍 ... 81

圖 3-60 帷 幕 牆 外 表 面 窗 戶 以 上 3.05 公 尺 溫 度

岄

... 81

圖 3-61 觀 察 室 內 帷 幕 牆 非 曝 火 面 溫 度 變 化 ... 82

圖 4-1 ASTM E2307-15b 帷 幕 牆 試 體 設 計 ... 84

圖 4-2 國 外 試 驗 現 場 ... 84

圖 4-3 安 裝 試 體 框 架 至 防 火 試 驗 屋 ... 85

圖 4-4 試 體 設 計 圖 (正 視 圖 ) ... 86

圖 4-5 試 體 設 計 圖 (側 視 圖 ) ... 87

圖 4-6 將 骨 架 固 定 在 試 體 框 架 上 ... 88

圖 4-7 鍍 鋅 鋼 板 安 裝 ... 89

圖 4-8 強 化 玻 璃 安 裝 ... 90

圖 4-9 測 試 室 內 部 窗 戶 開 口 上 方 使 用 岩 棉 進 行 保 護

... 91

圖 4-10 觀 察 室 外 牆 內 表 面 使 用 岩 棉 進 行 保 護 ， 並 在

層 間 塞 上 方 施 加 阻 煙 膠 ... 92

圖 4-11 測 試 室 上 方 熱 電 偶 配 置 ... 93

IX

圖 4-13 層 間 塞 底 部 熱 電 偶 位 置 ... 95

圖 4-14 層 間 塞 背 火 面 熱 電 偶 位 置 ... 96

圖 4-15 層 間 塞 背 火 面 熱 電 偶 位 置 ... 96

圖 4-16 帷 幕 牆 面 熱 電 偶 岄 置 ... 97

圖 4-17 觀 察 室 內 帷 幕 牆 內 表 面 熱 電 偶 岄 置 ... 98

圖 4-18 帷 幕 牆 試 體 外 觀 ... 101

圖 4-19 窗 戶

燒 器 火 焰 ... 101

圖 4-20 窗 戶

燒 器 火 焰 側 視 圖 ... 102

圖 4-21 實 驗 歷 程 熱 像 儀 影 像 ... 103

圖 4-22 帷 幕 牆 外 表 面 各 點 溫 度 變 化 ... 104

圖 4-23 測 驗 室 內 部 溫 度 變 化 ... 105

圖 4-24 帷 幕 牆 外 表 面 與 校 正 牆 外 表 面 規 定 溫 度 溫 差

變 化 ... 105

圖 4-25 測 試 室 內 2 小 時 溫 度 誤 差 變 化 ... 106

圖 4-26 層 間 塞 背 火 面 熱 電 偶 位 置 ... 107

圖 4-27 層 間 塞 非 曝 火 面 的 溫 度 變 化 ... 108

圖 4-28 帷 幕 牆 外 表 面 窗 戶 以 上 3.05 公 尺 溫 度

岄

... 109

圖 4-29 觀 察 室 內 帷 幕 牆 非 曝 火 面 溫 度 變 化 ... 109

圖 4-30 岔 整 修 前 試 驗 屋 外 觀 ... 110

圖 4-31 測 試 室 的 天 花 板 鋪 棉 損 壞 ... 111

X

圖 4-32 樓 板

除 過 程 ... 111

圖 4-33 測 試 室 內 部 修 護 (一 ) ... 112

圖 4-34 測 試 室 內 部 修 護 (二 ) ... 113

圖 4-35 測 試 室 內 部 修 護 (三 ) ... 114

圖 4-36 帷 幕 牆 與 層 間 交 接 構 造 相 關 防 火 時 效 規 範 示

意 圖 ... 115

圖 4-37 ..

106 年 計 畫 案 校 正 試 驗 之 示 意 圖 ... 116

圖 4-38

..

106 年 計 畫 案 進 行 之 試 體 試 驗 示 意 圖 ... 117

圖 4-39 本 研 究 進 行 之 試 體 試 驗 示 意 圖 ... 118

圖 4-40 局 部 設 計 判 定 方 式 ... 119

圖 4-41 整 體 設 計 判 定 方 式 ... 120

圖 4-42 第 二 次 試 體 試 驗 設 計 圖 (正 視 圖 ) ... 121

圖 4-43 第 二 次 試 體 試 驗 設 計 圖 (側 視 圖 ) ... 122

圖 4-44 國 外 酹 環 試 驗 設 備 (一 ) ... 124

圖 4-45 國 外 酹 環 試 驗 設 備 (二 ) ... 124

圖 4-46 酹 環 試 驗 設 備 規 劃 示 意 圖 ... 125

圖 5-1 試 體 A 設 計 圖 (一 ) ... 128

圖 5-2 試 體 A 設 計 圖 (二 ) ... 129

圖 5-3 試 體 A 設 計 圖 (三 ) ... 130

圖 5-4 試 體 A 設 計 圖 (四 ) ... 131

圖 5-5 試 體 B 之 設 計 圖 (一 ) ... 133

圖 5-6 試 體 B 之 設 計 圖 (二 ) ... 133

XI

圖 5-8 試 體 B 之 設 計 圖 (四 ) ... 135

圖 5-9 試 體 B 之 設 計 圖 (五 ) ... 136

圖 5-10 試 體 B 之 設 計 圖 (六 ) ... 136

圖 5-11 試 體 C 之 設 計 圖 ... 138

圖 5-12 試 體 D 之 設 計 圖 (一 ) ... 139

圖 5-13 試 體 E 設 計 圖 (一 ) ... 140

圖 5-14 試 體 E 設 計 圖 (二 ) ... 141

圖 5-15 試 體 E 設 計 圖 (三 ) ... 142

圖 5-16 試 體 F 設 計 圖 (一 ) ... 145

圖 5-17 ..

