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防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的設計探討

發布時間:2019-11-25 點擊數:28
 

建筑防火是建筑設計的一個重要課題,建筑防火分區與防火隔斷的要求往往使建筑師在建筑裝飾效果與建筑防火上進退兩難。防火玻璃的出現使這一難題迎韌而解,防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷在越來越多的建筑中被廣泛采用。在大樓封閉式避難層、封閉的疏散樓梯(如上海大劇院、香港匯豐銀行),大型場館的建筑防火分區(如廣東省奧林匹克體育場、南寧會展等)的隔斷需要都大量地使用了防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷。防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷作為一種具有一定耐火極限的建筑構件,用以控制和防止火災沿豎向或水平方向向同一建筑物的其他部分蔓延,形成建筑防火分區得到了廣泛的認同。但其作為一種特殊的防火產品,如果其設計與選材不當,就可能形成不了真正的防火分區而達不到減輕火災造成損失的目的。

 

一、防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的防火

建筑防火主要由被動防火體系和主動防火體系構成,同時考慮建筑物內人員的安全疏散要求。被動防火主要是根據燃燒的基本原理,采取措施防止燃燒條件的產生或削弱燃燒條件的發展,阻止火勢蔓延。如設置防火墻等;主動防火體系主要采取措施及早探測火災,破壞已形成的燃燒條件,把火熄滅或控制在一定范圍內,減少火災損失,如設置火災自動報警器、滅火設施和防排煙系統等。

防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷屬于被動防火體系,其主要作用是防止火災的蔓延。而建筑物火災蔓延的方式有火焰蔓延、熱傳導、熱對流和熱輻射等四種,同時伴隨有煙氣的蔓延。除第一種方式是火焰通過直接引燃可燃材料使火災蔓延外,后三種方式都是以不同的熱量傳遞過程使可燃材料被引燃從而造成火災的蔓延。因此,防火玻璃幕墻與防火隔斷設計的重點是在如何防止火災蔓延上。

根據相關規范,建筑物的耐火等級要求是確保建筑物在火災中不會在短時間內倒塌。防火玻璃幕墻與隔斷是建筑物的一部分,其作用也就是確保火災發生后的一定時間內保持完好,即耐火性。因此,設計時其耐火等級的選取需根據其所在建筑物的耐火等級,所處建筑物的部位的防火要求來確定

 

二、玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的功能要求

根據建筑物火災蔓延的方式,以及防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的作用,其應有如下基本特性:

2.1隔煙。即在火災發生時,能阻擋火災產生的煙氣從受火的一面傳到背火的一面。這是最基本的要求,合理有效地阻擋是火災產生的煙氣,避免形成煙囪效應,是控制火勢蔓延,保證疏散通道暢通或避難有效的根本。

2.2耐火完整性。即在火災發生,其一面受火時,能在一定時間內防止火焰穿透或防止火焰在背火面出現。根據建筑防火的設計要求,防火玻璃幕墻或防火隔斷應具有良好的完整性。如出現一燒即倒,一燒即垮或達不到防火時限的要求,火災也會蔓延,起不到減少火災損失的目的。

2.3耐火隔熱性。即在火災發生,其一面受火時,能在一定時間內其背火面溫度上升不至于引燃背火區物品。如滿足了隔煙,保證了完整,但由于火災產生的熱量通過防火玻璃后大量的熱輻射導致背火面的易燃物燃燒,也沒有起到防火的作用。

 

三、防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的設計

防火玻璃幕墻首先它是幕墻,它必須有幕墻具有的所有特性。如風壓、雨水、空氣滲漏、平面內變形等各項性能。這些方面的設計要求在JGJ102規范中已有明確的要求,此處不再贅述。作為具有防火功能的玻璃幕墻,除具有上述功能外,更重要的是防火的功能。同樣,防火玻璃隔斷設計首先也是先考慮其自身結構安全的前提下,然后才考慮防火的要求。

