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防火玻璃幕墻設計的技術要點及難點

發表時間:2018-02-22 14:32 瀏覽:

  近年來,在一些地區幕墻及外裝飾工程的施工圖強制性審查及咨詢過程中,發現有較多的防火玻璃幕墻的設計不符合相關規范要求,出現安全隱患。下面將針對防火玻璃幕墻的技術要點,進行了歸納、總結。

  1.概述

  在建筑設計中,因建筑的高度、使用性能、重要性和火災撲救難度等,把建筑分為一級、二級、三級、四級的耐火等級,建筑越高、越重要的建筑的耐火等級要求就越高,耐火等級一級為最高。不同耐火等級的建筑,其防火分區的面積也不相同。按照《建筑設計防火規范》的防火防煙等要求,在避難層、步行街、中庭等位置,必要時,必須采用防火玻璃幕墻,以防止火勢的蔓延,阻止竄煙,以保證疏散及避難的安全性。

  與防火玻璃幕墻有關的規范主要有:《建筑設計防火規范》GB50016-2014(2015年5月1日起實施)、《建筑用安全玻璃》第一部分《防火玻璃》GB15763.1-2009、《鋼結構防火涂料》GB14907-2002、《建筑鋼結構防火技術規范》CECS200-2006等。

  2.基本名詞的理解

  2.1 防火玻璃幕墻系統,由防火玻璃、防火鋼框架、防火五金及防火密封材料等組成,能有效控制建筑物火災蔓延至相鄰區域的時間,且耐火時間不低于消防規范要求的不燃性墻體。

  2.2 耐火完整性,在標準耐火試驗條件下,建筑分隔構件當其一面受火時,能在一定時間內,防止火焰和煙霧穿透或背面竄火的能力。

  2.3耐火隔熱性,在標準耐火試驗條件下,建筑分隔構件當其一面受火時,能在一定時間內,控制其背火面平均溫度及最高溫度不超過某個溫度值,以達到防熱輻射的效果。

  3.防火玻璃幕墻的技術要點及難點

  3.1 防火玻璃幕墻的概念

  防火玻璃幕墻,我們一般稱之為防火玻璃幕墻系統或防火玻璃隔斷系統。防火玻璃幕墻系統應由鋼框架、防火玻璃、阻燃密封膠條、阻燃密封膠、鋼制連接件及五金組成,其連接鋼框架的錨固件不應采用改性環氧樹脂為錨固藥劑的化學螺栓,應采用機械錨固類型的錨栓連接。防火玻璃幕墻的典型節點如下圖:

  防火玻璃幕墻的鋼立柱應設置為垂吊受拉式,應避免采用坐立承壓式,以避免在火情時受壓失穩,進而導致倒塌、破壞。采用垂吊受拉式鋼立柱的防火玻璃幕墻系統,鋼型材一般是不需要做防火涂料處理的,但防火幕墻整體系統的耐火性能應有相關的試驗報告,以試驗報告的結果為準。防火玻璃幕墻耐火試驗如下圖所示:

  鋼結構表面的鍍鋅層或氟碳面漆等表面防護,不影響其鋼結構的防火性能。應注意,鋁合金龍骨是不耐火的,防火玻璃幕墻的耐火極限一般要求不小于1.00小時,在鋁合金龍骨表面噴涂防火涂料,是無法滿足防火要求的。國外有個別國家的防火玻璃幕墻,直接用鋁合金型材做防火幕墻的支撐骨架,在鋁合金龍骨內填充特殊的物質,但工藝復雜,成本高昂,在國內極少使用。

  一般情況下,防火玻璃板塊的面積越小,越容易滿足一定時間的耐火極限要求,同理,防火玻璃板塊的面積越大,越不容易滿足一定時間的耐火極限要求。

  3.2 防火玻璃幕墻的玻璃種類

  防火玻璃幕墻采用防火玻璃。防火玻璃分為A類和C類。A類防火玻璃有耐火隔熱性和耐火完整性的相關要求,C類防火玻璃只有耐火完整性的相關要求。防火玻璃主要有復合防火玻璃、灌漿防火玻璃、單片防火玻璃。其中,A類防火玻璃有復合防火玻璃、灌漿防火玻璃,單片防火玻璃如銫鉀防火玻璃,屬于C類防火玻璃。復合防火玻璃如下圖所示:

  應特別注意,防火玻璃的隔熱與節能標準中的隔熱是不相同的概念,防火玻璃的隔熱,是指火災狀態下有效控制受火面空間的熱量傳遞到背火面空間,也稱防熱輻射性能。而幕墻節能的保溫隔熱性能,是指室內外產生溫差時,有效控制熱量傳導速度,以達到節能目的,也稱熱傳導系數K值。

  3.3 隔熱防火玻璃幕墻的相關要點

  具有耐火隔熱性和耐火完整性要求的防火玻璃幕墻系統,一般分為甲級、乙級、丙級,其耐火隔熱性和耐火完整性分別為不小于1.50h、1.00h、0.50h,應采用全明框玻璃幕墻的支承形式,其鋼立柱采用垂吊受拉式。玻璃采用復合防火玻璃。