EPS 試 驗 歷 程 圖 ... 152

圖 5-18 試 驗 前 之 EPS ... 152

圖 5-19 ..

EPS 試 驗 後 之 EPS ... 153

圖 5-20 試 驗 前 之 PS ... 153

圖 5-21 試 驗 後 之 EPS ... 154

圖 5-22 試 驗 前 之 XPS ... 154

圖 5-23 試 驗 後 之 XPS ... 155

圖 5-24 ..

EPS

PS 和 XPS 熱 釋 放 率 與 時 間 之 關 係

... 157

圖 5-25

..

EPS

PS 和 XPS 質 量 與 時 間 關 係 ... 158

圖 5-26 ..

EPS

PS 和 XPS 平 均 熱 釋 放 率 ... 159

圖 5-27 ..

EPS

PS 和 XPS 平 均 質 量 損 失 率 ... 160

XII

圖 5-28 ..

EPS

PS 和 XPS 點

與 熄 滅 時 間 ... 161

圖 5-29

..

PU 試 體 熱 釋 放 率 與 時 間 關 係 ... 164

圖 5-30

..

PU 試 體 質 量 與 時 間 關 係 ... 165

圖 5-31

..

PU 試 體 平 均 熱 釋 放 率 ... 166

圖 5-32 ..

PU 試 體 平 均 質 量 損 失 率 ... 167

圖 5-33 ..

PU 試 體 點

與 熄 滅 時 間 ... 168

圖 5-34 試 驗 前 之 PU1 試 體 ... 168

圖 5-35 試 驗 後 之 PU1 試 體 ... 169

圖 5-36 試 驗 前 之 PU2 試 題 ... 169

圖 5-37 試 驗 後 之 PU2 試 體 (1) ... 170

圖 5-38 試 驗 後 之 PU2 試 體 (2) ... 170

圖 5-39 試 驗 前 之 PU3 試 體 ... 171

圖 5-40 試 驗 後 之 PU3 試 體 (1) ... 171

圖 5-41 試 驗 後 之 PU3 試 體 (2) ... 172

圖 5-42

..

CNS152131建 築 物 外 牆 立 面 防 火 試 驗 法

-中 尺 度 試 驗 設 備 ... 173

圖 5-43 延 燒 試 驗 設 備 示 意 圖 ... 174

圖 5-44 延 燒 試 驗 設 備 ... 174

圖 5-45 延 燒 試 驗 使 用 之 平 方 火

燒 器 ... 175

圖 5-46 無 背 板 EPS-18K 在 50kW 引

條 件 下 試 驗 歷

程 ... 176

XIII

歷 程 ... 177

圖 5-48 無 背 板 EPS-18K 單 點 引

試 驗 歷 程 ... 178

圖 5-49 無 背 板 EPS-18K 單 點 引

試 驗 熱 像 儀 影 像

... 179

圖 5-50 有 背 板 EPS-18K 單 點 引

試 驗 歷 程 ... 180

圖 5-51 有 背 板 EPS 單 點 引

熱 像 儀 影 像 ... 181

圖 5-52 無 背 板 EPS-18K 線 性 引

試 驗 歷 程 ... 182

圖 5-53 無 背 板 EPS-18K 線 性 引

熱 像 儀 影 像 ... 183

圖 5-54 有 背 板 PS-18K 線 性 引

試 驗 歷 程 ... 184

圖 5-55 有 背 板 EPS-18K 線 性 引

試 驗 熱 像 儀 影 像

... 185

圖 5-56 無 背 板 PS 單 點 引

試 驗 歷 程 ... 186

圖 5-57 無 背 板 PS 單 點 引

熱 像 儀 影 像 ... 187

圖 5-58 有 背 板 PS 單 點 引

試 驗 歷 程 ... 188

圖 5-59 有 背 板 PS 單 點 引

熱 像 儀 影 像 ... 189

圖 5-60 無 背 板 PS 線 性 引

試 驗 歷 程 ... 190

圖 5-61 無 背 板 PS 線 性 引

熱 像 儀 影 像 ... 191

圖 5-62 有 背 板 PS 線 性 引

試 驗 歷 程 ... 192

圖 5-63 有 背 板 PS 線 性 引

熱 像 儀 影 像 ... 193

XV

摘要

關鍵崉：外牆板 帷幕牆 層間塞 延燒 防火安全 ASTM試驗標準

一 研究緣起

現 許多高樓層建築物的營建技術如：各 設計(輕量化 模組化等) 材料 外觀以及工法技術均相當多元；以帷幕牆為外部構造的建築物也相當多，其中帷 幕牆設計的材料選擇以及層間塞的施工結合方式，會明顯影響建築物在火 發生 時，是否能夠有效將火勢控制在起火層，藉此減少人員與生命財產的損失 因此 建築法規便有其相關的防火時效規定，如：建築技術規則設計施工編第79-3條規 定，外牆為帷幕牆者，其牆面與樓地板交接處之構造應具有與樓地板同等以上防 火時效，換言之，使用於羳處之帷幕牆構造須具有1小時以上防火時效 此類法 規的重要性亦可岩一些建築物火 的實例可知，如國內的東方 學 區大樓火 台北岃東帝士大樓火 ；國外近期則有2017年的夏威夷36層混合式大樓Marco

Polo火 英國倫敦Grenfell Tower大火等，均明顯指屒高樓層建築物發生火 時，若無法將火勢控制在起火層，一但帷幕牆或層間塞發生破壞，火焰便會向上 延燒至其他樓層 此現象會造成嚴重的人員傷亡與財產損失 因此帷幕牆層間構 造的材料 設計工法與施工設計，均對火勢的控制有很大的影響性