3.1隔煙設計

幕墻的結構要達到隔煙的效果,首先要是密封性要好,不僅僅是我們幕墻性能中提到的密封性,而是防火的密封性,是在火災發生時的一定時間內也要有較好的密封效果。因此,采用開放式系統設計的明框幕墻與單元式幕墻結構不適合作為防火玻璃幕墻的結構。與普通幕墻密封設計相比要注意兩點:一是型材的內腔密封處理,普通幕墻設計時豎料是插接相通的,具有形成煙囪效應的可能性,在防火玻璃幕墻設計時,一定要將空腔用難燃材料進行封堵。另一方面,要考慮火災發生時幕墻的局部受熱膨脹變形所帶來的密封失效。因此在骨架的聯接部位須采用腰形孔,密封材料的選用上采用彈性好且具有防火性能的密封膠等。

3.2耐火完整性設計。

幕墻或隔斷要達到在火災發生時在設計的耐火時限內不垮不倒,也就是所選用的幕墻或隔斷結構與材料必須具有耐火性能。因而,耐火完整性設計考慮的首先是幕墻或隔斷與主體的聯接問題,其次就是材料的選用問題。

3.2.1防火玻璃幕墻與防火隔斷需完整、獨立。防火玻璃幕墻,作為建筑的外圍護結構,其作用是防止火災沿豎向蔓延。它往往只是一面幕墻的一片或一部分。為防止其在火災中垮塌,在骨架結構上要將它與之相連部分的幕墻完全分開,與主體結構充分固定。如采用常規幕墻的插接連接,著火時會由于非防火部分的倒塌而導致防火部分的失效。防火隔斷也是如此,獨立、完整是滿足耐火性能的基礎。

3.2.2防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷結構要有較好的吸收熱變形的能力。火災發生時,幕墻或隔斷的金屬骨架受熱膨脹而伸長,如處理不當會由于膨脹擠壓導致結構破壞而起不到防火作用。因此在設計時,連接部位采用長腰孔或其它預留變形位是細節上需考慮的關鍵問題。圖2和圖3為防火玻璃幕墻豎向連接節點,豎料上部為開圓孔,下部開豎向腰孔。

3.2.3防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的材料要有耐火能力。火災發生時,一般起火后10min內火焰的平均溫度為700℃左右;起火后20min內,火焰溫度一般為800℃左右;起火后30min內,火焰平均溫度為840℃左右;1h內可達到925℃左右。根據建筑對防火幕墻或隔斷的耐火時限要求,選用適當的防火材料是達到功能與經濟性統一的基礎。幕墻或隔斷的骨架材料多為鋁型材與鋼型材,但鋁材的熔點約為400℃,鋼材在火災高溫作用下,其力學性能如屈服強度、彈性模量等卻會隨溫度升高而降低,在550℃左右時,降低幅度更為明顯,一般在15min左右就會喪失承重能力而垮塌。可見,如不進行防火處理,火災發生15min內都會被燒垮。因此作為防火玻璃幕墻與隔斷的骨架材料均需進行防火處理。玻璃,作為防火玻璃幕墻與隔斷的主要材料理所當然選用防火玻璃。目前防火玻璃種類較多,選擇時要綜合考慮建筑裝飾效果、強度、耐火極限等方面。連接部位的耐火作用是整個系統的完整性的基礎,連接處的預埋件與連件件均應加防火保護層。

 

四、防火玻璃及使用

防火玻璃是在規定的耐火試驗中能夠保持其完整性和隔熱性的特種玻璃,根據現行規范分為三類:

A類防火玻璃:同時滿足耐火完整性、耐火隔熱性要求的防火玻璃。此類玻璃具有透光、防火(隔煙、隔火、遮擋熱輻射)、隔聲、抗沖擊性能適用于建筑裝飾鋼木防火門、窗、上亮、隔斷墻、采光頂、透視地板及其他需要既透明又防火的建筑組件中。

