●劉建新

(通遼市消防支隊(duì)，內(nèi)蒙古 通遼 028200)

●火災(zāi)預(yù)防

淺析玻璃幕墻火災(zāi)特性及防火設(shè)計(jì)

●劉建新

(通遼市消防支隊(duì)，內(nèi)蒙古 通遼 028200)

玻璃幕墻在高層建筑中的應(yīng)用給建筑帶來了很大的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。介紹了玻璃幕墻的構(gòu)造類型，對玻璃幕墻的火災(zāi)特性及火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行相關(guān)分析和探討，并結(jié)合規(guī)范，分析了國內(nèi)外幕墻防火構(gòu)造的具體做法，明確了幕墻防火的關(guān)鍵措施，為下一步研究指明了方向。

玻璃幕墻；火災(zāi)特性；防火設(shè)計(jì)

0 引言

玻璃幕墻作為一種新型的建筑外圍護(hù)性結(jié)構(gòu),廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的建筑外立面上，它具有自身重量輕、施工方便、美觀大方、采光性好等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大建筑設(shè)計(jì)者的喜愛。玻璃幕墻多應(yīng)用于高層建筑中，發(fā)生火災(zāi)后，火災(zāi)煙氣沿幕墻及幕墻與樓板間的空隙向上蔓延，給建筑帶來的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。由于玻璃幕墻的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在火災(zāi)豎向蔓延上，因此本文主要對玻璃幕墻火災(zāi)豎向蔓延規(guī)律進(jìn)行分析，找出玻璃幕墻火災(zāi)防治的關(guān)鍵點(diǎn)，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究動(dòng)態(tài)，在介紹常見防火構(gòu)造基礎(chǔ)上，提出具體的防火措施。

1 玻璃幕墻系統(tǒng)簡介

玻璃幕墻是由玻璃面板與支承結(jié)構(gòu)體系組成，可相對主體有一定位移能力或自身有一定抵抗變形能力、可部分承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載與作用的建筑外圍護(hù)性結(jié)構(gòu)[1]。目前關(guān)于玻璃幕墻的分類方法很多，按構(gòu)造形式可分為框架式玻璃幕墻、點(diǎn)支式玻璃幕墻和全玻式玻璃幕墻三類。

框架式玻璃幕墻是由豎框和橫梁組成的框格與玻璃面板組成，面板固定在框格上，通過豎框或橫梁將所承受的荷載傳遞給建筑主體，如圖1所示。點(diǎn)支式玻璃幕墻是由玻璃面板和駁接組件支承結(jié)構(gòu)組成，按支承結(jié)構(gòu)形式的差別又細(xì)分為鋼桁架點(diǎn)式玻璃幕墻、拉桿點(diǎn)式玻璃幕墻、拉索點(diǎn)式玻璃幕墻等，如圖2所示。全玻式玻璃幕墻是由玻璃肋和玻璃面板組成，具有全透明、大視野的特點(diǎn)，如圖3所示。

另外還有雙層玻璃幕墻，它由外層玻璃幕墻、內(nèi)層玻璃幕墻和中間熱通道構(gòu)成，又叫作熱通道玻璃幕墻或呼吸式玻璃幕墻，具有隔聲、隔熱、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)外幕墻間的夾層有利于室內(nèi)外空氣的循環(huán)，對改善室內(nèi)環(huán)境具有積極的作用，如圖4所示。

圖1 框架式玻璃幕墻

圖2 點(diǎn)支式玻璃幕墻

圖3 全玻式玻璃幕墻

2 火災(zāi)危險(xiǎn)性

玻璃幕墻建筑發(fā)生火災(zāi)后，煙氣向上蔓延方式主要有三種，如圖5所示。(1)火焰通過幕墻破裂口向上蔓延。起火層房間幕墻玻璃破裂，火焰通過幕墻破裂洞口向上蔓延至上層房間。由于玻璃是熱的不良導(dǎo)體，耐火性差，發(fā)生火災(zāi)時(shí)極易變形、破裂造成幕墻大面積掉落，火焰就通過這些洞口向上蔓延。(2)火焰沿幕墻內(nèi)部空腔向上蔓延。例如幕墻建筑中常用的6 mm+9A+6 mm雙層鋼化中空玻璃，其兩層玻璃間的中空厚度為9 mm，發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)成為火災(zāi)豎向蔓延的通道，而對于雙層玻璃幕墻，由于內(nèi)外幕墻間存在空氣腔，當(dāng)室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展到一定程度時(shí)，內(nèi)幕墻玻璃破裂脫落，火焰會(huì)進(jìn)入空氣腔并沿著腔壁向上蔓延，在高層建筑中極易形成“煙囪效應(yīng)”，嚴(yán)重影響火災(zāi)撲救和人員疏散的正常進(jìn)行[2]。(3)火災(zāi)煙氣沿幕墻與樓板間縫隙向上蔓延。當(dāng)建筑幕墻的層間防火封堵失效時(shí)，煙氣就通過縫隙向上層蔓延，造成更大的火災(zāi)。以上三種火災(zāi)豎向蔓延方式會(huì)導(dǎo)致建筑豎向防火分隔失效，防火分區(qū)遭到破壞，火災(zāi)和煙氣會(huì)通過豎向通道向上蔓延。

