谈玻璃幕墙防火设计要求及注意事项.doc

谈玻璃幕墙防火设计的要求及注意事项摘要：随着建筑业的发展，玻璃幕墙得到了广泛使用。建筑外墙做成玻璃幕墙，利用玻璃的反射功能，充分解释利用光与影转换的机理，使得整个建筑物和周围环境达到情景交融，建筑立面更具有一种溢光流彩的美感。玻璃幕墙外表华贵而又不失庄重，选材优质考究也是一个建设单位经济实力雄厚的最佳象征，虽然造价昂贵，建设单位和建筑师还是乐意大量采用这种装饰形式。由于种种原因，我国城市建设中装饰工程目前还处于一种不规范的管理状态中，玻璃幕墙的设计和安装以及监督互相脱节，常常会因设计、安装人员对防火规范的理解不同甚至于缺乏安全方面的知识而在工程上遗留下许多问题，应得到建筑设计防火审核工作人员的充分注意，及早发现及时处理，以免留下后患。在建筑工程设计中，重视与加强对幕墙工程的防火设计与节点处理，合理使用防火材料，对控制火灾发生与减少火灾发生时的蔓延速度等均能起到一定的作用。关键词：玻璃幕墙；防火设计；注意事项幕墙安全功能的防火设计的重要性是不言而喻的。玻璃幕墙工程技术规范(jgj1022003)对幕墙的防火设计也提出了要求,但规范中对部分防火节点的要求并不很明确。现根据工程实际情况,对玻璃幕墙的防火设计提出一家之言,不当之处敬请批评指正。1、防火原则一般来说，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由火焰蔓延、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。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：(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，合理有效的阻挡火灾产生的烟气，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。(2)耐火完整性。即在火灾发生，其一面受火作用时，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)耐火隔热性。即在火灾发生，其一面受火作用时，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。2、 防护设计注意事项当室内发生火灾时,明火火焰、辐射热甚至高温烟气很容易使幕墙的玻璃破裂、型材软化而降低承载力甚至丧失承载力、结构胶失去粘结强度,最终可能致板块坠落伤害到地面人员。因此有必要在人员最为集中的疏散通道口等部位上方设置防护挑檐。此防护挑檐在设计时,应注意以下事项：(1)幕墙结构设计人员应充分理解规范的本质要求,在建筑立面美观与安全防护方面应做到两者兼顾, 绝不能单纯为了建筑立面的美观而盲目减少挑檐宽度。特别要注意的是此挑檐宽度宜从建筑幕墙的最外面起算,而不是从门洞口起算,对与幕墙整体外挑门洞内凹的结构,应从幕墙外表面起算。 当条件允许时,建议挑檐宽度宜适当加大,同时要考虑增大面积后的自身荷载。(2)因为通道口处为火灾时人员的密集之处,在结构计算时必须考虑充足的安全系数,不能按常规的结构设计。即不仅应考虑到正负风压、结构自重、雨雪及积尘荷载,还必须充分考虑到上部物体坠落到挑檐时对挑檐产生的冲击荷载;同时,在选取板材时,应充分考虑到在上部冲击荷载作用下,板块可能产生破裂但不允许板块掉落。因此建议优先选取双钢化夹胶玻璃。(3)选取合适的结构形式:在同样分格大小、厚度及荷载的情况下,玻璃板块的最大应力随板块的支承模式的不同而各异。如采用框支承结构的玻璃板块与采用四点支承结构的玻璃板块, 当其它条件一致时, 框支承结构的玻璃板块的应力要小于用四点支承的玻璃板块应力(通常四点支承的玻璃板块最大应力往往是孔边应力,目前很多设计未对孔边应力进行计算)。但框支承结构的建筑效果通常不如点支承结构的建筑效果。作为设计人员,应综合考虑安全、 经济与美观三方面的因素,力求三者兼顾。(4) 对玻璃板块强度计算时, 应参照建筑玻璃应用技术规程(jgj113-2003)的有关要求进行。尤其要注意的是此规程中对采光顶的玻璃强度设计值是按照玻璃幕墙工程技术规范(jgj1022003)中玻璃强度设计值 50%取值。但此规程中又未提供双钢化夹层玻璃的强度设计值, 故建议在强度计算时按照玻璃板块的总安全系数考虑风荷载的分项组合系数后再确定玻璃强度设计值。3、竖直方向的防火封堵设计上下楼层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800mm,根据蹿火半径,此高度宜为1200mm),通常此处防火节点做法如图 1所示。对该节点,设计应注意以下几点: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。当采用图 1做法时,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。图1 上下层提高防火封堵效果的节点处理图2 设计防火封堵节点的常规处理其一,与图 1 相比,当下一防火分区内发生火灾时,则楼层面的下块玻璃由于直接暴露在明火中,易遭破坏(通常此种结构未采用防火玻璃)。而下块玻璃破坏后,则上一块玻璃也直接暴露在明火中,尽管此时火灾温度有所下降,但一旦上块玻璃破坏,与之相连的防火封堵其实也被破坏,楼层面上的这道防火封堵也就不起作用了。明火火焰虽然由于窗槛墙的保护不易蹿至上一防火分区, 但火灾中产生的大量有毒烟气却因上道防火封堵的破坏而快速进入上一防火分区内,从而给上一防火分区内带来安全隐患。其二,由于构造原因,采用图2结构形式时,除非使用螺栓进行固定(需对芯管进行处理),否则楼层处横梁的角码固定存在困难。其三,采用此种结构时,由于室内窗槛墙通常在幕墙施工前已完成,故在楼层面处的防火封堵施工时,存在着严重的操作空间不足问题,如果在板块安装前进行防火封堵施工,则导致防火胶无法施工。因此建议不宜采用图 2所示的板块划分模式。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。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 300oc400oc 时承载力会降低,600oc 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。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。采用此种结构时,防火层通常用 1.5mm厚的钢板支撑内部的防火矿棉(通常幕墙玻璃为镀膜玻璃,若为非镀膜玻璃,则可用防火玻璃代替钢板与矿棉,可参考图3做法)。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。对特别重要的建筑幕墙,为确保安全,建议预埋件在防火层封堵前用防火漆涂刷二道。当火灾影响到预埋件时,防火漆会遇热膨胀充分保护预埋件,从而确保幕墙的主骨架不至脱落。(2)当楼层位置无窗槛墙(或梁高度小 800mm)时,采用图1做法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58min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。建议此节点做法如图 3所示,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,则水平封堵也可参考图 1 的水平封堵做法。图3 无窗槛墙上层封堵处加以节点处理的方案4、水平方向的防火封堵同楼层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 (幕墙在窗问墙外侧的情况极少), 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(gb50045-95,2001年版)中的第 5.2.2条要求,窗间墙的宽度宜大于 2m。若窗间墙宽度小于2m,则两个防火分区处也需设置防火玻璃,做法如图 4所示。图4 外露窗间墙放火分区的节点处理示意图(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(参见图5)。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2m。图5内窗间墙放火分区的节点处理示意图(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。5、结束语关注生命,保障安全,构建和谐社会是我们的共同心愿,玻璃幕墙的使用能大大增添城市的美观。但如果对节点的防火处理不予重视,那就可能给人们的安全构成危险。注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。