建築研究 Architectural Research 期末報告

建築研究建築研究Architectural ResearchArchitectural Research

期末報告期末報告

教授：施植明學生：方迺中

學號： D9513017

大綱大綱 1 、論文（ 1 ）、 Bottom-Up Analysis for Performance Design 由下而上分析的功能設計（ 2 ）、 The SFPE Eneorcer’s Guide to Perforemance- Based Design Review SFPE 實施者準則對功能基礎設計的檢視2 、論文簡介Bottom-Up Analysis for Performance Design 由下而上分析的功能設計3 、研究方法分析

建築建築研究研究期末報告期末報告

Bottom-Up Analysis for Bottom-Up Analysis for Performance DesignPerformance Design

由下而上分析的功能設計由下而上分析的功能設計

建築功能規則功能準則的擷取參考標準灑水頭功能標準相當條款功能規定擷取的使用由下而上與由上而下分析結論由下而上式的灑水頭功能分析制式性灑水系統規定相當性的必要性

建築研究期末報告建築研究期末報告

REGULATIONS FOR REGULATIONS FOR BUILDING PERFORMANCEBUILDING PERFORMANCE

建築功能規則建築功能規則國家火災防患協會（ NFPA ）對既有環境功能基礎設計，已提供有關建物與火災相關規則，這制式化的規則與全球功能基礎設計是一致的，而且提供設計者與實施者在運用面上的方法。


建築功能規則建築功能規則 2/22/2

NFPA 建築與防火規則也提供特殊資訊與指導原則：1 、法規目標與目的2 、功能準則3 、假設與特徵4 、具體內容與操作5 ，其他功能設計所必須考慮之事項（如同 SFPE 對功能基礎設計之工程準則，這些資訊已足以提供執行功能設計所須。）


REFERENCE STANDARDSREFERENCE STANDARDS

參考標準參考標準


建物與火災法規與一些有關安全裝置標準也被用來作為建物規範的強制規定。這些參考標準，僅被視為制式性的規範，因其內容僅對設計要求而非功能目標作規定，如有關灑水頭的規定，仍視其種類、火災危險範疇、建物特徵、尺度規範、空間與位置等而有不同。雖然規格化的功能基礎設計通常並非為參考標準所清楚陳述，功能基礎設計也能藉由這些參考標準來執行。

參考標準參考標準 2/62/6


第一百十三條（適用範圍）建築物應按左列用途分類分別設置滅火設備、警報設備及標示設備，應設置之數量及構造應依建築設備編之規定：一、第一類：戲院、電影院、歌廳、演藝場及集會堂等。二、第二類：夜總會、舞廳、酒家、遊藝場、酒吧、咖啡廳、茶室等。三、第三類：旅館、餐廳、飲食店、商場、超級市場、零售市場等。



四、第四類：招待所（限於有寢室客房者）寄宿舍、集合住宅、醫院、療養院、養老院、兒童福利設施、幼稚園、盲啞學校等。五、第五類：學校補習班、圖書館、博物館、美術館、陳列館等。六、第六類：公共浴室。七、第七類：工廠、電影攝影場、電視播送室、電信機器室。



八、第八類：車站、飛機場大廈、汽車庫、飛機庫、危險物品貯藏庫等，建築物依法附設之室內停車空間等。九、第九類：辦公廳、證券交易所、倉庫及其他工作場所。



第一百十四條一、。。。。。二、自動撒水設備應設置於左列規定之樓層：( 一 ) 建築物在第六層以上，第十層以下之樓層，或地下層或無開口之樓層，供前條第一款使用之舞台樓地板面積在三○○平方公尺以上者，供第二款使用，各層之樓地板面積在一、○○○平方公尺以上者；供第三款、第四款（寄宿舍，集合住宅除外）使用，各層之樓地板面積在一、五○○平方公尺以上者。



第一百十四條( 二 ) 建築物在第十一層以上之樓層，各層之樓地板面積在一○○平方公尺以上者。( 三 ) 供本編第一一三條第八款使用，應視建築物各部份使用性質就自動撒水設備、水霧自動撒水設備、自動泡沬滅火設備、自動乾粉滅火設備、自動二氧化碳設備或自動揮發性液體設備等選擇設置之，但室內停車空間之外牆開口面積（非屬門窗部份）達二分之一以上，或各樓層防火區劃範圍內停駐車位數在二十輛以下者，免設置。( 四 ) 危險物品貯藏庫，依其物品種類及貯藏量另以行政命令規定設置之。

THE EQUIVALENCY PROVISIONTHE EQUIVALENCY PROVISION相當條款相當條款


美國功能基礎設計相當條款在建築與防火上是常見的，相當性 Equivalency 提供一個比法規更為嚴格的安全標準，而且法規中所使用者，也被用來鼓勵對系統、方法、相等品質、火災延燒上的援用，只要：技術性的報告送出具有審查資格機構而且引用的系統與方法可被審查機構 AHJ 所接受。

相當條款相當條款 2/32/3


整體相當性允許對替代方案的使用，只要其提供的安全準則比最低標準還要高；因此相當性的概念常被用在法規所不及的地方，然而這個相當性的方法多年實施以來，沒有任何準則或方法被規範設計者或審查機構用以提出防範的正確決策，但近來一些文件針對功能基礎建物與防火規範等，已能解決上述的問題。

相當條款相當條款 3/33/3


在許多藉由相當性選項操作功能基礎設計案例中，並非針對全棟建物，而是主要仍針對特殊建物與火災安全予以規範，這是與 NFPA5000 相關規定呈現明顯對比的。在火災安全上，相當性意味嘗試對展延逃生距離，是超越法規的特殊規定，或者天花板設計施工上可以有別於裝設標準以確保工程特色，在這「由下而上」的分析中，得以確保明確的規範準則要求，以形成相等的保護方法。

BOTTOM-UP AND TOP DOWN BOTTOM-UP AND TOP DOWN ANALYSESANALYSES

由下而上與由上而下分析由下而上與由上而下分析


藉由相當條款以執行功能基礎設計時，必須由制式的法規中加以抽離或注意，這可以視為「由下而上」分析。法規制訂機構用來作為發展功能基礎設計，或轉換既有關範圍功能準則。前述目標、特性等，將可以明確加以規範，這被稱為「由下而上」是因為從既有的敘述性語言中去推導目標、準則以及其他可證明敘述性語言為真的功能規定。

由下而上與由上而下分析由下而上與由上而下分析 2/32/3


另一方法稱為「由上而下」，或者「一張白紙」，用這個方法，是不需要考慮現階段敘述性的規定，可以自行發展其目標、目的以及其他功能規定。

由下而上與由上而下分析由下而上與由上而下分析 3/33/3


由下而上的分析，可以作為發展功能基礎法規與標準，其對工程師及設計者在執行功能基礎設計時是有用的；因為敘述性規定並未明確陳述功能規定，對法規目標與內容的意圖，需要被設計團隊檢驗與被審查單位核可。

BOTTOM-UP ANALYSIS FOR BOTTOM-UP ANALYSIS FOR SPRINKLER PERFORMANCE SPRINKLER PERFORMANCE

由下而上式的灑水頭功能分析由下而上式的灑水頭功能分析


NFPA13 關於特殊天花板裝設灑水頭規範，提供了一個由下而上的分析模式。當特殊天花板灑水頭裝設與 NFPA13 規範不符時，系統架設與適法性問題就產生了。例如某博物館天花板是特殊規格，其骨架是固定，寬度為 12英吋，距離中心為 4英尺，天花格從其底部提高 6英尺，天花板高度 20英尺，如此產生極大天花板高度 26英尺，如下圖所示，同時假設整體天花板格佈滿整個天花板面。

