国内外建筑幕墙的防火设计

1国内外建筑幕墙的防火设计【摘要】本文从相关规范对防火的要求入手，提出了建筑幕墙防火设计的具体做法；同时对比了中国和美国在建筑幕墙的防火设计和用材上的异同处，提出了在幕墙防火设计中应当注意的问题。[Abstract]Referstotherelevantstandardsandcodes,thispapergivesspecificapproachesforthefirepreventiondesignincurtainwallsystem;meanwhile,aftercomparedthedifferenceandthesimilaritiesinthedesignandthematerialsusinginthecurtainwallsystembetweenChineseandtheUnitedStates,somesuggestionsarefollowedtoaddresstheimportantaspectsoffirepreventionincurtainwalldesign.【关键词】幕墙防火；幕墙防火构造；消防逃生[Keywords]ThefirepreventionofcurtainwallFireprotectionconstructionofcurtainwallFireescape1、前言随着经济和技术的进步，近年来高层和超高层建筑日益增多，幕墙凭借其在外装饰性，节能保温，以及抗震上的优越，基本上都是采用幕墙作为外围护结构。对建筑幕墙安全性的要求，其中之一就是对其防火性的要求，即通过提高或增强建筑构件或材料承受火灾破坏能力的技术来使其防火的性能达到一定的标准。幕墙防火作为整个建筑物防火系统中一个重要的方面在火灾发生的时候应能阻止或延缓火势的蔓延，并为消防扑救工作提供便利。近年来国内发生几次特重大火灾，造成了严重的人员和财产损失，都与设计或者选材不当有关。世界比较发达的国家及大国均制定了自己的建筑设计防火规范,对建筑幕墙的防火提出了具体要求，由于美国在全世界的影响范围较大，在许多国家进行幕墙设计时，均要求准守美国规范，所以对中美幕墙防火设计的比较，有利于在国际范围内的幕墙工程设计。2、我国现行规范对建筑幕墙防火的要求我国现行规范中对于建筑物防火材料的要求是确保建筑物在火灾中不会在短时间内倒塌。因此，建筑物应根据其耐火等级来选定构件材料和构造方式，保证结构的耐火稳定性，并使建筑物在火灾过后易于修复。2.1建筑幕墙的防火材料现行规范对幕墙的材料的要求是除填充棒和双面胶带等少量辅材外，均应采用不燃（A级）或难燃（B1）级材料。随着国家对建筑节能的重视，外墙普遍进行了保温处理，目前幕墙防火的问题主要出在保温材料上，最近的几起特重大火灾，无论是“央视大火”还是上海“11.15大火”，都是与保温材料的耐火等级不符合要求有关。因此在“央视大火”后，公安部联合住建部，颁布了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号（下简称46号文），对建筑幕墙的保温材料做了明确的规定。即：a)建筑高度大于等于24m时,保温材料的燃烧性能应为A级。b)建筑高度小于24m时,保温材料的燃烧性能应为A2级或B1级。其中,当采用B1级保温材料时,每层应设置水平防火隔离带。c)保温材料应采用不燃材料作防护层。防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mm。d)采用金属、石材等非透明幕墙结构的建筑,应设置基层墙体,其耐火极限应符合现行防火规范关于外墙耐火极限的有关规定;玻璃幕墙的窗间墙、窗槛墙、裙墙的耐火极限和防火构造应符合现行防火规范关于建筑幕墙的有关规定。f）基层墙体内部空腔及建筑幕墙与基层墙体、窗间墙、窗槛墙及裙墙之间的空间，应在每层楼板处采用防火封堵材料封堵。2.2建筑幕墙的防火构造合理的幕墙防火构造设计可有效的阻隔烟气对人体的伤害、降低火情的蔓延速度、延长逃生的时间和提高安全的机率。《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005版）对建筑幕墙的设置提出了具体的要求即：1）窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃烧材料。