圖5 玻璃幕墻火災(zāi)蔓延示意圖

3 規(guī)范探討及相關(guān)防火設(shè)計(jì)介紹

3.1 規(guī)范探討

國內(nèi)關(guān)于玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)的規(guī)范主要有《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[3](GB 50016-2014)、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》[4](JGJ 102)等。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016-2014)第6.2.5條、第6.2.6條對玻璃幕墻防火進(jìn)行了強(qiáng)制性規(guī)定：(1)建筑外墻應(yīng)設(shè)置窗檻墻或防火挑檐，設(shè)置窗檻墻時(shí)，窗檻墻應(yīng)采用實(shí)體墻，實(shí)體墻高度不應(yīng)小于1.2 m；設(shè)置防火挑檐時(shí)，挑檐寬度不應(yīng)小于1.0 m，長度不應(yīng)小于開口寬度。(2)當(dāng)室內(nèi)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，窗檻墻高度不應(yīng)小于0.8 m。(3)當(dāng)采用實(shí)體墻確有困難時(shí)，高層建筑應(yīng)采用乙級防火窗或耐火完整性不低于1.00 h的C類防火窗，單、多層建筑應(yīng)采用丙級防火窗或耐火完整性不低于0.50 h的C類防火窗。(4)幕墻與樓板、隔墻間的縫隙應(yīng)采用防火封堵材料封堵。同時(shí)需要注意窗檻墻、防火挑檐的耐火極限和燃燒性能，均不應(yīng)低于相應(yīng)耐火等級建筑外墻的要求。

《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》(JGJ 102，報(bào)批稿)在與《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》保持一致的同時(shí)，對防火封堵提出了具體的要求：層間水平防火封堵構(gòu)造宜沿窗檻墻或防火裙墻的上部和下部各設(shè)一道。如只設(shè)置一道時(shí)，宜設(shè)置在窗檻墻或防火裙墻的下部；防火封堵厚度不應(yīng)小于100 mm，承托板應(yīng)采用厚度不小于1.5 mm的鍍鋅鋼板或其它防火板材；承托板之間以及承托板與幕墻結(jié)構(gòu)、窗檻墻或防火裙墻之間的縫隙應(yīng)填充防火密封材料。

由上可知，規(guī)范對玻璃幕墻的防火要求主要是為防止火災(zāi)在垂直方向上的蔓延，主要防火措施既有對幕墻系統(tǒng)防火性能的要求，如采用相應(yīng)耐火等級的防火窗，又有對相關(guān)防火構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求，如規(guī)定窗檻墻高度和防火挑檐寬度、設(shè)置必要的層間防火封堵等。

3.2 常見防火構(gòu)造介紹

玻璃幕墻常見的防火構(gòu)造設(shè)計(jì)主要有以下兩種方式：一種是將窗檻墻設(shè)置在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)，兼顧了防火和美觀的要求，如圖6(a)所示；另一種是直接將窗檻墻設(shè)置在玻璃幕墻系統(tǒng)上，如圖6(b)所示。兩種做法均能滿足規(guī)范防火要求，在本質(zhì)上是一致的，在實(shí)際工程中第一種應(yīng)用更廣泛。

1.玻璃幕墻；2.窗檻墻或防火裙墻；3.層間防火封堵；4.樓板

防火構(gòu)造(a)的具體做法如圖7所示，其防火裙墻設(shè)置在樓板下部，且滿足我國規(guī)范中不燃性實(shí)心墻高度不小于0.8 m的防火設(shè)計(jì)要求；層間水平防火封堵設(shè)置在防火裙墻下部，采用厚度不小于100 mm的防火巖棉進(jìn)行封堵，并采用1.5 mm厚的鍍鋅鋼板支承，能夠很好地阻止火勢向上蔓延，滿足規(guī)范要求。需要注意的是由于防火封堵距離下層樓板較近，而發(fā)生火災(zāi)時(shí)天花板附近溫度很高，且天花板附近的裝修構(gòu)件如窗簾盒等易燃，加劇了火勢的蔓延，因此要保證防火封堵的完整有效，應(yīng)提高承托板與幕墻及防火裙墻間連接部位的防火性能。

