行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
實尺寸帷幕牆防火性能之實驗研究(I)
計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC92-2211-E-011-048-
執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學建築系
計畫主持人： 林慶元
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 93 年 10 月 28 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
計畫編號：NSC92-2211-E-011-048 執行期限：92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日
實尺寸帷幕牆防火性能之實驗研究(I)
執行機構：國立台灣科技大學建築系 主持人：林慶元
一、 研究動機與目的
帷幕牆與內部隔間為構成建築物空間單 元之基本元素，為建築物次結構中分隔室內 外不同物理環境的重要構材。台灣自七○年 代，高層辦公建築盛行，引進輕量化之金屬、
玻璃帷幕牆後，建築師普遍應用各種新材料 帷幕牆作為傳達設計理念工具之一。
但考量其基本之建材，除 PC 帷幕牆外，
玻璃帷幕牆與鋁料本身之熔點分別為 600℃
與 400℃左右，在現況火場溫度加熱作用下，
有無法滿足 1 小時外牆防火時效之虞；在現 今縝密建築防火防護中，實際上提供火災蔓 延之缺口，例如東方科學園區及最近之京華 城即是典型案例。故了解建築空間居室火災 行為､帷幕牆受熱與反應行為，確立帷幕牆 防火性能失敗之機制，研提帷幕牆防火對 策，實為刻不容緩之議題。
過去曾有過 RC 有開口外牆全尺寸之實驗 資料，為避免縮尺寸模型的影響效應，本計 畫仍採用不同種類帷幕牆，在設定各種火災 負荷量、熱釋放率及開口型式下，進行全尺 寸火災實驗研究。
本研究分四階段進行，藉由先了解建築 物外周居室火災行為，確立帷幕牆於火災中 的受熱行為及各類型帷幕牆對火災之反應。
進而在模式化構想下，配合全尺寸火災實驗 探討並研擬防火設計技術，預計可得到各階 段成果如下：
第一階段：探討並建立建築外周居室火災行 為模式。
第二階段：探討帷幕牆受熱行為並建立模式。
第三階段：探討帷幕牆對火災之反應行為。
第四階段：研擬帷幕牆火災安全設計技術。
二、研究方法與研究步驟
本研究計畫分三年四階段進行,首先蒐 集既有文獻資料､彙整建築物火災行為之數 據，以建立採用帷幕牆建築類型與火災行為 相關性。
本計畫已完成採用如圖 2.1 所示直橫料 式帷幕牆，在設定各種火災條件下，逕行全 尺寸火災實驗。
各研究所採行之方法如下：
(1)以實驗方法進行火災行為數據搜集 (2)以統計迴歸方式計算出各樣本點之受熱
溫度、火焰噴出高度、寬度
三、建築外周居室火災行為模式
本研究經由以上帷幕牆試片火災試驗，
初步可以獲得以下結果:
圖 3.1 為各次實驗火災居室上方樓板下 20 公分處量測的溫度歷程，以此代表火災居 室的情況，各次火災溫度的差異主要因為開
強化玻璃 外飾鋁板 鐵絲網玻璃
圖 2.1 試體正立及背立面圖
口變化的換氣條件不同所致。
第一次實驗：燃燒初期室內呈現悶燒狀 況，熱蓄積在室內但無法看見火苗，為了增 加通風量而將門間斷開啟，導致冷空氣進入 後溫度有先下降在上升的趨勢，接著玻璃脫 落後使其有較大開口自然換氣，火勢才呈現 穩定的發展。
第二次實驗：此次實驗時，窗戶開口無 玻璃，自然換氣呈現穩定的發展，但火焰噴 出情形較不明顯。
第三次實驗：增加了鼓風機送風，換氣 量充足，火勢迅速發展，最高溫在燃燒約 25 分鐘後達到 870℃。
第四次實驗：情況較類似標準爐的燃燒 情況，屬於單側加熱，但是由於進氣和出氣 受限制，火勢發展無法像標準試驗爐的情況 一樣穩定，且過程中呈現悶燒的現象。
標準
test-4
test-2 test-3
0 200 400 600 800 1000 1200
