中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
現今許多高樓層建築物的營建技術如：各項設計(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災發生時，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，使用於該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由一些建築物火災的實例可知，如國內的東方科學園區大樓火災、台北市東帝士大樓火災；國外近期則有2017年的夏威夷36層混合式大樓Marco Polo火災、英國倫敦Grenfell Tower大火等，均明顯指出高樓層建築物發生火災時，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復防火試驗屋，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。在建築外牆板部分，本研究預計蒐集市面上應用之外牆工法以及相關外牆火災之文獻，對外牆板的防火性能進行分析，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年的帷幕牆設計，主要是以鋁料為直橫料式設計，位於樑帶非曝火面處以鍍鋅鋼板作為防火保護，層間塞以固定件與帷幕牆相互固定。整體試驗結果，若以ASTM E2307-15b法規進行判定的結果發現，鋁料在試驗過程會被燒毀，並且位於樑帶非曝火面處的鍍鋅鋼板會脫落，並與層間塞之間產生隙縫；當試驗時間48分鐘時，可觀察到層間塞與帷幕牆交接處有非連續的火焰從層間塞與帷幕牆交接處竄出，之後於52分27秒時，該層間塞中心線上的溫度超過ASTM E2307-15b法規要求，因此判定層間塞的防火與阻熱性能於此時失效，但此帷幕牆的設計，有通過NFPA 285在30分試驗內的各項要求。
本年度進行的第一次帷幕牆設計，於窗戶開口部上方的橫料以鋼料為主，並於樑帶非曝火面處以鍍鋅鋼板作為防火保護，層間塞以固定件與帷幕牆相互固定。整體試驗結果，若以ASTM E2307-15b法規進行判定的結果發現，在2小時的試驗過程，帷幕牆牆體骨架與鍍鋅鋼板皆維持良好的固定，因此沒有發生火焰延燒至觀察室的現象，但因施工品質的因素，使得層間塞的阻熱性能未達60分鐘；此帷幕牆的設計，通過NFPA 285在30分試驗內的各項要求。
本年度進行的第二次帷幕牆設計，主要是將106年度的帷幕牆設計進行改良，主要仍是以直橫式鋁料設計為主，並修改樑帶部位的鍍鋅鋼板固定方式，藉此增加防火性能；層間塞以固定件與帷幕牆相互固定，並且在層間塞與帷幕牆的交接部位增加斷氣板的設計。整體試驗結果，若以ASTM E2307-15b[1]法規進行判定的結果發現，窗戶開口部附近的鋁料會燒毀，使得測試室的蓄熱能力變差，導致燃燒器流率超過法規規範(於100分鐘)，但為求整體試驗現象仍調整燃燒器流率，使試驗時間到達2小時。在2小時的試驗過程，除了窗戶開口部附近的鋁料會燒毀之外，樑帶附近的鍍鋅鋼板則沒有發生脫落現象，也沒有發生火焰延燒至觀察室的現象。因此層間塞約具有2小時的遮焰性能時效；但阻熱性能時效，也是因施工品質或細部設計的因素，使得阻熱性能接近60分鐘(58分40秒)。此外，該帷幕牆依然通過NFPA 285在30分試驗內的各項要求。
由106年度與本年度的試驗結果顯示，層間塞的防火與阻熱性能，需要與帷幕牆面進行整體性的固定防護(如耐高溫料件或整體構造之防護)，才能夠達到較佳的防火與阻熱性能，並且相關施工品質也會影響試驗結果。
2.相關防火性能規定、試驗情況與評定認可分析：
本試驗設備除了能夠以ASTM E2307-15b判定層間塞的防火與阻熱性能，也能以NFPA 285的熱電偶量測點位置輔助觀測外牆延燒情形，以及量測外牆曝火面與背火面溫度變化。
建築技術規則建築設計施工編：第七十九條之三的規範內容說明與樓地板交界處的牆面，最少需要90公分以上並具有遮焰與阻熱時效性能。但由先前的校正牆試驗與帷幕牆試驗結果得知，此樓地板交界處的牆面是否以90公分為最小值，仍有後續研究與探討的必要性。
3.外牆飾板材料防火性能研究：
本研究以CNS14705-1圓錐量熱儀試驗法進行了五種不同的聚苯乙烯材料(EPS、XPS、PS)與四種不同聚胺脂(PU)的耐燃性試驗，其中EPS、XPS和PS試體皆無法通過耐燃3級測試，一種PU試體通過耐燃1級測試，一種PU試體通過耐燃3級測試。
中尺度延燒試驗選用EPS-18K、PS與兩種不同的PU材料，目前已經進行了EPS與PS兩種試體的延燒試驗；試驗結果發現，不同的引燃火源與背板效性會影響試體的延燒型態，如EPS-18K在燃燒火焰的試驗條件，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燃的條件，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燃燒的現象。PS試體在單點火源與線性火源引燃的條件，可觀察到垂直延燒的速度會比EPS-18K慢，但在延燒過程所產生的火燄會比EPS-18K大。
四、主要建議事項
建議一
立即可行建議：CNS 16071 (ASTM E2307-15b)試驗設備的功能提升
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備CNS 16071 (ASTM E2307-15b)試驗法所需的試驗屋與燃燒器，並能依據測試結果判定層間塞系統是否具有建築法規所要求的防火與阻熱性。但法規內規範的循環試驗機構尚未完全建置，建議後續可增添該設備。此外，國外另有NFPA 285試驗法用來判定外牆的防火、阻熱與延燒性能；建議將試驗屋的樑帶空間位置特別設計一個連接構件，藉由安裝此連接構件，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：提昇帷幕牆結合層間塞系統的防火與阻熱性能
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：台灣帷幕牆技術發展協會、防火材料協會
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系統與常見帷幕牆相互結合，並無法完整確保達到建築法規要求的整體防火與阻熱時效性，原因為各項構件的材料、施工與接合部保護措施均會影響帷幕牆與層間塞系統的防火與阻熱性能。因此帷幕牆與層間塞系統的整合設計，除了材料的選擇外，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CNS 16071 (ASTM E2307-15b)試驗法能夠驗證各式帷幕牆與層間塞系統結合工法的防火與阻熱性能。
建議三
長期建議：相關防火性能規定、試驗情況與評定認可分析
主辦機關：內政部營建署
協辦機關：內政部建築研究所、財團法人台灣建築中心
國內未來將以CNS 16071 (ASTM E2307-15b)試驗法來檢測層間塞系統的遮焰與阻熱時效性，各家廠商經過檢測的產品或設計能力需要進一步評定，後續如何建立相關評定基準與適用性，將是目前評定機構需要構思的課題。
另外，針對已經通過檢測的產品，後續若變更設計或替換材料，是否都要再次檢測的問題；建議原有通過檢測之產品，若只替換同等性質(能)材料，但工法不變，可無需再重新檢測；但若更改工法，則需要再次進行檢測。
此外，建築技術規則建築設計施工編第七十九條之三的規範內容，如：與樓地板交界處的牆面，最少需要90公分以上並具有遮焰與阻熱時效性能，需要進行進一步分析，以釐清實際的效能。由先前的校正牆試驗與帷幕牆試驗結果得知，此樓地板交界處的牆面是否以90公分為最小值，仍有後續研究與探討的必要性。未來需要有較多的研究歸納與國內廠商檢測結果，並參考國外相關法規，再斟酌修訂。

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 two ASTM E2307-15b fire test. The design of two curtain wall systems are different. Both of them have 2-hour fire resistance according to F-rating either of them reached the 1-hour fire resistance according to T-rating in ASTM E2307. 
In the fire resistance of exterior wall panel part, we have conducted the cone calorimeter test of 9 specimens Four spcimens are chosen to conduct the flame spread test. For different test specimens and test method, different flame spread behaviors are observed.