玻璃幕墙防火设计及工程应用研究

　　摘要：玻璃幕墙作为一种新型的建筑构件，以其自重轻、光亮、明快、挺拔、美观、装饰艺术效果好等优点，自70-80年代以来，被大量地应用在高层建筑之中。本文先后同通过对垂直和水平的防火封堵设计，以期降低建筑的火灾危险性。

　　关键词: 玻璃幕墙,防火,设计

　　引言：玻璃幕墙是由金属构件和玻璃板组成的建筑外墙面围护结构，分明框、半明框和隐框玻璃幕墙三种。构成玻璃幕墙的材料主要有：钢、铝合金、玻璃、不锈钢和粘接密封剂。在实际的幕墙设计中，应注意防火分区的设计。防火分区是指在设计中将建筑物的平面和空间以防火墙、防火门窗、防火卷帘及一定耐火极限的楼板等分成若干区。防火分区包括楼层的水平分区和垂直分区两部分。在建筑物内采取划分防火分区这一措施，可以在建筑物一旦发生火灾时，有效地把火势控制在一定的范围内，阻止火势蔓延扩大，减少火灾损失，同时可以为人员安全疏散、消防扑救提供有利条件。防火分区的重要性已在无数次火灾教训中得到验证。

　　一、防火分区的概念及划分类别

　　防火分区，按照防止火灾向防火分区以外扩大蔓延的功能可分为两类：其一是竖向防火分区，用以防止多层或高层建筑物层与层之间竖向发生火灾蔓延。竖向防火分区是指用耐火性能较好的楼板及窗间墙(含窗下墙)，在建筑物的垂直方向对每个楼层进行的防火分隔。

　　其二是水平防火分区，用以防止火灾在水平方向扩大蔓延。水平防火分区是指用防火墙或防火门、防火卷帘等防火分隔物将各楼层在水平方向分隔出的防火区域。它可以阻止火灾在楼层的水平方向蔓延。防火分区应用防火墙分隔。如确有困难时，可采用防火卷帘加冷却水幕或闭式喷水系统，或采用防火分隔水幕分隔。

　　从防火的角度看，防火分区划分得越小，越有利于保证建筑物的防火安全。防火分区面积大小的确定应考虑建筑物的使用性质、重要性、火灾危险性、建筑物高度、消防扑救能力以及火灾蔓延的速度等因素。

　　二、竖直方向的防火封堵设计

　　竖直方向的防火封堵设计是幕墙防火设计的重中之重。根据建筑结构的不同,分以下几种情况:

　　1、当幕墙内侧有实体窗槛墙时(规范要求包括结构梁板及上部泛水高度≥800 mm,根据蹿火半径,此高度宜为1 200 mm)。对该节点,设计应注意以下几点:

　　1.1正确划分板块

　　幕墙设计人员应正确理解防火分区概念,楼面梁及实体窗槛墙是属于上下防火分区的隔断,因此对有窗槛墙的防火分区以楼面水平线划分并不合理,而宜以楼面、楼面梁及实体窗槛墙的外沿线进行划分确定。玻璃板块并未穿越两个防火分区,与规范中的有关要求也并不矛盾,即使火灾中楼面玻璃板块破坏,由于上道防火封堵并未受到破坏,防火封堵仍可以起到有效的阻隔作用。建议不宜采用板块划分模式。若由于建筑原因必须采用这种划分模式时,建议楼面处的玻璃采用防火玻璃,并且立柱的伸缩缝宜稍向下设置,以错开横梁的角码位置。或者在楼面上的第一根横梁上方加做一道防火封堵,以保证即使楼面处的板块破坏但由于上道防火封堵未受破坏,仍可有效起到防火保护作用。但这种结构从室内看由于窗台高度过高明显影响视觉效果。

　　1.2防火层宜尽量设置在梁底下缘与吊顶齐平(或与梁底齐平),并设置在幕墙横梁的下方

　　其目的也是为了保护预埋件、钢角码等尽量不受火灾的影响(钢材在300℃~400℃时承载力会降低,600℃时会失去承载力,铝型材的耐火温度更低)。如果在火灾中预埋件及钢角码等受到严重影响后承载力降低,甚至丧失,这时,当整个幕墙骨架脱落时,其后果是极其严重的。

　　1.3窗槛墙上部与幕墙相交处宜增加一道防烟封堵

　　通常这种有窗槛墙的幕墙玻璃未采用防火玻璃,一旦该处玻璃破裂后,由于实体墙(包括梁与板等)的保护,通常明火火焰难以直接蹿至上一楼层,但火灾中产生的大量有毒烟气会随着玻璃的破裂而进入到上一楼层。如果在窗槛墙的上部与幕墙的相交处再增加一道防烟封堵的话,此问题基本可以得到解决。