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127
加熱時間(min)
溫度( ℃)
標準 test-1 test-2 test-3 test-4
test-1
圖 3.1 模擬火災溫度--時間曲線與標準升溫曲線
四、帷幕牆受熱行為及破壞性狀分析 本研究之紀錄實驗之結果分成二部分，
第一部分先對於實驗過程中觀察到的破壞情 況做描述，第二部分則整理各個測點量測之 溫度結果，最後對試體破壞情況與溫度時間 做整理比對，觀察是否有防火上的問題及弱 點再進行原因探討。
在此將觀察結果分成下列各點說明：
(一) 骨架部位—直橫料 (二) 無開口部— 窗間牆
(三) 開口部—玻璃、窗框
(四) 內裝修部分—窗簾盒、窗台板
(一) 骨架部位 1.直橫料
將鋁擠型材料改成鍍鋅鐵的直橫料，在 火場中表現良好，雖直接受火的部位溫度上 升迅速，於第三次實驗中溫度有高達 805℃，
但因為材料本身的熔點為 1530℃，在火場中 沒有燒熔現象，但是在直橫料接合部附近，
受高溫使強度折減產生變色、變形的現象。
如照片 4.1，且材料受火害之後表層燒失，經 天候影響產生鐵銹（照片 4.2），影響外觀但 是在帷幕牆的基本性上仍然有足夠的支承 力，實驗過程中之溫度變化如表 4.1 所示。
表 4.1 第一至三次實驗直料上溫度一覽表 (單位：℃) 註：- -表示測點失效；#表示實驗終止紀錄
時間 (min)
T1-11 T1-12 T1-13 T2-11 T2-12 T3-11 T3-12 T3-13
0 17.4 20.1 28.3 19.8 21.3 17.0 16.1 16.2 15 54.5 376.7 - - 67.6 416.6 67.8 366.0 540.7 30 173.5 593.8 - - 483.9 498.1 493.8 614.2 768.1 35 222.1 612.9 - - 519.3 466.5 678.0 701.2 805.0 40 255.4 644.0 - - 534.5 440.9 594.5 624.2 729.4 45 291.3 646.3 - - 540.6 424.6 596.8 586.0 693.0 50 328.7 656.7 - - 538.1 398.1 565.9 526.6 644.1 55 356.1 641.7 - - 524.6 381.3 489.8 451.3 568.3 60 376.2 600.7 - - 485.9 354.5 421.8 395.5 500.9 70 370.2 452.9 - - 387.7 289.6 # # # 照片 4.1 第一次試驗直料變形
情況
照片 4.2 第三次試驗直料變形
情況
(二) 無開口部 1.外飾鋁板
鋁本身材料特性在防火上就不是很好，
從實驗中看到外飾鋁板僅有變形及變色情況
（照片 4.3），推測是因為火焰竄出雖然會加 熱板片，但是外氣會帶走許多的熱，還有火 焰加熱情況屬於間歇性的加熱（照片 4.3） ， 鋁板散熱較快所致，而且背襯板部分有兩層 的鍍鋅鐵板加上空氣層對隔絕熱傳有很大的 幫助，從第四次實驗觀察，外飾鋁板目視結 果幾乎沒有變化，除了角隅處有燻黑的情況 外並無明顯變化（照片 4.5），而實驗之測量 結果如表 4.2 所示。
板片邊緣在實驗中觀察，板與板接合的 角隅處有燻黑的現象和白煙產生，白煙來源 推測可能是內部的填縫材受熱熔化產生。
2、背襯板
鍍鋅鐵板實驗過程中鍍鋅鐵板由外觀觀 察一直保持著原樣，除了因燃燒灰燼的附著 外並無明顯的變化。
(三) 開口部 1、玻璃
玻璃在第一次試驗中就已經破裂掉落 了，因為採用的是強化玻璃所以當破裂時產 生的是全面的碎裂成小晶體，危害度較小，
但破裂後空氣的流入加強了火勢。
2、窗框
窗框和直料在受火害之後分離變形 嚴重（照片 4.10） ，外飾的鋁片在第三次試驗 燃燒半小時左右開始產生滴熔狀態（照片 4.11） 。根據數據顯示直料在火場中溫度最高 上升至 800℃，與之相連的鋁擠型框受熱開始 產生破壞。
(四) 內裝修部分 1、窗簾盒