  復合防火玻璃是由浮法玻璃(或半鋼化玻璃、鋼化玻璃)和防火膠夾層組成的。火情時,因受火面玻璃遇到高溫后很快就炸裂了,防火膠夾層慢慢發泡膨脹,最大可以發泡膨脹約十倍。復合防火玻璃固定在鋼結構明框支承結構的槽口內,雖玻璃的防火膠夾層受熱膨脹,但受火面玻璃遇到高溫后很快就炸裂了,因而明框槽口內防火玻璃防火膠夾層會向已破碎的面板等沒有約束的方向膨脹,雖槽口內的防火玻璃防火膠夾層在進出位方向也會有微量的膨脹,但鋼結構在火情高溫作用下,鋼結構高溫,鋼結構槽口的剛度變弱,有利于適應復合防火玻璃的微膨脹需求,從而達到耐火完整性的要求。防火膠夾層發泡膨脹,吸收火焰燃燒所帶來的高熱量,形成不透明的防火膠板,有效起到阻隔熱傳導的作用。在火燒到一定時間后,防火膠受熱發泡膨脹,最后脫落,進而導致下一片玻璃的破碎,下一片防火膠的受熱發泡膨脹,有效阻隔熱傳導。

  3.4非隔熱防火玻璃幕墻的相關要點

  只有耐火完整性要求,沒有耐火隔熱性要求的防火玻璃幕墻系統,一般采用鋼制明框支撐的結構形式,其鋼立柱采用垂吊受拉式。一般采用單片防火玻璃、以及采用單片防火玻璃與鋼化玻璃組合的夾膠防火玻璃或中空防火玻璃等。

  對采用單片防火玻璃或由其組成的夾膠或中空玻璃的只有耐火完整性要求的防火幕墻,其鋼龍骨不應采用防火涂料。在火情時,玻璃受火面溫度急劇升高,玻璃受熱而熱脹,玻璃向受火側鼓起,玻璃很快形成大肚子。這時,沒有防火涂料的鋼型材,因受火側的溫度急劇升高,鋼材在受火一側也受熱而熱脹,并向受火側鼓起,鋼架也將形成大肚子,從而達到了變形的協調。

  當火情到了一定的時間,受火側和背火側的溫度相近時,玻璃和鋼型材因內外的熱應力達到平衡,他們的大肚子又慢慢收回去,進而達到了新的變形協調,且鋼立柱處于垂吊受拉狀態,鋼立柱不會失穩,從而達到了整幅防火幕墻的耐火完整性的效果。

  如果鋼材涂刷了防火涂料,玻璃要向受火側鼓起,而鋼材卻因有防火涂料而巍然不動,無法達到變形的協調性,防火玻璃無法自由變形,防火玻璃很快就破壞。

  所以,對沒有隔熱要求的防火玻璃幕墻,即采用銫鉀防火玻璃的防火玻璃幕墻,其鋼龍骨不應采用防火涂料。

  3.5坐立承壓式立柱的防火玻璃幕墻的注意要點

  如果鋼立柱因現場條件限制,需要采用坐立承壓式的受力模式,怎么解決其防火問題?

  對具有耐火隔熱性和耐火完整性要求的防火玻璃幕墻系統,因其復合玻璃在受火面一側受熱膨脹鼓肚子的程度較細微,所以,其鋼立柱可以采用坐立承壓式的受力模式,但鋼立柱必須采用防火涂料處理。至于鋼立柱在火情時的承載力,應按《建筑鋼結構防火技術規范》CECS200-2006的相關條文規定進行驗算。

  采用銫鉀防火玻璃的防火玻璃幕墻的鋼立柱,盡量不要讓鋼立柱處于受壓力的狀態,因火災時鋼立柱處于變形狀態,存在鋼立柱結構失穩整體坍塌風險。若鋼立柱刷防火涂料保護,銫鉀防火玻璃會在火情初期,在受火面一側受熱膨脹變形鼓肚子,鋼框架若不隨之同步變形,防火玻璃將會處于局部受壓而炸裂破壞。

  因此在設計防火幕墻分格及結構布置時須注意以上風險,盡量做到立面外觀及防火功能同時兼顧。

  3.6怎樣采用C類玻璃來滿足A類玻璃的耐火隔熱要求

  具有耐火隔熱性和耐火完整性要求的防火玻璃幕墻系統,根據GB50016-2014條款規定選用具有耐火完整性的非隔熱防火玻璃幕墻代替時,應設置自動噴水滅火系統進行保護。自動噴水滅火系統一般安裝在幕墻的室內側。

