延伸閱讀
外牆玻璃窗的防火考量
關聯條文:設計施工編第79-3條(層間區劃)
防火上的功能
在室內發生普通火災時,外牆(包含開窗)應該要能防止火焰噴出,以避免火勢經由外牆外側延燒到同一建築物的其他空間、或其他建築物。這個功能稱為「遮焰」。「遮焰性能」是牆壁或樓板等「區劃構造」最主要的防火性能,在經過一段曝火時間後必須保持「完整性」,才能夠遮焰。
至於外部發生火災時(他棟建築物、或同一建築物的其他部份),具有遮焰性能的外牆(包含開窗)可以防止飛散的火星進入室內引起火災。另外,如果在夠近的距離,外部火災的熱輻射也有可能使室內溫度昇高而發生自燃。因此在距離其他建築物很近的情況下,外牆(包含開窗)有「雙面曝火」的可能,也應該具有「阻熱性能」。
此外,外牆(包含開窗)若受火破壞而形成通風口,對於室內火災的成長具有決定性的作用。因為火災的規模(熱釋放率)取決於氧氣流量,而流入室內的氣流大部份來自於外牆開口,少部份來自其他空隙或管道。外牆(包含開窗)在受熱情況下能保持愈久的完整性,對抑制火災成長愈有幫助。但前提之一是該開窗是緊閉的狀態(或固定窗),如果窗戶是打開的,那麼玻璃有沒有破碎對氧氣供應的影響就不大了。
火災中玻璃及玻璃窗的破壞
一般浮式平板玻璃加熱到150~200℃時,就會從邊緣開始產生裂痕,最後整片裂開而掉落。而6mm的強化玻璃大約要到290~380℃才開始有裂痕。
但是鑲嵌在窗框上(Glazed)的玻璃即使破裂,也不一定會掉落。只要維持一定的完整性,就仍然具有「遮焰性能」。這是防火窗的防火性能不容易採用「規格式規範」的原因,因為玻璃材料本身的耐火時間並不能反應鑲嵌玻璃(有框玻璃)的防火時效(指遮焰性而言)。而且不同玻璃種類及不同的窗框材料、尺寸、斷面與玻璃窗的防火時效有很複雜的關係。例如愈寬的框料,其框料與玻璃曝火後的溫差愈大,愈容易破裂。而複層中空玻璃的內層玻璃吸收了主要的輻射熱,使得外層玻璃昇溫較慢,而大幅延長破碎及掉落的時間。
不過就算是「性能式規範」的試驗方法和性能基準也不是那麼容易制定。因為玻璃是種不燃的脆性材料,受熱後有三種應力可能導致其破裂,包括內應力(來自材料的雜質晶粒)、外應力(主要來自室內空氣膨脹產生的氣壓)、和熱應力(主要為玻璃與其外框熱膨脹係數不同或溫度差所產生的應力)。這使得玻璃在火災中破壞的特性與其他外牆材料有很大的差別。
火場中外牆玻璃的受熱模式也非均勻受熱,而是呈現溫度梯度。實驗中發現,除非直接接觸火焰,否則玻璃表面溫度通常都在100℃以下。若要達到能使強化玻璃材料產生裂痕的高溫,只有全室皆燒毀才可能發生。6mm玻璃窗在火場中破碎至掉落時,氣溫大約已達到400~500℃,熱通量達到35kW/㎡以上。一般防火性能試驗採用的加熱爐,與火場中玻璃受熱的模式並不太一樣。
所有理論方法都非常難預測鑲嵌玻璃破碎掉落的時間,而標準試驗方法的代表性也存有一些疑慮,因此在實務應用上的參考建議或規範通常都會傾向保守一點。
至於發生氣爆時,額外的壓力造成的玻璃破碎掉落,則不在普通火災的考量範圍了。
火災中框料的破瓌
當窗框或固定件受熱變形或破壞,玻璃毫無疑問地會掉落,因此框料也是防火性能中的重要環節。
建築物的窗框材料以鋁材及鋼材為主。鋁材可以加工成各種斷面的擠型,容易達到更高的防水及氣密性能。但是鋁材在200℃就會失去50%的強度,350℃就完全失去強度,550~660℃會融化滴流,甚至可能造成火勢蔓延。鋼材的特性則剛好與鋁材相對,到500~550℃才失去一半的強度,1400℃才熔化。但鋼材多半採用彎板加工,其防水及氣密性能無法和鋁擠型相提並論。
由上可知,在建築物的所有構造中,具有承重等結構作用的固定件應避免採用鋁材,除非有適當的防火措施或沒有安全疑慮。而經由試驗認可的防火鑲嵌玻璃構造,任何一項組件都不能隨意替換。
突破防火區劃樑帶的設計手法參考
參考資料
- 主要參考「帷幕牆火災延燒之防止技術研究」,雷明遠,內政部建築研究所,2003
- 部分內容為
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