窗簾盒若由帷幕牆廠商施作，多以金屬 材質加彎成型，一端固定於結構體，一端與
開口部窗框結合，本試驗之窗簾盒固定方式 為一端固定於結構體，另一端固定於窗框上 橫料，固定方式是採用鍍鋅鐵板彎型與螺栓 將鋁擠型窗簾盒固定著，從第一次及第四次 實驗觀察結果顯示，因為窗簾盒材質為鋁製 的所以在火場時受熱達到熔點，產生變形、
熔化的現象而掉落（照片 4.14）。
表 4.2 第一至四次實驗鋁板背溫及內部溫度表 (℃) 註 1：- -表示測點失效
時間 (min) T1-2 T1-3 T1-4 T1-B T2-2 T2-3 T2-4 T2-B T3-2 T3-3 T3-4 T3-B T4-2 T4-B 0 24.0 24.1 22.8 18.9 22.6 22.9 22.9 22.1 14.1 20.8 18.7 19.6 21.5 21.0 10 26.3 29.2 33.5 19.8 292.8 331.0 275.3 81.2 180.1 256.7 221.9 49.4 20.9 21.8 15 29.4 33.7 43.0 22.3 407.4 475.9 418.3 132.5 353.6 425.7 356.7 100.6 21.4 23.8 20 41.0 48.2 60.0 26.4 389.3 416.6 396.2 198.5 477.1 568.3 476.2 184.7 23.3 28.6 25 45.9 54.9 75.6 32.6 387.7 419.1 410.8 237.7 488.5 590.4 526.7 279.2 26.9 37.7 30 122.8 162.0 - - 45.7 364.7 390.3 391.3 268.6 471.8 549.4 497.8 351.7 32.2 49.8 35 208.2 - - - - 69.2 338.9 362.3 369.7 287.9 474.4 559.4 534.3 395.1 36.6 61.0 40 - - - - - - 98.3 322.8 344.0 351.5 298.2 418.0 471.8 471.5 425.6 36.7 86.1 45 - - - - - - 134.6 313.4 332.9 341.1 306. 9 386.8 438.3 455.2 436.0 36.4 108.8 50 - - - - - - 171.7 296.2 316.7 324.4 313.4 353.8 402.3 437.4 432.8 37.3 135.6 60 - - - - - - 220.7 249.7 256.0 274.1 313.0 279.9 305.5 356.0 395.7 48.0 195.6 70 - - - - - - 243.5 198.0 196.8 220.1 294.0 - - - - - - - - 59.4 249.7
照片 4.3 火焰竄燒出開口情況 照片 4.4 板片受熱後情況
照片 4.5 板片角隅受熱後情況
(TEST-4)
2、窗台板
窗台的支撐架為鍍鋅鐵而面板是鋁板，
在火災過程中鋁窗台板產生燒熔的現象，尤 其以第三次試驗最為明顯，因為加強了通風 條件，靠近外牆的火勢較强，窗台板的高度 雖然在一米二以下，依室內裝修規定不必採 用防火裝修，但實驗中發現此部分若為可燃 物可能會產生助長火勢的情況。
接著對破壞原因進行分析如下：
(一)骨架部分：直橫料接頭部位
第三次實驗觀察開口部之直料約有 30 分鐘溫度持續在 600℃以上，最高溫度達到 781℃，根據鐵材性質，強度高溫下折減，溫 度達到 500℃約為常溫的 1/2，600℃約為 1/3，而此處鐵鋼管端部受到束制，當產生熱 應力導致強度折減時便產生變形的發生。
發生的位置在開口部上方處，因為此處 是火焰竄燒的路徑會直接接觸，桿件受熱溫 度最高，因此破壞由上方開始。
(二)無開口部
無開口部的組構方式從實驗結果看來應 有足夠的防火性能，而外飾鋁板產生變形、
變色的現象乃是因為火焰竄燒造成直接對板 片加熱的情況所導致的，板片溫度最高曾上 升到接近 600℃，已經接近材料熔點(659