圖7 玻璃幕墻層間防火構(gòu)造(a)細(xì)部設(shè)計(jì)圖

圖8所示為國外某公司采用的鋁合金框架式玻璃幕墻防火構(gòu)造，符合美國ASTME-2307測試標(biāo)準(zhǔn)。其主要設(shè)計(jì)滿足以下要求：玻璃拱肩板(如圖中2C所示)采用鋼化透明玻璃，其上端距樓板上表面的距離大于0.9 m，在拱肩板內(nèi)側(cè)應(yīng)設(shè)置絕熱墊層(圖中2G)，絕熱墊層耐火等級與樓板一致，應(yīng)滿足2 h的耐火極限要求，可采用防火巖棉，巖棉墊朝向室內(nèi)部分以鋁箔貼面，墊層應(yīng)與鋁框齊平，并在絕熱板與玻璃幕墻之間留約5 mm厚的空氣腔；在鋁擠壓框外表面貼附耐火橡膠擠壓條(圖中2E)，耐火性能應(yīng)與絕熱板(圖中2G)保持一致，在鋁豎框內(nèi)側(cè)應(yīng)貼附隔熱條(圖中2H)，并以自攻螺絲等方式固定至鋁框，防止鋁框遇火變形。

1.樓板；2.幕墻系統(tǒng)；2A.鋁合金框架與建筑主體相連的連接配件(未顯示)；2B.鋁合金幕墻框架；2C.玻璃拱肩板；2D.玻璃面板；2E.耐火橡膠擠壓條；2F.火藥擊釘；2G.絕熱墊層；2H.隔熱條(保護(hù)鋁材)；2I、2J.角鋼；3.層間封堵；3A.防火封堵被襯層；3B.防火密封漆

圖8 國外鋁合金框架玻璃幕墻層間防火構(gòu)造示意圖

在層間防火封堵構(gòu)造中，層間防火封堵最小厚度為100 mm，壓緊后最小密度130 kg·m-3，并采用巖棉作為被襯層，滿足平常使用時(shí)的位移變形要求，巖棉壓縮率33%。為防止防火封堵被襯層遇火變形脫落，失去隔煙效果，應(yīng)在上部涂刷3 mm厚彈性防火密封漆，滿足2 h防火防煙要求，彈性形變能力至少±15%。同時(shí)要求如果防火封堵被襯層會(huì)承受垂直切應(yīng)力，應(yīng)在其內(nèi)部設(shè)置一定數(shù)量的Z型鍍鋅鋼材與建筑主體相連。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上分析可知，為防止火災(zāi)通過玻璃幕墻系統(tǒng)豎向蔓延，應(yīng)加強(qiáng)上下樓層間的防火設(shè)計(jì)：(1)通過窗檻墻等方式使窗口溢出的火焰不至于垂直蔓延至上一樓層，但窗檻墻高度，窗檻墻與樓層間的位置關(guān)系還需要進(jìn)一步研究；(2)層間水平防火封堵是防止火災(zāi)豎向蔓延的重要手段，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》都強(qiáng)調(diào)了這一問題，要求防火封堵構(gòu)造具有穩(wěn)定性、耐久性和抗變形能力[5]。本文分析了國內(nèi)外的一些具體措施，以期對玻璃幕墻防火有所幫助。

[1] 陳連勝,查恩明,金長江,等.典型建筑幕墻系統(tǒng)介紹[J].門窗,2011,(7):13-19.

[2] 倪照鵬,路世昌,智會(huì)墻,等.雙層玻璃幕墻全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)研究[J].火災(zāi)科學(xué),2007,16(4):232-241.

[3] GB 50016-2014,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[4] JGJ 102,玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程(報(bào)批稿)[S].

[5] 黃暉宇,賈杰,鄧志欣.幕墻層間防火封堵技術(shù)探討[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2012,(8):16-18.

(本欄責(zé)任編輯、校對 李 蕾)

Preliminary Analysis on Fire Characteristic of Skin Facade and Design for Fire Protection and Prevention

LIU Jian-xin

(TongliaoMunicipalFireBrigade,InnerMongoliaAutonomousRegion028200,China)

The application of skin facade brings big fire potential for high buildings. This paper introduces the construction of skin facade and makes a related analysis its fire characteristic and its dangerous potential. Also , according to regulation and standards, it introduces fire protection construction of skin facade at home and abroad, as well as the key measures of fire protection of skin facade, which can benefit the following researching work.

skin facade; fire characteristic; fire protection design

2014-11-16

劉建新(1979— )，男，內(nèi)蒙古通遼人，助理工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)02-0046-04