　　1.4采用此种结构时,防火层通常用1. 5 mm厚的钢板支撑内部的防火矿棉

　　在设计时,应注意钢板不能直接与幕墙玻璃接触,以避免在火灾时钢板受热膨胀顶碎玻璃。但钢板又不能与幕墙玻璃距离太大,以免在负压作用时(火灾时因室内温度升高室内压力大于室外,也相当于幕墙承受到负压作用),钢板与幕墙玻璃之间被拉脱形成明缝,造成烟气上升使防火层起不到应有的防火效果。

　　2、当楼层位置无窗槛墙(或梁板高度小于800 mm)时,从安全防范角度考虑不够理想

　　由于构造原因,上下防火分区通常有一板块相连,而此板块往往是支承在下一防火分区的横梁上。当下一防火分区发生火灾时,此玻璃板块极易被破坏(钢化玻璃通常遇火5~8 min破裂)。一旦玻璃破裂,由于缺乏实体墙的保护,烟气甚至明火就极易蹿至上一防火分区。因此对这种结构防火设计的关键是对此块玻璃的处理方式。即连接上下防火分区的玻璃板块用防火玻璃(此片玻璃的高度宜大于蹿火半径,若玻璃高度过大,则宜上下设置两道防火玻璃)。若幕墙玻璃为非镀膜玻璃,则用夹丝双钢化防火玻璃代替钢板与矿棉或用单片防火铯钾防火玻璃进行封堵,若幕墙玻璃为镀膜玻璃,则水平封堵。另外采用此种结构时楼面处的横梁角码固定也存在问题。其余与有窗槛墙的竖直封堵要求相同。

　　三、水平方向的防火封堵设计

　　水平方向的防火封堵设计与上述的竖直方向的防火封堵设计在实质上是一致的,但在设计时又极易被忽视。根据建筑结构的不同,分为有无窗间墙两种情况:

　　1、当水平两个防火分区之间有窗间墙时,幕墙通常与窗间墙齐平(幕墙在窗间墙外侧的情况极少),此时防火主要依靠窗间墙来实现。根据《高层民用建筑设计防火规范(GB 50045-95, 2001年版)》中的第5. 2. 2条要求,窗间墙的宽度宜大于2 m。若窗间墙宽度小于2 m,则两个防火分区处也需设置防火玻璃。

　　2、当水平方向两个防火分区之间无窗间墙时,此防火封堵节点可参照楼层位置无窗槛墙时竖直方向的防火封堵设计。但此处立柱宜从两个防火分区的隔断处开始设置。立柱在两个防火分区处均需设置防火封堵,并应按室内装饰要求选取合适的封堵材料。要注意的是防火分区分隔处的两块幕墙玻璃均应采用防火玻璃,而且此两块防火玻璃宽度之和不宜小于2 m。

　　3、为保证安全,建议不管是否有窗间墙,在防火封堵处理时,宜将两个防火分区相邻处的立柱用防火矿棉封堵在防火层内(有窗间墙时为两根立柱),以保证在火灾时另一防火分区内的结构不致受到大的影响。同时,用作防火封堵的防火板与幕墙玻璃的间隙要求同上述的竖直方向的防火板与玻璃的间隙要求。

　　四、其他几点防火设计参考要点

　　1.低层建筑的管道井、电缆井应每隔2-3层在楼板处用耐火极限不低于0.5h的不燃烧体封隔，其井壁应采用耐火极限不低于1h的不燃烧体。井壁上的检查门应采用丙级防火门。

　　2.电梯井应独立设置，井内严禁敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体管道，并不应敷设与电梯无关的电缆、电线等。电梯井井壁除开设电梯门洞和通气孔洞外，不应开设其他洞口。电梯门不应采用栅栏门。

　　3.高层建筑的电缆井、管道井、排烟道、排气道、垃圾道等竖向管道井，应分别独立设置;其井壁应为耐火等级不低于1h的不燃烧体;井壁上的检查门应采用丙级防火门。

　　4.建筑高度不超过100米的高层建筑，其电缆井、管道井应每隔2--3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔。

　　五、总结

　　综上所述，我们在实际的设计过程中，应充分做好竖直与水平两个防火分区的防火设计。明确自己的职责，按建设程序办事，严格按规范设计和施工。降低玻璃幕墙火灾的危险性，充分服务于高层建筑的整个设计工程。

　　参考文献：

　　【1】《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T 139-2001

　　【2】《玻璃幕墙工程技术规范》　JGJ 102-96

　　【3】《高层民用建筑设计防火规范》　GB50045-95

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文章名称： 玻璃幕墙防火设计及工程应用研究

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