当外墙采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃烧材料。2）无窗槛墙或窗槛墙高度小于0.80m的建筑幕墙，应再每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.80m的不燃烧体裙墙或防火玻璃裙墙。3）建筑幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用防火封堵材料封堵。《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003对建筑幕墙防火规定如下：1）玻璃幕墙与其周边防火分隔构件间的缝隙、与楼板或隔墙外沿间的缝隙、与实体墙面洞口边缘间的缝隙等，应进行防火封堵设计。2）玻璃幕墙的防火封堵构造系统，在正常使用条件下，应具有伸缩变形的能力、密封性和耐久性；在遇火状态下，应在规定的耐火时限内，不发生开裂或脱落，保持相对稳定性。3）玻璃幕墙防火封堵构造系统的填充材料及其保护性面层材料，应采用耐火极限符合设计要求的不燃烧材料或难燃烧材料。4）无窗槛墙的玻璃幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.8,m的不燃烧实体裙墙或防火玻璃裙墙。5）玻璃幕墙与各层楼板、隔墙外沿间的缝隙，当采用岩棉或矿棉封堵时，其厚度不应小于100mm，并应填充密实；楼层间水平防烟带的岩棉或矿棉宜采用厚度不小于1.5mm的镀锌钢板承托；承托板与主体结构、幕墙结构及承托板之间的缝隙宜填充防火密封材料。当建筑要求防火分区间设置通透隔断时，可采用防火玻璃，其耐火极限应符合设计要求。6）同一玻璃幕墙单元，不宜跨越建筑物的两个防火分区。3、各种不同类型建筑幕墙的防火构造设计综合以上分析，提供以下防火构造的方案供幕墙设计及施工人员参考：3.1竖向防火分区构造设计要点1）无窗槛墙的玻璃幕墙应保证不燃体实体墙的高度不低于800mm，如达不到，不足部分建议考虑上翻一个砼踢脚线，或在梁底加设防火岩棉带；当玻璃为大面全玻或点支承幕墙时，则采用铯钾防火玻璃加高。2）层间防烟封堵采用100mm岩棉，1.5mm厚镀锌钢板承托，对可能造成烟雾漫延的缝隙处打防火密封胶；3）层间面板分格不宜跨越两个防火分区。34）有实体墙的金属与石材幕墙的保温材料应采用不燃材料作防护层。防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mm可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆，同时应按表3.1在每层设防烟封堵。防火保护层可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆。表3.1有实体墙幕墙保温防火的构造要求保温材料燃烧性能级别防火构造要求适用建筑高度典型保温材料类型列举层间300mmA级防火隔离带层间100mmA级防火封堵3mm防火保护层A级不设置设置设置无限制岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、无机纤维B1级设置设置设置≤24m石墨EPS、酚醛板图3.1-1梁高大于800mm的层间节点图3.1-2梁高小于800mm的层间节点图3.1-3全玻或点支承幕墙的层间节点图3.1-4高层石材幕墙层间节点4图3.1-5B1级防火材料的石材幕墙层间节点图3.1-3主体为钢结构的幕墙层间节点3.2水平防火分区构造设计要点1）在水平防火分区的实体防火墙两侧设置幕墙时，距离防火墙两侧各1m的部位不应有门窗洞口，若设置洞口，则应采用防火窗；2）当在水平防火分区设置玻璃幕墙时，玻璃幕墙应采用铯钾防火玻璃和带经防火涂料处理的钢龙骨外包铝合金形式。3）防火分区隔断与主体结构的后连接宜采用后扩底锚栓或通过耐高温测试的化学锚栓。主要是因为国内一些产品中化学药剂含有大量的苯乙烯，该物质遇热后不稳定。图3.2-1水平防火分区玻璃幕墙节点图3.2-2水平防火分区玻璃幕墙节点3.4消防逃生设计夹层玻璃虽然是安全玻璃，可是如果整座建筑都用夹层玻璃，又没有设置足够的疏散通道和充分的自动室内消防设施，就会变成可怕的安全隐患。依靠外部消防的公共场所和低层办公、住宅建筑如果全用夹层玻璃，一旦发生火灾，消防人员无法击碎玻璃，难以施救。