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塞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酸防火試驗屋，使其符合ASTM E2307-15b的 規範，之後再進行 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

XVI 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塞構造之防火性能標 準測試方法與資料庫 在建築外牆板部 ，本研究預計蒐集岃面上應用之外牆工 法以及相關外牆火 之文獻，對外牆板的防火性能進行 析，並且規劃試驗，探 討相關防止延燒的設計方法

三 重要發現

1. 帷幕牆層間交接構造防火性能試驗： 本年度試體試驗的結果與 106 年度的試體試驗結果進行比較，106 年的試體 試驗帷幕牆牆體使用的骨架為鋁材，本年度進行之帷幕牆試體樑帶位置骨架為鋼 材，使用鋁材之帷幕牆試體在樑帶部位的鋁受到高溫熔解後，樑帶位置的鍍鋅鋼 板發生了脫落情形，造成了層間塞直接曝火防火性能失效，本年度進行之試體試 驗，直到試驗時間 2 小時結束，帷幕牆牆體骨架與鍍鋅鋼板 能維持支撐能力 但層間塞非曝火面溫度在 40 鐘有一溫度量測點超過了溫度上限，推測是施工 不良造成溫度提早超過上限 岩於兩次試驗使用的層間塞工法相似，在試驗過程， 若帷幕牆牆體能夠維持支撐效果，鍍鋅鋼板不脫落，則層間塞的防火性與阻熱性 有機會達到一小時以上的防火時效 2. 帷幕牆層間交接構造防火與阻熱性能評定方式： 日後的試驗評定可建議進行兩種設計工法之判定，第一種為局部設計之判 定，主要在樑帶區域依照廠商帷幕牆與層間塞的層間交接構造設計，其他部位則 是以防火耐 材料阻隔，進行防火性能測試 此種測試法只判定樑帶區域的防火 與阻熱時效性 第二種為整體試判定方式，目前 進行的實尺寸試驗 為整體判 定，除了ASTM E2307-15b規範之層間塞的遮焰與溫度判定，也能以NFPA 285輔 助觀測外牆延燒情形與量測外牆曝火面與背火面溫度變化 3. 外牆飾板材料防火性能研究： 本研究以 CNS14705-1 錐量熱儀試驗法進行了五種不同的聚苯乙烯材料

XVII

(EPS XPS PS)與四種不同聚胺脂(PU)的耐 性試驗，其中 EPS XPS 和 PS 試 體 無法通過耐 3 級測試，一種 PU 試體通過耐 1 級測試，一種 PU 試體通 過耐 3 級測試 中尺度延燒試驗選用了 EPS-18K PS 與兩種不同的 PU 材料，目前 經進 行了 EPS 與 PS 兩種試體的延燒試驗；試驗結果發現，不同的引 火源與背板效 性會影響試體的延燒型態，如 EPS-18K 在 燒火焰的試驗條件，並沒有發生火 焰垂直延燒的現象，但在單點火源與線性火源引 的條件，則是可以觀察到火焰 垂直延燒的現象 此外，EPS-18K 在各試驗條件下，均會發生熔解並向下滴落 燒的現象 PS 試體在單點火源與線性火源引 的條件，可觀察到垂直延燒的速 度會比 EPS-18K 幢，但在延燒過程所產生的火 會比 EPS-18K 大

四 主要建議事

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 經具有 ASTM E2307-15b 試驗法的 試驗屋與 燒器，並能依據測試結果判定層間塞是否具有建築法規所要求的防火 與阻熱性 但酹環試驗機構尚岔完全建置，建議後續可增添羳設備之功能 此外， 國外另有 NFPA 285 試驗法來判定外牆的防火 阻熱與延燒性能 目前也將 ASTM E2307-15b 試驗屋的樑帶空間位置特別設計一個連接構件，當安裝此連接構件便 可依照 NFPA 285 試驗法來測試外牆的防火 阻熱與延燒性能試驗 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

XVIII 協辦機關：帷幕牆協會 防火材料協會 岩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，並無法完整確保達到建築法規要求的防火與阻熱時效性，原因為各 構件的材料 施工與接合部保護措施均會影響帷幕牆與層間塞的防火與阻熱性能 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 此ASTM E2307-15b試驗法 能夠驗證各帷幕牆與層間塞結合工法的防火與阻熱性能

XIX

ABSTRACT

Keyword： Exterior Wall Panel, Curtain Wall, Perimeter Fire Containment Joint, Flame spread, Fire Safety, ASTM E2307 Fire Test Standard

Curtain walls are widely used in high rise building design. If the flame penetrates the perimeter fire containment joint, it will lead to loss of human life and properties. ASTM E2307-15b is a fire test method to test fire resistance of the perimeter fire containment joint. 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 this rearch, we have conducted ASTM E2307-15b fire test. It was found that the perimeter fire containment joint can not reach the one-hour fire resistance. Compared with the ASTM E2307-15b test conducted last year, the positions of the window burner and window opening were different. When we build the fire test standard in Taiwan, these two test results should be refered to. In the future, we will interact with other manufactures to plan ASTM E2307-15b fire test for further researches.

In the fire resistance of exterior wall panel part, we have conducted the cone calorimeter test of two specimens EPS and PU. The test results showed that only PU can reach the fire resistance classificaiton 3. In the future we will interact with other manufactures for further researches.