由下而上式的灑水頭功能分析由下而上式的灑水頭功能分析 2/22/2


PRESCRIPTIVE SPRINKLER SYSTEM PRESCRIPTIVE SPRINKLER SYSTEM REQUIREMENTS REQUIREMENTS

制式性灑水系統規定制式性灑水系統規定


現有 NFPA13 是 2002 年規範的，早於 2002 的版本，並未對不規則天花板或格狀天花予以規定。但現在規定，僅止於對單一天花格需與另一天花格相隔 10英尺，因此如前述者， NFPA13 並未對此天花板格式有明確規定。

制式性灑水系統規定制式性灑水系統規定 2/62/6


NFPA13 一般僅為確保灑水頭位置與其相隔灑水頭之間之距離，可以確保灑水頭在火災時可以及時運作，這灑水頭偏向裝置與天花板容許的最大距離，仍視NFPA13 對天花板格式與其天花板構造而定。灑水頭距離與天花板構造、使用危險性與潛在阻礙有關， NFPA13 考慮兩種情況：受阻與未受阻。受阻係指天花板構造會阻礙噴水分步，而影響灑水頭制火的能力；未受阻則相反。簡言之，天花板桁架與中心距離超過 7.5 英尺，可視為未受組，因此前述天花板格架，依照 NFPA13 應該落入受阻的範疇。



受阻之構造物，因火災的熱會在每個單元間累積，熱將會充滿整個格架，直到它蓄積滿到下一個框架為止，因此 NFPA13 允許在受阻之構造物，灑水頭位置可距離天花板 22 英吋，但在樑下只能有 1 ～ 6英吋；在未受阻構造物，若是天花板格架，其位置在每一個格位中，且其長度可介於 1 與 12 英吋之間；此外在高屋頂頂端部分，其距離天花板可以到 36 英吋。



依據 NFPA13 ，博物館被規類為輕微危險使用Light Hazard Occupency ，因此快速的灑水頭反應時間每開方秒 50 公尺是必要的（ 50 meters-seconds1/2 ），這是基於熱氣單元與天光被採用假設下而得的，因此灑水頭感應溫度應介於 135℉與170℉之間是被採用的。


第五十六條（撒水頭與結構體）撒水頭裝置位置與結構體之關係，應依左列規定：

一、撒水頭之迴水板，應裝置成水平，但樓梯上得與樓梯斜面平行。

二、撒水頭之迴水板與屋頂板，或天花板之間距，不得小於八公分，且不得大於四十公分。

三、撒水頭裝置於樑下時，迴水板與梁底之間距不得大於十公分，且與屋頂板，或天花板之間距不得大於五十公分。




四、撒水頭四週，應保持六十公分以上之淨空間。五、撒水頭側面有樑時，應依左表規定裝置之：

六、撒水頭迴水板與其下方隔間牆頂或櫥櫃頂之間距，不得小於四十五公分。七、撒水裝在空花型天花板內，對熱感應與撒水皆有礙時，應用定格溫度較低之撒水頭。

撒水頭與樑側面淨距離 ( 公分 )

1 ∫

30

31 ∫ 60

61 ∫ 75

76 ∫ 90

91 ∫ 105

106

∫ 120

121

∫ 135

136 ∫ 150

151 ∫ 165

166 ∫ 180

迴水板高出樑底面尺寸 ( 公分 )

0 2.5 5.0 7.5 10.0 15.0 17.5 22.5 27.5 35.0

NEED FOR EQUILVALENCYNEED FOR EQUILVALENCY相當性的必要相當性的必要

因為天花板格架單元的深度、面積以及安排方式，NFPA13 關於灑水頭位置制式性的規範，規定需裝設於每一個格架單元中。功能基礎相當性的採用，將可提供滿意的答案。此外把灑水頭相隔設置也不能解決問題，因為發生在未設灑水頭方格內的火災發生時，將延緩灑水頭作用的時間，另外灑水頭裝設在屋頂，也將因為距離因素，而減緩反應的時間。


EXTRACTING PERFORMANCE EXTRACTING PERFORMANCE CRITERIA CRITERIA

功能準則的擷取功能準則的擷取

因此灑水頭將被裝置在更近天花板的距離，功能準則以灑水頭啟動反應時間而言，其空間分析模式是可以從 NFPA13 中擷取的，而且藉由電腦以由下而上的分析，也提供操作的方法。


功能準則的擷取功能準則的擷取 2/42/4

因為格架深度與數量，每個單元都會在火災時蓄積熱量，而影響灑水頭啟動的時間，而其影響程度與因子，則視其火災動態、天花與房間幾何形狀、灑水頭樣式與間距及位置。 NFPA13 並未對灑水頭制止火災功能標準有所規定，灑水頭應該要在火災發生早期啟動以控制火災。



電腦模擬程式 FDS 依照火災流體動力學而設計，是可用來瞭解不同天花板灑水頭對火災防制上的驅動時間（並能符合 NFPA13 規），

FDS 也可量化因為天花板格架造成灑水頭啟動時間遲延，並有助於裝設空間與位置的有效性判斷，並能符合 NFPA13 對博物館的要求。



由下而上的分析可以藉由電腦程式具體實踐灑水頭在火災防制上啟動時間，並能符合 NFPA13 規定，其最遲啟動時間係由天花板格架空間形式與位置並由 NFPA13所規範，這樣的啟動時間可以作為灑水頭功能準則，對博物館裝設各類天花板的規定是可以採用的，如此因為受限天花板設計而影響的灑水頭啟動時間，經功能準則轉換後，也可視為不小於其規定之相等保護方法。


SPRINKLER SYTEM SPRINKLER SYTEM PERFORMANCE CRITERIAPERFORMANCE CRITERIA

灑水頭功能標準灑水頭功能標準對 LHO 輕微危險使用建物， NFPA13 允許使用跨越400平方英尺長距離效果的灑水頭，如果天花板呈現如下圖水平狀，則 FDS 可用來評估其灑水頭功能，這樣考慮天花板與灑水頭功能的安排，表示NFPA13所允許的最大值，以灑水頭在無受阻建物內而言是被允許的。


灑水頭功能標準灑水頭功能標準 2/92/9



NFPA13認為天花板結構樑間距若小於 7.5 英尺，則被視為受阻構造物，則灑水頭在天花板最大長度為22 英吋，在樑下可介於 1 ～ 6 英吋，這意味樑下距離天花板最大深度可達 21 英吋，此外在受阻構造物作LHO 使用下， NFPA13 允許灑水頭構成的救災面積為 225 英尺（約 21平方公尺），因此對受阻構造物灑水頭設置，若其空間格架間距為 7.5 英尺（參考下圖），如果樑深 21 英吋時，則灑水頭在格架內最大深度為 22 英吋。






FDS 可被用來評估灑水頭反應時間，博物館天花板深度為 21 英吋，且其樑間距為 4 英尺（如圖 4所示），這 4 英尺是博物館天花桁架之距離。灑水頭位於一 225平方英尺的中心，而這也是 NFPA 對受阻構造物輕微危險使用下所允許的最大值，而且放在樑下 1 英吋的地方，依據樑深推算，則其樑寬應為 12 英吋，如此建構出 15 英尺 *15 英尺的格架面，這可得出最大危險距離為距灑水頭 10.6 英尺處。




NFPA13認為天花板格狀樑如果樑間距小於 7.5 英尺，則被視為受阻構造物。與天花板樑類似，在受阻構造物， NFPA13 允許灑水頭裝設在樑下 1 ～ 6 英吋，及天花板下 22 英吋內，如此位置規定將允許天花板樑下深度可達 21 英吋。此外，如前述，在受阻構造物作輕微危險使用時， NFPA13 允許有 225平方英尺之灑水頭噴灌面積，因此對某些受阻構造物，灑水頭不需逐一裝設，僅需在數個格架單元間設置，而且符合 22 英吋內的深度規定即可。