因此可采用以下措施：1）每层采用不少于2块，间距不大于20m，宽度不小于1.2米，高度不小于1.0米的非夹层玻璃作为应击碎玻璃，作出明显的警示标志；52）在紧急出口的玻璃幕墙室内，建议设置可方便逃生的装置（如缓降器等）。图3.4-1非夹层玻璃的逃生出口图3.4-2缓降器4、美国的建筑幕墙防火构造设计对比中国的建筑幕墙防火构造设计，美国常用的幕墙防火隔断系统的功能尽管是一样的，但是组成方法却有差别，但无论是何种形式，都是为了保证系统完整性以及尽可能多的提供逃生时间。首先应当说明的是，在美国规范中，楼板以及其延伸至外墙的区域具有相同的耐火等级，并且对于层间防火封堵的最小高度也都有规定，只是如果有淋水装置存在的情况下，对层间防火封堵的最小高度允许有特殊情况存在，另外，层间防火封堵的材料和系统必须经过专业的试验检测，这些对于建筑幕墙层间防火封堵的规范都是强制性执行的，因此，无论在设计上还是施工上，都应当尽量保证其功能性的实现。4.1美国常用的层间防火封堵构造设计防火和防烟在层间防火封堵构造设计中是密不可分的两个方面，常用的层间防火封堵准则是：1）将防火绝热垫层机械固定连接到幕墙面板上，并留有一定的隔热间隙；2）将防火绝热垫层机械固定连接到立柱上，保护好铝立柱；3）用Z型或其它类型的固定夹子将防火岩棉固定在层间位置；4）加固岩棉和楼板间的连接；5）在岩棉上方喷涂防烟封堵涂料。图4.1美国常见的层间防火封堵准则示意图4.2美国防火封堵系统的试验和防火封堵系统相关的美国规范有ASTME119，该规范是建筑结构和材料防火试验的标准试验方法，对建筑材料的耐火极限，隔热性和相应承载能力下的完整性有规定。此外还有ASTME2307，这是使用中级的多层实验装置进行层间防火封堵材料的耐火性实验的规范，其中，实验装置如图5。6在美国，一般由两个专业的实验室以ASTME2307为依据进行防火封堵系统的效果检验，一个是UL（UnderwritersLaboratoriesInc.）另外一个是OPL（OmegaPointLaboratories）。根据ASTME2307得出的测试结果，可以分为两种类型的等级：一种是F等级，按其阻止火势蔓延的能力划分的等级（单位为小时）；另外一种是T等级，按照材料在没有火势的一侧的表面温度划分的等级（单位为小时）。需要说明的是，UL在使用相同实验装置的前提下，又提供了除这两种等级划分外的另外两种等级，即防火封堵系统整体完整性的等级和其隔热保温的等级。图4.2美国测试幕墙防火封堵系统的装置4.3中美建筑幕墙防火设计的比较由于选用的防火封堵材料的不同，中国和美国在幕墙防火的设计，尤其是层间防火封堵的设计上还是存在着一定的差异的。1）不管幕墙后面是否有实体墙，用于防火封堵的防火岩棉都是按照其纹理的走向被固定夹固定在层间位置的。这点和国内的用衬板承托岩棉，组成防火层用以防火封堵的方法的目的是一致的，只是做法不同。图4.3美国常见层间防火设计节点2）用防火绝热垫层机械固定到幕墙的面板和立柱上，并高出楼面大于900mm的高度，以防止铝材和幕墙面板遇火变形。这点和国内规范的800mm的实体墙防火高度是有异曲同工之处的，因为美国楼面板大多是无梁楼盖，只是结构不同而做法上的差异。3）在层间防火岩棉上方喷涂防烟封堵涂料。国内的常见做法是拿镀锌钢板覆盖，在这点7上，国内的做法有价格上的优势，但在实际的效果上没有防烟封堵涂料的效果突出。5结束语本文通过对国内有关建筑幕墙防火现行标准的分析，给出了一些具体的做法的措施；同时对比了美国的幕墙防火方面的措施，帮助设计师加深对现行规范的理解，试图解决困挠部分设计师的幕墙防火问题。不妥之处，敬请各位同行和专家斧正。参考文献：「1」《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号「2」《建筑设计防火规范》GB50016-2006「3」《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）「4」《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154：2003「5」《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ10