防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的设计探讨

防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的设计探讨1．前言建筑防火是建筑设计的一个重要课题，建筑防火分区与防火隔断的要求往往使建筑师在建筑装饰效果与建筑防火上进退两难。防火玻璃的出现使这一难题迎韧而解，防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断在越来越多的建筑中被广泛采用。在大楼封闭式避难层、封闭的疏散楼梯（如上海大剧院、香港汇丰银行），大型场馆的建筑防火分区（如广东省奥林匹克体育场、南宁会展等）的隔断需要都大量地使用了防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断。防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断作为一种具有一定耐火极限的建筑构件，用以控制和防止火灾沿竖向或水平方向向同一建筑物的其他部分蔓延，形成建筑防火分区得到了广泛的认同。但其作为一种特殊的防火产品，如果其设计与选材不当，就可能形成不了真正的防火分区而达不到减轻火灾造成损失的目的。2．防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的防火建筑防火主要由被动防火体系和主动防火体系构成，同时考虑建筑物内人员的安全疏散要求。被动防火主要是根据燃烧的基本原理，采取措施防止燃烧条件的产生或削弱燃烧条件的发展，阻止火势蔓延。如设置防火墙等；主动防火体系主要采取措施及早探测火灾，破坏已形成的燃烧条件，把火熄灭或控制在一定范围内，减少火灾损失，如设置火灾自动报警器、灭火设施和防排烟系统等。防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断属于被动防火体系，其主要作用是防止火灾的蔓延。而建筑物火灾蔓延的方式有火焰蔓延、热传导、热对流和热辐射等四种，同时伴随有烟气的蔓延。除第一种方式是火焰通过直接引燃可燃材料使火灾蔓延外，后三种方式都是以不同的热量传递过程使可燃材料被引燃从而造成火灾的蔓延。因此，防火玻璃幕墙与防火隔断设计的重点是在如何防止火灾蔓延上。根据相关规范，建筑物的耐火等级要求是确保建筑物在火灾中不会在短时间内倒塌。防火玻璃幕墙与隔断是建筑物的一部分，其作用也就是确保火灾发生后的一定时间内保持完好，即耐火性。因此，设计时其耐火等级的选取需根据其所在建筑物的耐火等级，所处建筑物的部位的防火要求来确定。3．玻璃幕墙与防火玻璃隔断的功能要求根据建筑物火灾蔓延的方式，以及防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的作用，其应有如下基本特性：3.1隔烟。即在火灾发生时，能阻挡火灾产生的烟气从受火的一面传到背火的一面。这是最基本的要求，合理有效地阻挡是火灾产生的烟气，避免形成烟囱效应，是控制火势蔓延，保证疏散通道畅通或避难有效的根本。3.2耐火完整性。即在火灾发生，其一面受火时，能在一定时间内防止火焰穿透或防止火焰在背火面出现。根据建筑防火的设计要求，防火玻璃幕墙或防火隔断应具有良好的完整性。如出现一烧即倒，一烧即垮或达不到防火时限的要求，火灾也会蔓延，起不到减少火灾损失的目的。3.3耐火隔热性。即在火灾发生，其一面受火时，能在一定时间内其背火面温度上升不至于引燃背火区物品。如满足了隔烟，保证了完整，但由于火灾产生的热量通过防火玻璃后大量的热辐射导致背火面的易燃物燃烧，也没有起到防火的作用。4．防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的设计防火玻璃幕墙首先它是幕墙，它必须有幕墙具有的所有特性。如风压、雨水、空气渗漏、平面内变形等各项性能。这些方面的设计要求在JGJ102规范中已有明确的要求，此处不再赘述。作为具有防火功能的玻璃幕墙，除具有上述功能外，更重要的是防火的功能。同样，防火玻璃隔断设计首先也是先考虑其自身结构安全的前提下，然后才考虑防火的要求。4.1隔烟设计。幕墙的结构要达到隔烟的效果，首先要是密封性要好，不仅仅是我们幕墙性能中提到的密封性，而是防火的密封性，是在火灾发生时的一定时间内也要有较好的密封效果。因此，采用开放式系统设计的明框幕墙与单元式幕墙结构不适合作为防火玻璃幕墙的结构。与普通幕墙密封设计相比要注意两点：一是型材的内腔密封处理，普通幕墙设计时竖料是插接相通的，具有形成烟囱效应的可能性，在防火玻璃幕墙设计时，一定要将空腔用难燃材料进行封堵。另一方面，要考虑火灾发生时幕墙的局部受热膨胀变形所带来的密封失效。因此在骨架的联接部位须采用腰形孔，密封材料的选用上采用弹性好且具有防火性能的密封胶等。4.2耐火完整性设计。幕墙或隔断要达到在火灾发生时在设计的耐火时限内不垮不倒，也就是所选用的幕墙或隔断结构与材料必须具有耐火性能。因而，耐火完整性设计考虑的首先是幕墙或隔断与主体的联接问题，其次就是材料的选用问题。4.2.1防火玻璃幕墙与防火隔断需完整、独立。防火玻璃幕墙，作为建筑的外围护结构，其作用是防止火灾沿竖向蔓延。它往往只是一面幕墙的一片或一部分。为防止其在火灾中垮塌，在骨架结构上要将它与之相连部分的幕墙完全分开，与主体结构充分固定。如采用常规幕墙的插接连接，着火时会由于非防火部分的倒塌而导致防火部分的失效。防火隔断也是如此，独立、完整是满足耐火性能的基础。4.2.2防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断结构要有较好的吸收热变形的能力。火灾发生时，幕墙或隔断的金属骨架受热膨胀而伸长，如处理不当会由于膨胀挤压导致结构破坏而起不到防火作用。因此在设计时，连接部位采用长腰孔或其它预留变形位是细节上需考虑的关键问题。图2和图3为防火玻璃幕墙竖向连接节点，竖料上部为开圆孔，下部开竖向腰孔。4.2.3防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的材料要有耐火能力火灾发生时，一般起火后10min内火焰的平均温度为700℃左右；起火后20min内，火焰温度一般为800℃左右；起火后30min内，火焰平均温度为840℃左右；1h内可达到925℃左右。根据建筑对防火幕墙或隔断的耐火时限要求，选用适当的防火材料是达到功能与经济性统一的基础。幕墙或隔断的骨架材料多为铝型材与钢型材，但铝材的熔点约为400℃，钢材在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550℃左右时，降低幅度更为明显，一般在15min左右就会丧失承重能力而垮塌。可见，如不进行防火处理，火灾发生15min内都会被烧垮。因此作为防火玻璃幕墙与隔断的骨架材料均需进行防火处理。玻璃，作为防火玻璃幕墙与隔断的主要材料理所当然选用防火玻璃。目前防火玻璃种类较多，选择时要综合考虑建筑装饰效果、强度、耐火极限等方面。连接部位的耐火作用是整个系统的完整性的基础，连接处的预埋件与连件件均应加防火保护层。5．防火玻璃及使用防火玻璃是在规定的耐火试验中能够保持其完整性和隔热性的特种玻璃，根据现行规范分为三类：A类防火玻璃：同时满足耐火完整性、耐火隔热性要求的防火玻璃。此类玻璃具有透光、防火（隔烟、隔火、遮挡热辐射）、隔声、抗冲击性能适用于建筑装饰钢木防火门、窗、上亮、隔断墙、采光顶、挡烟垂壁、透视地板及其他需要既透明又防火的建筑组件中。B类防火玻璃：同时满足耐火完整性、热辐射强度要求的防火玻璃。C类防火玻璃：只满足耐火完整性要求的防火玻璃。此类玻璃具有透光、防火、强度高等特点。适用于无隔热要求的防火玻璃隔断墙、防火窗、室外幕墙等。从结构上分，防火玻璃分为复合防火玻璃与单片防火玻璃。5.1复合防火玻璃。是一种在两片透明夹层玻璃之间灌注一种可遇火发泡膨胀的无色透明的特殊耐火化学物质，经硬化后制成。