FDS 也可用來模擬灑水頭反應時間，如果博物館天花板係以 4 英尺作為格架單元，則每一框架有 16平方英尺（如下圖所示），這與前述天花板裝設規定類似，除了NFPA13所允許的格架單元最大深度超過 21 英吋外。儘管NFPA13 允許天花板格架樑間距達 7.5 英尺，但至少應有 4 英尺寬度，以符合博物館天花板裝設所建議。格狀天花板代表受阻構造物，其灑水頭噴灌面積依據 NFPA13 規定應有 15 英尺 *15英尺，這樣的空間導致火災最大危險距離為距離灑水頭 10.6 英尺處。




UTILIZING EXTRACTED UTILIZING EXTRACTED PERFORMANCE PERFORMANCE REQUIREMENTSREQUIREMENTS

功能規定擷取的使用功能規定擷取的使用


針對以上三種天花板樣式針對火災的設計，可以產出三種灑水頭啟動的時間，這最短的時間可視為功能標準。以相當性的概念，因為這功能並未被法規所規範，這結果仍須 AHJ 核可。有關博物館防火規定，仍需要進一步的檢視，而 AHJ 也需要針對火災設計典型負荷予以同意。

功能規定擷取的使用功能規定擷取的使用 2/32/3

一旦功能標準建立，有關火災設計標準也必須被滿足。對功能基礎設計而言，不確定因素需被考慮，有關功能標準與提出解決策略間也該反應在安全係數上。舉例來說，擷取字 NFPA13 安全因子應用在功能標準（如灑水頭啟動時間），最終小於灑水頭計算所需反應最大時間仍可被採用。


功能規定擷取的使用功能規定擷取的使用 3/33/3

但前述功能標準不該被視為可用在 NFPA13所有的功能規定，灑水頭啟動時間是與許多因子有關的，如灑水頭樣式、天花板高度、及其他設計防火因子。灑水頭啟動最終仍與這些因子有關，如果不考慮這些相關因子，這些功能很可能導致失敗的設計解決方案。


CONCLUDING REMARKSCONCLUDING REMARKS結論結論


本文係以「由下而上」的模式探討針對特定設計條件有關敘述性規範的功能標準，有關灑水頭啟動時間規定，仍以 NFPA13 所規範針對假想性的博物館進行綜合性的分析，這功能標準可以被在功能基礎設計 performance-based designs 上。雖然本文係以灑水頭為例，但相關功能的概念，可以應用在其他系統及設計因子上。

結論結論 2/2/


雖然前述功能基礎設計運用並非較佳的方法，在美國，相當性替代方案 equivalency optin 也可作為設計推導與執行的準則。因此，如果這些相當性替代方案要能成功，設計師與法規執行者對功能標準的能力就相當重要。這樣由下而上的分析方法，伴隨著電腦模型及其他有關功能基礎設計技巧，對特殊建築個案敘述性的法規要求，也提供擷取清晰功能法規的方法。

研究分析研究分析 1/61/6


Bottom-Up Analysis for Performance Design 由下而上分析的功能設計

研究主體人空間使用性質建築物類別研究客體滅火需求灑水頭配置方式



研究目的，在解決無法依制式性規範配設灑水頭之建築物。1 、使用類別限制美觀、空間性質 2 、高度限制3 、構造限制結構、舊建築



在七種建築研究方法中，應屬實驗性研究方法，其一般特性1 、使用一種處理方式2 、對一個或多個結果變量的測量3 、確定一個任務單元4 、使用比較或控制組5 、注重因果關係



優點1 、能建立因果關係。2 、能把結果一般化到別的情境或現象中。3 、能控制實驗設計的各個方面，保證因果特性。



缺點1 、把複雜的因果現象，簡化為「偶然

的」或是「自變的」量。2 、過於一般化，誤用到不同民族、

性別人群中。3 、對控制的過分強調產生道路問題、非人性化。


Bottom-Up Analysis for Performance Design由下而上分析的功能設計採用實驗性研究，除保留其優點外，因研究範圍單純，僅係建築物之灑水頭配設問題未涉民族性或性別亦無對控制的過分強調產生道路問題、非人性化，故無實驗性研究之缺點部份，


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