  3.7如何讓防火玻璃幕墻滿足節能要求

  如有傳熱系數和遮陽要求,可以把防火玻璃和鋼化玻璃組成中空合片,防火玻璃一般放在中空合片的內片,可在外片鋼化玻璃的內側設置Low-E膜。在非嚴寒且有節能要求的地區,一般不建議把銫鉀玻璃放在中空玻璃合片的外片位置,因為在該類地區,一般會把Low-E膜設在外片玻璃的內側,則該片玻璃既是銫鉀防火玻璃,又設置Low-E膜,制作工藝復雜,成本高昂,供貨周期長,存在較多的不利因素。

  3.8防火玻璃幕墻的防煙設計要點

  防火玻璃嵌在C型槽鋼內,在玻璃與C型槽鋼的內外側的其中一側設置阻燃的、遇熱膨脹的密封膠條,另一側可用普通的阻燃密封膠條,或采用阻燃的的、遇熱膨脹的密封膠條,這樣可以達到防煙的目的。

  3.9防火玻璃幕墻的其他注意要點

  如采用半隱框的支承形式,則隱框邊處的壓板應設置于中空玻璃合片的前后片之間,壓板應采用不銹鋼。該種防火玻璃合片的玻璃設置方式,存在其不足之處,在火情時,中空玻璃的空氣層,空氣受高溫膨脹,且熱量外傳,進而容易導致外片破碎,如果該防火玻璃位于較高的位置,將導致二次傷害。

  但因國家38號文要求,較多的建筑部位禁止全隱框玻璃幕墻,因而全隱框防火玻璃幕墻形式基本不被使用。若確實因玻璃幕墻外觀因素,需采用全隱框防火幕墻時,須與相關部門及專業廠家進行技術溝通、論證、試驗。

  4.防火玻璃幕墻施工的注意要點

  4.1防火玻璃幕墻墻的相關資格認證及檢驗

  4.1.1防火玻璃幕墻的施工進場,施工單位必須提供2個報告,分別是:防火玻璃的型式試驗報告;防火玻璃幕墻系統的型式試驗報告。型式試驗報告是生產廠家資格認證,類似于幕墻施工單位的一級施工資質證書。即首先要對防火玻璃廠家的認可,還有對防火玻璃幕墻生產單位的認可。如果沒有以上兩個型式試驗報告,則該防火玻璃幕墻工程的驗收是不合規的。

  4.1.2防火玻璃幕墻的施工驗收,必須通過有相關資質的消防產品檢測中心的委托檢驗來完成。根據防火幕墻工程的防火幕墻尺寸、玻璃配置差異,施工單位對進場防火幕墻進行監理公司見證委托檢驗,工程所在地的檢測機構即可。因防火玻璃幕墻的尺寸及玻璃配置的差異很大,所以,防火玻璃幕墻與防火門窗不同。防火玻璃幕墻沒有3C認證這一環節。

  4.2鋼結構防火涂料的注意要點

  以上提及的坐立承壓式鋼立柱,因立柱承受壓力,在火災時,立柱承載力下降,立柱容易受壓失穩,一般情況下,坐立承壓式鋼立柱需做防火涂料處理。

  防火涂料的主要規范有《鋼結構防火涂料》GB14907-2002,其4.1.2條有一些規定:

  鋼結構防火涂料按使用場所分為室內鋼結構防火涂料和室外鋼結構防火涂料。

  鋼結構防火涂料按厚度分為超薄型、薄型、厚型防火涂料。

  超薄型鋼結構防火涂料的厚度≤3mm;

  薄型鋼結構防火涂料的厚度為3~7mm;

  厚型鋼結構防火涂料的厚度為大于7mm,且≤45mm。

  一般的,耐火極限1.00h和1.50h的鋼結構,超薄型防火涂料可滿足該耐火極限的要求。防火涂料的厚度及耐火極限的對應關系,應咨詢防火涂料的專業廠家。

  防火涂料的施工方式主要有:噴涂、抹涂、刷涂、輥涂、刮涂等。鋼材防火涂料的施工的應注意:鋼材必須做好防銹防腐處理。在做了防銹防腐處理(熱鍍鋅或鐵紅底漆、紅丹底漆等)之后,直接涂刷防火涂料。如果防銹防腐沒有做好,有銹點,以后銹點擴大、膨脹,防火涂料將局部脫落。

  如果防火涂料的面上還要做氟碳噴涂,則應在防火涂料刮上與防火涂料相容的膩子(水性防火涂料采用水性的膩子,油性防火涂料采用油性的膩子),上完膩子,之后批平拋光,接著,上透明封固底漆(與膩子的水性、油性無關),最后噴涂氟碳漆。

  5.小結

  火災時,防火玻璃幕墻的防火有效性,是防止火勢的蔓延,阻止竄煙,保證安全疏散和避難的關鍵。防火玻璃幕墻的設計、材料選擇、工廠加工、現場安裝及相關試驗,都關系到防火玻璃幕墻防火的有效性,應按照國家的相關規范及公安部的相關規定,做好每一個環節的相關工作,確保火災時安全疏散和避難。

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