1

第一章 緒論

第一節研究緣起與背景

現有建築物外牆大多是以水泥 磚造 鋼筋混泥土 木材與帷幕牆…等為主； 結構類別又可 為單一壁面與雙重壁面 在營建技術朝向輕量化 模組化的發展 中，以幃幕牆為外圍構造，或是建築外牆翻修的裝飾材等相關設計與施工技術則 不斷的發展與改進 但岩一些建築物火 實際案例可發現，不論是單一壁面或雙 重壁面，若羳建築物的設計工法不佳或使用錯誤的材料，便會使得羳棟建築物在 火 過程，無法有效控制火勢，一但發生火焰向上延燒現象，便會造成產產與生 命嚴重損失 如國內的東方 學 區大樓火 台北岃東帝士大樓火 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 美國芝加哥LaSalle

Bank 大廈火 夏威夷36層混合式大樓Marco Polo火 英國倫敦Grenfell Tower

大火…等實際案例，均有嚴重的財產損失與人員傷亡

有 於火 延燒現象的嚴重性，便有許多研究著重於基礎火 延燒現象 樓

板 和 牆 面 銜 接 之 層 間 塞 的 施 工 設 計 ， 更 甚 至 有 相 關 的 標 準 試 驗 規 範 ， 如

ASTME2307-15b NFPA285 BS EN 1364 UL2079…等[1-5] 岩於先前國內的 CNS試驗標準並無明確規定帷幕牆的耐火與延燒試驗標準，也岔有層間塞的防火 與阻熱試驗規範[6-9]；但於104年度建研所研究計畫先行比較各國際試驗標準 [9]，其中以ASTM E2307-15b[1]的試驗標準較能觀察到建築外牆 帷幕牆結構的 變形 脫落等現象，並同時觀察層間塞在試驗過程是否有產生變形 縫隙 燒… 等 此外，在試驗過程的煙流變化也能夠一併觀察 105年度建研所計畫先將 ASTM E2307-15b[1]的試驗標準，研擬屒CNS試驗標準的草案，羳標準草案於106 年度 經審查完畢，預計岔來會公告執行 羳試驗標準的相關設備，建研所於105年度與106年度的研究計畫[10,11]，依 據ASTM E2307-15b[1]與NFPA 285[2]建置 外牆與層間縫隙耐火試驗設備 ，羳

2 設備 經完成相關校正試驗，並進行國內第一次的帷幕牆與層間塞防火阻熱性能 試驗 此設備能作為國內常用之建築外牆 外牆裝飾材料 帷幕牆或各式層間塞 材料

第二節 研究目的

目前建研所防火試驗中心 依據ASTM E2307-15b[1]與NFPA 285[2]建置 外 牆與層間縫隙耐火試驗設備 並於106年度建研所研究計畫[11]，執行國內第一 次帷幕牆與層間塞防火與組熱性能試驗 此外，ASTM E2307-15b[1]試驗標準 納入CNS試驗標準草案亦審查完畢，於岔來會有CNS相關的測試方式與評定標 準 岩於目前國內依據ASTM E2307-15b[1]測試標準的研究案例尚岔完善，因此 本研究以測試建築外牆裝修系統 帷幕牆與層間塞設計工法為目標；藉此提升相 關業者開發具防火與阻熱性能之產品，以及建立相關試驗成果資料庫，其中下列 四點為研究重點： (1) 帷幕牆表面延燒特性以及層間交接構造的防火時效探討 (2) 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交 接構造(牆面與樓板交接處構造)之防火性能評定認可基準 (3) 擬透過各國可 性外牆飾板火 之相關文獻收集， 析可 性外牆飾板的火 特性，探討相關的防止延燒設計手法 (4) 配合現行法規提屒帷幕牆層間交接構造及外牆飾板使用限制與建議，岔來可 供設計者及相關主管機關制定法規之參考

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交接構造(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 多以羳組成材料的防火時效作為判斷依據，而帷幕牆

3 與建築物整合之後的遮煙性能亦無法判定 有 於此，本研究以國外ASTM E2307-15b的試驗標準[1]，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[1]納入國內相 關的CNS試驗標準 目前本所 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，下層為測驗室 在 106 年度建研所計畫 帷幕牆層間縫隙構 造防火性能及設計構法之研究 [11]， 經完成了校正試驗並進行了一次試體試 驗，本年度計劃案預計先完成試驗屋之修改以及維護，著重探討帷幕牆層間交接 構造在不同材料與施工構法上的防火時效差異性，將試驗結果納入後續相關法規 與試驗標準的判定參考依據 建築外牆板部 預計蒐集國內外常見之外牆飾材工 法進行 析，並且規劃試驗探討外牆板之防火性能 本計畫預計有以下成效： 1. 完成外牆與層間交接構造耐火試驗設備的操作手冊 2. 提屒具有防火時效性之設計工法 3. 研提增修建築技術規則有關帷幕牆層間交接構造(牆面與樓板交接處構造)及 外牆飾板之防火性能規定建議 4. 協助建築防火材料評定機構建立帷幕牆層間交接構造(牆面與樓板交接處構 造)之防火性能有關評定認可基準

5

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 析

本研究計畫將依照計畫之研究議題，蒐集包含國內外建築外牆板 帷幕牆以 及層間塞之整合設計工法 測試案例以及相關文獻資料，並藉岩106年度建研所 研究計畫 [11]於帷幕牆與層間塞防火阻熱性能之相關研究成果進行比較 析與 歸納整理；作為本研究計畫在實驗設計規劃階段之基礎參考 希望藉岩收集文獻 的 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，提屒應修正及增 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 期岕簡報來說明研究計 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探討，不同建築外牆板 帷幕牆的耐火性與延 燒試驗以及帷幕牆層間縫隙構造防火性能測試 目前建築研究所防火實驗中心 具有ASTM E2307-15b試驗標準[1]的測試 設備，測試標準的校正牆試驗以及溫度曲線均 完成；並另有完成國內第一次帷 幕牆與層間交接構造的防火與阻熱性能試驗 岩於國內僅有這一次的相關測試結 果，羳結果也顯示層間塞尚岔達到60 鐘以上的防火時效；因此本年度研究會藉 岩第一次試驗的經驗，探討各種材料的性質與接合工法之外，亦會額外測試其他 不同設計工法的建築外牆板 帷幕牆與層間塞，藉此瞭解岃面上廠商所採用的設

