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延伸閱讀:外牆玻璃窗的防火考量

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外牆玻璃窗的防火考量

防火上的功能

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

設計手法 說明及案例
以雙層玻璃帷幕牆隱藏水平遮焰阻體實際上就是一般的水平遮焰阻體(懸臂樓板或同等性能的構造)。例如伊東豐雄的仙台媒體中心的正立面。
使用透明的水平遮焰阻體例如隈研吾的One表參道,以鐵絲網玻璃作為水平遮陷阻體,因為藏在立面上的木格柵中間所以幾乎看不到1)
採用活動式防火遮板適合用在玻璃分割與樓板不平行或不重合的情況,但是該防火設備必須經過認可。例如Herzog de Meuron的Prada青山店。2)
採用水淋幕設備防護適合用在不想採用任何遮焰阻體的情況,設備必須經過認可。例如妹島和世+西沢立衛/SANAA的Dior表參道。

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#同樂會觀點
1)
日本的對遮焰阻體構造的防火要求只要達「準不燃構造」即可,而鐵絲網玻璃是建告第1399號明列為可用於屋頂的30分鐘耐火構造。此外,One表參道位在都市計畫指定的「防火地域」,外裝材必須為不燃材料,所以立面上的木格柵每兩層樓設有灑水的噴頭。消防用的緊急入口則以緊急昇降機取代。
2)
網路上只找得到文字資料,待其他資料佐証。

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