℃)，然而板片沒有燒熔的現象估計可能是火 焰加熱的情況不是連續性的加熱(火焰連續 最長時間約 5 分鐘)，且由圖中可以發現開口 上方窗間牆鋁板溫度變化與噴出火焰的溫度 較為接近，可以推測噴出火焰對外飾鋁板的 加熱現象較為明顯。
觀察第三次實驗，開口部上下方量測的 溫度如圖 4.2 及圖 4.3 所示，上方熱流溫度 較高，下方溫度較低加上無開口部的組構在 阻熱及遮焰性能上的表現良好，因此板片量 測的溫度結果相差甚遠。
照片 4.6 玻璃破裂情況 照片 4.7 玻璃之氣密膠條掉落
照片 4.8 玻璃碎片掉落情況 照片 4.9 二樓鐵絲網玻璃產生變 色及裂痕
照片 4.10 直料與窗框變形分離 照片 4.11 窗框上外飾鋁片滴熔狀
照片 4.12 窗框變形分離 照片 4.13 窗框鋁蓋板掉落
照片 4.14 窗簾盒掉落 照片 4.15 窗台板燒熔情形
圖 4.1 板測點位置說明
0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1000.0
0 10 20 30 40 50 60 70
時間(min)
溫度(℃)
T3-2 T3-3 T3-4 火場 延燒火焰
圖 4.2 開口上方窗間牆鋁板時間-溫度曲線圖
0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0
0 10 20 30 40 50 60 70
時間(min)
溫度( ℃)
T3-B
火場(下方)圖 4.3 開口下方窗間牆鋁板時間溫度曲線圖
從第四次實驗觀察結果看來（圖 4.4） ， 玻璃在沒有破裂、掉落的情況下，火焰沒有 竄燒的路徑此時由單面加熱，實驗結果阻熱 效果良好都在 120℃以下，符合 CNS12514 規 定的單點 210℃以下的標準。
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 時間(min)
溫度(℃
T4-1 T4-2 T4-3 T4-4
圖 4.4 第四次實驗外飾鋁板時間溫度曲線圖 (三)開口部
開口部玻璃在實驗過程中玻璃於起火後 9 分鐘、12 分鐘、14 分鐘時產生破裂的現象，
經過測量得到的溫度如下表所示，火災中玻 璃破裂原因，主要是因為火焰對玻璃不均勻 加熱所引起的熱應力變化。
表 4.3 玻璃破裂時間點各點溫度値
窗 戶 玻 璃
破裂時間 (min)
室內火場溫 度(℃)
中央測點溫 度(℃)
角落溫 度(℃)
窗框溫 度(℃)
左 9 * 216 (w3) 138
(w4) 49(上 框)
中 12 447(F5) 266 (w2) -- 48(下
框)
右 14 528(F4) 269 (w1) -- --
破壞模式：整個實驗的過程中，因為第 一次及第四次的實驗結果較不明顯，因此以 第一次及第三次實驗之破壞模式如圖 4.5 和 圖 4.6 說明燃燒觀測的情況。
開口上方窗間牆
開口下方窗間牆
標準
test-3
0 200 400 600 800 1000 1200
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79
加熱時間(min)
溫度 (℃ )
標準 test-3
圖 4.5 第一次實驗破壞模式與時間溫度曲線關係圖
圖 4.6 第三次實驗破壞模式與時間溫度曲線關係圖
五、結論與建議
藉由前述帷幕牆行為上量測與分析可以 歸納出以下結論：
(一) 藉由適當之材料應用與細部設計對於 提昇金屬帷幕牆之防火性能確有幫助。
(二) 經由全尺寸火災實驗操作得知相當多 經驗，可藉以發展帷幕牆之合理耐火性 能試驗法。
(三) 針對模擬帷幕牆受熱行為，本研究已建 立其模式及破壞性狀基礎資料。
六、參考文獻
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窗框 窗框產 鋁板 鋁板
標準
test-1
0 200 400 600 800 1000 1200
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 加熱時間(min)
溫度(℃)