根据灌注化学物质的不同，复合玻璃可做成A类或B类防火玻璃。当火灾发生时，灌注固化在防热辐射型复合防火玻璃中间的特殊透明化学物质大量地吸收火焰中的热量而发泡膨胀，同时变成不透时的白色，从而阻止玻璃迎火面火焰的热辐射向背火面传递，并在一定程度上降低迎火面向背火面传递热量。在此过程中玻璃整体保持完整，形成一个可以阻隔火焰、烟雾和燃烧产生毒气扩散与漫延的屏障。复合防火玻璃在紫外线长期照射下会变成乳白色及产生汽泡，失去玻璃的透明功能。因而不太适合在外墙上使用，但对于有耐火隔热性要求和防热辐射要求的防火隔断中采用。5.2单片防火玻璃。是浮法玻璃经过物理与化学的方法进行特殊处理而得到的一种耐火完整性的玻璃，属C类防火玻璃。单片防火玻璃防火原理：火灾发生的初期，单片玻璃隔断物的迎火面与背火面之间会形成较大的温差，玻璃内部在这样的温差作用下在短时间内会产生较大的不均匀热应力，导致玻璃炸裂而破碎从而失去完整性。因而减少玻璃两面的温差或增加其抵抗热应力的能力是提高其防火性能的基本途径。目前国内生产的单片铯钾防火玻璃在1000℃火焰冲击下能保持84～183min不炸裂，且在同样的厚度下，它的强度是浮法玻璃的6～12倍；是钢化玻璃的1.5～3倍。它同时还有很好的加工性，能加工成为夹层安全玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃和点式幕墙玻璃等。因而，单片防火玻璃得到了更加广泛的应用。6．防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断的耐火性能防火玻璃幕墙或隔断的耐火性能等级的选用由其所在建筑的防火要求来定，但设计是否可以达到其耐火等级的要求，一方面取决于选用的材料的耐火性能，另一方面取决于幕墙或隔断的结构。结构上的问题根据设计图纸不难发现，但材料的选用就不能忽视了。因为目前很多材料的防火性能都是按照相关规范，在一定的前提条件下试验的结果，产品说明书上的防火性能在实际使用过程中的工作状况未必能达到.。性能检测如根据《建筑用安全玻璃防火玻璃》（GB15763.1-2001）标准，测试样件的最小规格为1100mm×600mm。在进行产品耐火性能检测时，按此最小尺寸进行试验，耐火时间为100min，但大于此尺寸时可能就是80min。因为防火玻璃属于刚性脆质材料，其耐火性能很大程度上取决于玻璃尺寸。尺寸越大，耐火性能越低。因此，对于防火玻璃，在实际使用中规格小于样件的防火玻璃，可以认定其耐火性能满足试验报告的结果，但如果实际使用的玻璃规格大于已有试验报告的样件，则必须采用与实际构件同样大小或更大规格的样件重新进行试验才能确定。严格地讲，对于面积大且耐火性能等级要求高的防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断系统，应选取有代表性的设计单元进行耐火性能试验，以确保达到防火要求。7．结束语防火玻璃幕墙与防火玻璃隔断作为一种新的建筑防火产品被越来越多的建筑所采用，但这类产品的设计检验还没有专门的规范与标准。笔者认为在设计时要注意如下三个方面：7.1防火玻璃幕墙与隔断的设计并不是简单地将幕墙或隔断所使用的非耐火性能的材料改用耐火的材料就可以，更不是将普通玻璃换成防火玻璃就万事大吉，而是要将它作为一个防火系统来全面考虑。7.2防火玻璃幕墙与隔断的所能达到的耐火性能等级，需要综合考虑整个系统各因素的耐火等级才能确定，主观地推测可能会犯错误，必要时需做检测试验来确定。7.3设计选用防火玻璃时，需注意玻璃板块的尺寸与耐火性能等级的对应关系。参考文献1.《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）2.《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）3.《镶玻璃构件耐火试验方法》（GB12513-90）4.《防火玻璃非承重隔墙通用技术条件》（GA97-1995）5.《建筑用安全玻璃防火玻璃》（GB15763.1-2001）