B類防火玻璃:同時滿足耐火完整性、熱輻射強度要求的防火玻璃。

C類防火玻璃:只滿足耐火完整性要求的防火玻璃。此類玻璃具有透光、防火、強度高等特點。適用于無隔熱要求的防火玻璃隔斷墻、防火窗、擋煙垂壁、室外幕墻等。

從結構上分,防火玻璃分為復合防火玻璃與單片防火玻璃:

4.1復合防火玻璃。是一種在兩片透明夾層玻璃之間灌注一種可遇火發泡膨脹的無色透明的特殊耐火化學物質,經硬化后制成。根據灌注化學物質的不同,復合玻璃可做成A類或B類防火玻璃。當火災發生時,灌注固化在防熱輻射型復合防火玻璃中間的特殊透明化學物質大量地吸收火焰中的熱量而發泡膨脹,同時變成不透時的白色,從而阻止玻璃迎火面火焰的熱輻射向背火面傳遞,并在一定程度上降低迎火面向背火面傳遞熱量。在此過程中玻璃整體保持完整,形成一個可以阻隔火焰、煙霧和燃燒產生毒氣擴散與漫延的屏障。復合防火玻璃在紫外線長期照射下會變成乳白色及產生汽泡,失去玻璃的透明功能。因而不太適合在外墻上使用,但對于有耐火隔熱性要求和防熱輻射要求的防火隔斷中采用。

4.2單片防火玻璃。是浮法玻璃經過物理與化學的方法進行特殊處理而得到的一種耐火完整性的玻璃,屬C類防火玻璃。單片防火玻璃防火原理:火災發生的初期,單片玻璃隔斷物的迎火面與背火面之間會形成較大的溫差,玻璃內部在這樣的溫差作用下在短時間內會產生較大的不均勻熱應力,導致玻璃炸裂而破碎從而失去完整性。因而減少玻璃兩面的溫差或增加其抵抗熱應力的能力是提高其防火性能的基本途徑。目前國內生產的單片銫鉀防火玻璃在1000℃火焰沖擊下能保持84183min不炸裂,且在同樣的厚度下,它的強度是浮法玻璃的612倍;是鋼化玻璃的1.53倍。它同時還有很好的加工性,能加工成為夾層安全玻璃、中空玻璃、鍍膜玻璃和點式幕墻玻璃等。因而,單片防火玻璃得到了更加廣泛的應用。

 

五、防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷的耐火性能

防火玻璃幕墻或隔斷的耐火性能等級的選用由其所在建筑的防火要求來定,但設計是否可以達到其耐火等級的要求,一方面取決于選用的材料的耐火性能,另一方面取決于幕墻或隔斷的結構。結構上的問題根據設計圖紙不難發現,但材料的選用就不能忽視了。因為目前很多材料的防火性能都是按照相關規范,在一定的前提條件下試驗的結果,產品說明書上的防火性能在實際使用過程中的工作狀況未必能達到。

嚴格地講,對于面積大且耐火性能等級要求高的防火玻璃幕墻與防火玻璃隔斷系統,應選取有代表性的設計單元進行耐火性能試驗,以確保達到防火要求。

 

筆者認為在設計時要注意如下三個方面:

1、防火玻璃幕墻與隔斷的設計并不是簡單地將幕墻或隔斷所使用的非耐火性能的材料改用耐火的材料就可以,更不是將普通玻璃換成防火玻璃就萬事大吉,而是要將它作為一個防火系統來全面考慮。

2、防火玻璃幕墻與隔斷的所能達到的耐火性能等級,需要綜合考慮整個系統各因素的耐火等級才能確定,主觀地推測可能會犯錯誤,必要時需做檢測試驗來確定。

3、設計選用防火玻璃時,需注意玻璃板塊的尺寸與耐火性能等級的對應關系。