6 計工法是否具有防火與阻熱性能

研究採用方法之原因

ASTM E2307-15b試驗標準[1]能夠測試建築外牆或帷幕牆的結構變形 延 燒 脫落等現象，亦能測試層間縫隙阻火材在測試過程是否有產生變形 縫隙 燒…等現象；此外在試驗過程還能同時觀察煙流情況 此ASTM E2307-15b[1] 試驗標準 納入中華民國國家標準(CNS)草案審查完畢，相關主要設備於建築研 究所防火試驗中心 完成建置；並於106年度建研所研究計畫執行國內第一次的 帷幕牆與層間縫隙構造的防火與阻熱性能試驗[11] 羳試驗結果清楚顯示帷幕牆 的結構破壞過程，煙流變化以及層間縫隙阻火材失效的情況 有 於ASTM E2307-15b[1]試驗標準在岔來會納入中華民國國家標準(CNS)，因此本研究預計 析國內常用之發生火焰延燒時所產生的各種結構變化現象，以及層間縫隙阻火 材的防火與阻熱性能

研究過程中可能遭遇之困難

目前建築研究所防火試驗中心，將ASTM E2307-15b試驗標準[[1]的相關設備 建制完畢，但是相關設備與試驗屋的使用壽命與維護概況仍須注意 於106年度 建研所研究計畫共進行9次的校正牆試驗以及一次的帷幕牆實體試驗[11] 在校 正牆試驗的過程發現，羳校正牆每進行一次試驗之後，便需要進行修補的動作， 若進行3次的校正牆試驗，羳校正牆則需要進行大面積的相關耗材醷換，因此羳 校正牆的使用壽命仍須觀察注意 此外，試驗屋的內部相關隔熱裝潢，也開始有 脫落的情形，於層間隙縫處的樓地板也開始有少量的龜 現象 因此相關設備與 試驗屋必須要有維護廠商進行按時維護 本研究會再進行建築外牆 帷幕牆以及層間縫隙阻火材的防火與阻熱性能試 驗，但現行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，僅針對岃面

7 上最常用的設計工法進行試驗

第二節 計畫時程與進度說明

在內政部建研所 106 年計畫案[11]中， 經完成了試體試驗之建置，在本年 度計畫中，預計蒐集相關帷幕牆與層間交接構造與建築外牆相關工法文獻，並且 規劃兩次帷幕牆與層間交接構造防火性能試驗，在第一次試驗完成後進行防火試 驗屋之修改與維護，針對試驗結果進行討論，並且規劃第二次試驗與建築外牆板 防火性能試驗 圖 2-1 表 2-1 和為本研究自 107 年 2 月 27 日至 12 月 31 日之 時程規劃

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圖 2-1 研究流程圖

9

表 2-1 研究進度表

月 工作 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 ■ ■ 收集外牆板與 層間構造工法 的防火性能試 驗資料 ■ ■ ■ 帷幕牆與層間 構造的防火性 能試驗一 ■ ■ ■ ASTM E2307 試驗設備整修 與改建 ■ ■ ■ 期中審查 ■ ■ 帷幕牆與層間 構造的防火性 能試驗二 ■ ■ ■ ■ □ 試驗數據整理 ■ ■ □ 期岕審查 ■ □ 研究成果提屒 ■ □ □ 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 5 ﹪ 10﹪ 20﹪ 30﹪ 40﹪ 50﹪ 60﹪ 70﹪ 80﹪ 90﹪ 100﹪ 說明： 工作 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 預定研究進度百 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 ，統計求得本案之總 ，再將各月份工作 目之累積得 (與之前各月加總) 除以總 ，即為各月份之預定進度 技 計 畫 請 註 明 查 核 點 ， 作 為 每 一 季 所 預 定 完 成 工 作 目 之 查 核 依 據

(本研究製作)

11

第三章 文獻回顧

第一節 外牆工法與帷幕牆系統種類

1.外牆工法

隨著建築技術的發展與應用材料轉變，不同設計工法與材料的選擇會直接影 響到建築物的使用年限，其中建築物的外牆是直接影響 住環境品質與安全的重 要因素 建築物依外牆 的構造型式可 為承重與非承重牆[12, 13]，如圖 3-1所 示 (1) 承重牆：主要是承受本身重量及本身受地震 風力之外，還有承載及傳導其 他外壓力與載重之牆壁 外圍承重牆主要大多是以鋼筋混凝土所建造，而外牆表 會再以飾面材料裝修施工，目前是國內建築物使用最廣泛的建築外牆構造方式 (2) 非承重牆：除承載本身重量及所受之地震力 風力外，不再承載或傳導其他 載重之牆壁 此類牆體以砌磚或其他方式施工，例如空心磚 玻璃帷幕牆等

圖 3-1 承重牆與非承重牆概述

(資料來源：王琇雄，外牆吊掛石材空縫設計之研究

國立成功大學

建築研究所碩士論文，2013 年 )

12 建築外牆的構法可 為：乾式外牆構法與濕式外牆構法[14-16] (1)乾式外牆構法：主要是整體建築結構系統與外牆系統是以繫件所連結，可應 用於鋼骨或混凝土構造 依安裝於結構體的方式可 為骨架式與嵌板式兩種 外 牆材料的種類可 為金屬 玻璃帷幕牆系統 複合式系統 預鑄混凝土板帷幕牆 (PC版)等 (2)濕式外牆構法：為在施工現場配合泥水工程澆灌混凝土之構法，主要是外牆 與整體建築結構為一體澆置完成，主要用於鋼筋混凝土構造 其外牆面裝修工法 包含粉刷類 塗裝類 貼面類等 建築外牆的裝修材料與工法： 岩於外牆構法可 為乾式與濕式兩種構法，而外牆的裝修類型可依據材料種類的 不同再加以 類，如表 3-1所示

表 3-1 牆面裝修工程與類型

(本研究製作)

於歐 美 日等國家，在建築外牆技術的發展過程，雙重壁構法均發展多年， 但此類設計工法於國內較少使用(如圖 3-2所示) 雙重壁外牆主要能夠提昇外牆 的隔熱性 防水性 耐久性 隔音性與防止結霧…等，並依照多層設計的原則， 別以內牆體 內牆表面層 隔熱層 支持層 支持層固定系統 外牆材 外牆 材固定系統所構成之牆面系統，圖 3-3所示 雙重壁外牆依據形式可 為透氣

13 型 通風型以及密閉空氣層型，而外層材料另可區 為鋁金屬板 耐候性鋼板 GRC板 ALC板 鄍質板 磁磚複合板 石材複合板 玻璃…等[17]

圖 3-2 雙重壁系統概念圖

(資料來源：顧宗沛，以雙重壁原理探討外牆改修構法

國立成功大

學建築研究所碩士論文，2004 年 )

圖 3-3 雙層壁基本性能構成圖

(資料來源：顧宗沛，以雙重壁原理探討外牆改修構法

國立成功大

學建築研究所碩士論文，2004 年 )

雙重壁外牆若以外斷熱的隔熱改修工法，可 為通氣層工法與密著工法，其 設計主要是在外牆材與既有牆體之間設置空氣層或裝置隔熱材，如圖 3-4 所示

14

圖 3-4 通氣層工法與密著工法

(資料來源：顧宗沛，以雙重壁原理探討外牆改修構法

國立成功大

學建築研究所碩士論文，2004 年 )

國內建築外牆雖然較少發展雙重壁構法技術，但為了提高建築物外殼相關的 節能特性，主要是另外發展各種有機或無機的隔熱材料應用於建築物外牆的裝修

系統 例如，發泡聚苯乙烯 Expanded Poly-Styrene；簡稱為 EPS 的隔熱板具

有輕量 經濟 耐水性 緩衝性佳與施工容易等優點， 有相關應用的研究成果 [18] 若將 EPS 應用於建築物外牆的裝修材料，其 EPS 材料之熱傳導係數約為 0.033 至 0.035 W/mK，遠低於一般磁磚之熱傳導係數約為 1.3 W/mK 或其他外牆 之飾材及隔熱材，在一般常見之隔熱材料當中又以 EPS 材料之熱傳導係數為最 低，故 EPS 材料屬優秀之隔熱材料 此外，當外牆裝修材剝落時，會具有公共 安全危險的機率產生，然而 EPS 材料具有重量輕的特點，若以二丁掛尺寸之 EPS 材料，岩 50 公尺高處掉落所產生的動能為 1.668 kg×m2/s2，並不會對人體造成 傷害，而磁磚約在 7 公尺高處掉落所產生之動能為 20.992 kg×m2/s2，這會對人 體造成傷害 因此 EPS 材料能夠大幅提升外牆飾材之安全效益，但羳 EPS 材料 是否能夠通過建築相關的防火時效要求，則需要進一步的試驗

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2.外牆應用

根據內政部建研所研究報告 建築物節能外牆之應用研究 [19]，國內外現 有節能相關規範的整合式節能外牆，延伸整合複式帷幕(DSF) 環境感應式立面 (RBE)或太陽光電(PV)等主動節能之創新型外牆設計，可整理歸納屒外牆組成如 圖 3-5： 整合式外牆 的組成， 牆+ 開口部 + 遮陽 + PV 板 或 牆+ 牆(雙層牆 DSF) 其中， 牆 = 主牆材料 + 面磚或空氣層等 (剖面 )； 開口部 = 窗框 + 玻璃；

圖 3-5 整合式節能外牆組成之示意圖

(資料來源：陳嘉懿，鄭泰昇

潘晨安 馬瑜嬪 黃紹筑

陳思吟，

建築物節能外牆之應用研究，內政部建築研究所委託研究報告 2015

年 )

表 3-2 列屒國際能源署 IEA 建築與社區節能 ECBCS 執委會 2004-2011 年推動方案中，集結全球十七國，對於外牆類型與構件整合所採用之用語 另外

IEA 整合了比 時建築研究學會[BBRI, (2002)]及美國 USA [Perino, M(2005)]的外 牆立面型式 類法，如圖 3-6，說明了先進整合式立面及各類型外牆立面構件之

16

17

18

圖 3-6 IEA 的先進整合式外牆 類階層圖

(資料來源：陳嘉懿，鄭泰昇

潘晨安 馬瑜嬪 黃紹筑 陳思吟，

建築物節能外牆之應用研究，內政部建築研究所委託研究報告 2015

年 )

在牆體構造及材料的部 ，根據內政部建研所研究報告 建築物節能外牆之 應用研究 [19]，在節能外牆的技術中，節能需增加隔熱性能與降低日射吸熱， 擁有良好隔熱層的鋁金屬帷幕牆因為熱傳透率低，常被使用在外牆施作上，另外 輕量化的玻璃與金屬外殼，只要加強中間空氣層及隔熱處理，也能成為優良的外 牆外殼 下列為兩種節能外牆構材構造的參考範例，如圖 3-7 與 3-8 所示

19

圖 3-7 岩岩棉隔熱材和鄍粒輕隔間幕牆板所構成的外牆

(資料來源：陳嘉懿，鄭泰昇

潘晨安 馬瑜嬪 黃紹筑 陳思吟，

建築物節能外牆之應用研究 內政部建築研究所委託研究報告，2015

年 )

外牆外保溫及防水裝飾系統 EIFS：根據國際建築規範 ASTM 定義，外牆外

保溫系統(Exterior Insulation and Finish System，EIFS 是一種非承重的外牆覆蓋

系統，岩美國能源部支持橡樹嶺國家實驗室進行研究， 證實相對於磚塊 灰泥 及水泥纖維壁板，EIFS 是控制熱和濕度 表現最好的覆層 其構造包含： (1)防水層 Water-resistive barrier / WRB ：覆蓋襯底 (2)平面排水：在 WRB 與絕緣板之間，常用黏合劑塗在 WRB 上的垂直帶 (3)絕緣板：通常岩發泡聚苯乙烯 EPS ，羳固定用粘合劑或機構在基底 (4)玻璃纖維：增強網埋置在底塗層 (5)水底性塗層：施加在絕緣的頂部以用作耐候阻隔 (6)表面塗層：常使用不退色和抗 丙烯酸共聚物技術

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圖 3-8 外牆外保溫系統構造組成

(資料來源：陳嘉懿，鄭泰昇

潘晨安 馬瑜嬪

黃紹筑 陳思吟，

建築物節能外牆之應用研究 內政部建築研究所委託研究報告，2015

年 )

在內政部建研所研究報告 建築物節能外牆之應用研究 [19]中，提供了數 種建築外牆實例，我們整理屒幾個案例使用的外牆材料以及羳材料的耐 等級： (1) 宜蘭地政大樓： 雙層牆，保溫隔熱性佳的 ALC 板(耐 一級)，木絲水泥板(耐 二級) (2) 台積電中 十五場： RC(耐 一級)+輕量節能板系統+外掛植生網 遮陽鋁板(耐 一級) 鋁板帷 幕系統(耐 一級) 玻璃帷幕牆(耐 一級) 屋頂太陽能板 (3) GSW Headquarters： 雙層牆沖孔鋁板遮陽(耐 一級) (4) 德國 Expo-Tower：外牆設計

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隔熱構造(保溫層 鋁百葉 節能玻璃)(耐 一級)遮陽構造(太陽能板)

3.帷幕牆系統種類

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[20]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 用 節能效益等方面，進行評估 有助於， 提屒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 [21]針對帷幕牆探討其性能 設計 製造 施工及檢查等要 陳宗熙 [22]等人研究整理屒帷幕牆之性能 類，如表 3-3 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 3-4[23]所列屒幾點特性 帷幕牆的種類可依材料 造型 框架 構造 功能 表面處理等 類，羴述 如下： (1) 依材料種類，可 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 3-5 所示 (2) 依框架 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 3-6 所示 (3) 帷幕牆構造 類：帷幕牆依其構法與組立的型式，大致可 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 3-7[22]中為五大帷幕 牆構造系統之特性

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表 3-3 帷幕牆之性能 類

性能類別 性能 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. 性能值依正負交醷面內之剪 斷變形試驗求得，通常以前 1 之性能值為代表，視實 際需要並列前 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 m2_K/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

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，2001 年 )

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表 3-4 帷幕牆之特性

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 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，2005 年 )

表 3-5 帷幕牆依材料 類

依材料 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 鄍琅板

(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 技大學防

技研究所碩士在職專班學位論文，2011 年 )

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表 3-6 帷幕牆依框架 類

依框架 類 顯框式 (OBVIOUSLY FRAME CW) 平式 凸式 屑式 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 技大學防

技研究所碩士在職專班學位論文，2011 年 )

而在薛丞堯[24]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 兩類：點支承與線支承構法，其構法如表 3-8 所示 岩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，藉岩參考陳宗熙[22]與薛丞堯[24]等人之研究，整理各系統之 優缺點，如表 3-9 所述

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表 3-7 帷幕牆系統構法 類

系統構法 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. 此種工法岩於在工地上 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 內習幣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. 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 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

26 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岩多小 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. 岩於安裝之程序簡單，大部 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

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，2001 年 )

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表 3-8 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，藉岩填縫劑黏著 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 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，2002 年 )

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表 3-9 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 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 於工廠完成  直 框 與 單 元 相 接 部 ，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 )

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第二節 層間塞工法

層間塞(Perimeter fire barrier / Perimeter joint system)的用處在於防止火焰以

及熱氣從樓板與外牆間的空隙進入屋內 如果沒有層間塞的設置，大樓中樓板的

邊緣將會在火 發生時成為煙囪的構造，讓火焰得以垂直延燒至各樓層

圖 3-9 安裝層間塞對火焰延燒路徑之影響

(資料來源：Owens Corning, Steel Stud Perimeter Fire Containment

System -ASTM E2307, Technical Bulletin, 2016)

據 Internatioal Firestop Council, Thermafiber Inc., 及 James Shiver[25-27]等整

理，一般關於層間塞的設計主要有六個基本的準則： 1. 使用支撐柱(Backer bar)在周圍做加固：在裝置層間塞時，材料會以 25-50%的 壓縮比裝配在樓板以及牆面之間 受到擠壓的材料會因此弓起，產生空隙讓火焰 以及熱氣得以穿透 為了固定材料的形狀防止其弓起產生空隙，並維持這區域的 密合性以及封閉性，材料旁須裝置支撐柱(backer bar) 支撐柱的形狀一般可使用 角鋼 T 型鋼…等，材料一般則為 20-gauge 鍍鋅鋼 圖 3-10 為岔使用支撐住而 弓起的層間塞

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圖 3-10 岔使用支撐柱而弓起層間塞

(資料來源：Thermafiber, Inc., Perimeter Fire Containment in

Multi-Story Buildings, 2009)

2. 使用礦物綿(Mineral wool)做阻隔：礦物綿的耐熱程度高達攝氏 1100oC，是相 當普遍的層間塞材料 3. 阻隔物須與之作機械耦合(Mechanically attach)：作為層間塞的礦物綿應與帷 幕牆試體有機械連接來做固定 如果沒有如此固定的話，在火 發生時此材 料可能會掉落而使這段區域失去隔絕效果 另外，使用黏著性的方法來固定 也是不建議的，因為其中的膠遇高熱時可能會融解，造成隔絕材料 4. 阻隔物須被壓縮配合(Compression fit)：被緊密壓縮的阻隔材料將被用來塞在 樓板以及帷幕牆試體間的空隙間，其中材料內部纖維的排列方向如圖 3-11(與 樓板垂直或是平行)並沒有明確指定，但也是需要做測試比較的 目之一

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圖 3-11 層間塞材料內部纖維排列方向

(資料來源：Thermafiber, Inc., Perimeter Fire Containment in

Multi-Story Buildings, 2009)

5. 須保護構造中的立柱(Mullions)：帷幕牆試體中的立柱通常使用的鋁材，在約 660°C 時就會融化，因此需要用耐熱性較高的礦物綿來包覆，避免與火焰直

接接觸 圖 3-12 為安裝完成之層間塞

6. 隔煙系統(Smoke barrier system)設置：火 時所產生的濃煙為造成人員傷亡的

最大原因之一，因此層間塞對煙氣的阻隔也是很重要的功能之一 一般常見

的隔煙系統包括在層間塞的表面抹上一層阻煙劑(例：吸熱型的乳膠製品)，

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圖 3-12 安裝完畢之層間塞剖面圖

(International Firestop Council, Perimeter Curtain Wall Fire

Protection, 2004)

圖 3-13 層間塞表面隔煙系統

(資料來源：James Shriver, Perimeter Fire Containment- The Basics,

2009)

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第三節 火 延燒現象 析

目前建築物的營建技術發展 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 實際案例中 明確指屒，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 學 區大樓火 台北岃東帝士大樓火 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 美國芝加哥 LaSalle Bank 大廈火 …等實際案例 [6]，均人瞭解到高層帷幕牆之建築物一旦發生火 ，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，如圖 3-14 和圖 3-15

圖 3-14 東方 學 區大樓火 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 )

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圖 3-15 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 )

2009 年 2 月 9 日，央視新址 區在建的附屬文化中心大樓工地發生火 ， 羳火 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 材料，造成自上而下 自外而內逆向迅速蔓延，形成立體 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 消防與人員救助帶 來極大困難 岩於中國當時對於外牆裝飾 燒性能規範缺乏標準法規；此火 建 築物的外圍大量使用鈦鋅板(熔點僅為 400℃) 擠塑板以及防水保溫材料 然而 這些材料均具有可 性，在火 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[23] 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

35 屒，2007 至 2011 年間，高層建築火 在整體建築結構火 統計當中佔 3％ 圖 3-16 為 2016 年杜拜阿德里斯飯店大火照片

圖 3-16 2016 年杜拜阿德理斯飯店大火

(資料來源：瑞德感知

技，巴別塔的火焰挑戰(一)：高層建築的火

風險 瑞德消防雜誌，2016 年 )

岩於高層建築的特殊結構與人口密集特性，使得高層建築火 具有以下風險特 性：濃煙密佈 高溫 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[29]，目前國內與帷幕牆位置相關防火 時效規定如表 3-10 所示

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表 3-10 帷幕牆相關防火時效規定整理

條次 規範 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 )

建築物之火 成長歷程可用溫度-時間變化來說明，火 歷程可 為起火 期 成長期 全盛期及衰退期，如圖 3-17 [30]所示 而各階段之 燒現象 經 歷時間和室內空氣溫度及特性如表 3-11 所示 根據 B. R. Cuzzillo[31]等人研究， 岩於外牆開口部的玻璃通常於成長期發生破 ，很可能會導致閃 的發生 又根 據 T. J. Shields[32]等人之研究，火場發生閃 時所產生的瞬間高壓將玻璃衝破，

37 大量空氣進入，使得火 進展到全盛期 當閃 發生之後，火 不僅對外牆加溫， 也可能經岩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[33]等人研究，全盛期之火 溫度會受到室內可 物量 開口部 之大小 以及室內周圍牆壁等熱的性質所影響 林文意等人之研究[34]，一般常 見木質材料等可 物 燒時，如獲得充 之氧氣供應，且氣體與空氣混合而完全 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 室火 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 3-17 火 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，1999 年)

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表 3-11 火 發展各階段歷程基本特性

基本特性 火 歷程 火 現象與 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 岩起火點向四面 八方延燒，火焰隨 熱氣上升至天花 板 5~20 min 100℃~650℃以上 閃 室內所有可 物 在接近的時間內 同時著火 燒 一瞬間 至少800℃ 全盛期 室內所有可 物 燒 不一定 通風控制 燒： 600~900℃ 料控制 燒： 600~1200℃ 衰退期 可 物 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，1999 年)

蕭江碧之研究[35]，建築物火 發生時當火 進入全盛期時，溫度高達 800℃~1200℃，若無有效的控制，則有極大的機會經岩各個途徑延燒到其他 室，延燒之途徑可 為垂直延燒 水平延燒，如圖 3-18 所示

39 在垂直延燒路徑方面，又可 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岩開口部位竄屒，延燒到上一樓 層，如圖 3-19 所示之路徑 10 12[36]，或者是岩帷幕牆構件之內部延燒，如圖 3-19 所示之路徑 11

圖 3-18 火 延燒路徑類型

(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 )