建筑門窗幕墻防火系統技術解析

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現代建筑中,通透的玻璃幕墻和大型門窗已成為標志性設計元素,但當火災發生時,這些本應提升美感構件卻可能成為致命隱患。本文將從技術規范、材料選擇到構造設計,剖析建筑外圍護系統的防火防控體系。


一、防火“生命線”標準


1.1


規范要求

在GB 50016《建筑設計防火規范》中:6.2.5 除本規范另有規定外,建筑外墻上、下層開口之間應設置高度不小于1.2m的實體墻或挑出寬度不小于1.0m、長度不小于開口寬度的防火挑檐;當室內設置自動噴水滅火系統時,上、下層開口之間的實體墻高度不應小于0.8m。當上、下層開口之間設置實體墻確有困難時,可設置防火玻璃墻,但高層建筑的防火玻璃墻的耐火完整性不應低于1.00h,多層建筑的防火玻璃墻的耐火完整性不應低于0.50h。外窗的耐火完整性不應低于防火玻璃墻的耐火完整性要求。因此,幕墻作為建筑外墻的一部分,若采用防火玻璃墻且為高層建筑時,需滿足1小時的耐火極限要求。




第九條 在建筑外墻上、下層開口之間應設置高度不小于1.5m的不燃性實體墻,且在樓板上的高度不應小于0.6m;當采用防火挑檐替代時,防火挑檐的出挑寬度不應小于1.0m、長度不應小于開口的寬度兩側各延長0.5m。


根據《防火窗》 GB16809-2008







簡單理解:A類能同時滿足耐火隔熱性和耐火完整性要求的防火窗;C類僅需要滿足耐火完整性要求的防火窗。關于B類,現行規范未過多提及,其可以滿足一定的隔熱和耐火完整性無具體定性指標,新規范已經對此B類玻璃進行了指標量化,在2025年底開始實施。但由于配套防火規范未更新,所以并無具體應用場景要求,B類防火玻璃的推廣仍需保持期待。值得注意的是凡提及甲乙丙類的要求,均為A類防火窗,防火等級要求更高時會用A和數字組合表示。

1.2


圖集解讀

圖集是對于規范的解讀,具有一定的參考意義。在《建筑標準設計圖集》中對建筑防火設計做了的簡圖示例。



圖示 1 對于外立面層間部位設置了非透明設計的解析(出挑挑檐對于外立面效果影響較大,所以極少采用此種設計手法)。

圖示 2 考慮了外立面玻璃的效果,在內側設置防火玻璃。內置或外置,主要取決于外立面玻璃的橫向分格,如下立面可考慮在內側設置防火玻璃欄板,以保障室外玻璃分格的大面積使用。



圖示 3 給出了住宅建筑窗的布置對于防火設計的影響,由于窗口開洞距離較近時需要加設隔板,對外立面效果影響較大,一般考慮將窗開洞距離保持1m以上。

二、防火材料的選用


2.1


巖棉區分保溫巖棉和防火巖棉

非透明填充性的防火材料目前主流還是巖棉區分保溫巖棉和防火巖棉,兩者從生產工藝和配料有區別,選用時應注意甄別。從外觀直觀判斷保溫巖棉顏色更黃,而防火巖棉因鐵礦石、鐵離子含量高,顏色相較于保溫巖棉發黑一些。



保溫巖棉

防火巖棉


2.2


防火玻璃和耐火玻璃

在透明區域設置防火功能時,主要有防火玻璃和耐火玻璃。兩種玻璃在生產工藝上又區分多種材料。

耐火玻璃(滿足C類完整性)

銫鉀玻璃:將浮法玻璃基片浸入含有銫離子的熔鹽(如硝酸銫、硝酸鉀等)加熱至一定溫度(通常在400℃~500℃)中,通常持續4-6小時。在這個過程中,玻璃表面的鈉離子和鉀離子逐漸被熔鹽中的銫離子和鉀離子替換。銫離子的半徑較大,進入玻璃表面后會形成應力層。這種應力層能夠顯著提高玻璃的抗熱沖擊性能和機械強度,同時賦予玻璃防火性能。銫鉀玻璃通過化學鋼化(鈉鉀離子置換)提升表面應力至140-180MPa,但自爆率高(3-5‰)。



銫鉀玻璃


高硼硅玻璃:膨脹系數低(4.0×10??/℃),無硫化鎳雜質,不自爆,透光率92%,耐火完整性≥3h(5-12mm均通過C3.00h測試),適用于弧形、超大板場景。



高硼硅玻璃


防火玻璃(滿足A類隔熱性)

灌注防火膠型:硅酸鉀無機膠液遇火發泡膨脹,形成隔熱層,但存在光學畸變,起堿問題較多。





夾層膠片型:多層膠片復合(1-2mm厚),耐低溫、不變形,最大尺寸2200×3200mm,依賴進口,成本高。






三、防火相關構造設計


基于以往火災事故調研結果顯示,人身傷亡事故的主要原因是火災引起煙霧導致人員窒息死亡,因此防火封堵的防煙尤為重要。在現行規范中也對防止煙霧彌漫進做出了詳細的安裝構造要求,在設計及實施過程應重點考慮,避免防火措施無法滿足消防安全相關要求造成一定的生命財產損失。

3.1


在《建筑防火封堵應用技術標準》GB/T51410中下列規定:

幕墻與建筑窗檻墻之間的空腔應在建筑縫隙上、下沿處分別采用礦物棉等背襯材料填塞且填塞高度均不應小于200mm;在礦物棉等背襯材料的上面應覆蓋具有彈性的防火封堵材料,在礦物棉下面應設置承托板。

條文說明:4.0.3

(1)背襯材料:礦物棉用作背襯材料時,礦物棉的纖維方向要與樓板邊緣平行,所選礦物棉的密度不應小于80kg/m3。在施工時,礦物棉總厚度不應小于縫隙寬度的150%,以便將礦物棉擠壓緊密填塞人縫隙后不會脫落。為確保封堵組件的耐火性能,壓縮后礦物棉的容重不能低于100kg/m。

(2)具有彈性的防火封堵材料:在填塞后的礦物棉等背襯材料的上表面,要全部滿涂防火密封漆、具有彈性的防火密封膠等具有彈性的防火封堵材料。防火密封漆的彈性變形能力不應小于50%,以滿足位移循環變形的要求;防火密封漆的涂覆厚度不應小于3mm且干厚度不應小于2mm,是根據實際工程做法確定的;搭接寬度不應小于20mm的要求,是為確保防火密封漆之間以及防火密封漆與縫隙邊緣連接的可靠性。

同理,對于此部分構造要求圖集中也進行了簡圖示例



需要注意的是此版設計直接將彈性防火封堵材料明確于示例圖片中,較上一版圖集僅文字注釋更加直觀,主要也是對規范文件的進一步呼應同時也能引起項目各參建方的重視。







幕墻防火封堵施工問題分析:

1.沒有密封

2.巖棉沒有壓縮填充

3.上下巖棉位置重疊

容易導致后果:

1.當發生火災時煙毒氣可自由流竄

2.巖棉脫落

3.火焰竄火蔓延


3.2


外門窗防火設計







防火門窗(A類)



耐火門窗(C類)


3.3


建筑幕墻防火設計

防火玻璃幕墻主要采用鋼龍骨及防火玻璃系統,具體可根據建筑項目的防火等級進行玻璃選型。部分地區對于防火幕墻形式限定為明框幕墻,且對于單塊玻璃的高度要求不大于3.5米。



當層間梁設置不夠防火要求高度時,應采取補充措施。如下圖設置防火下掛擋板(具體應以當地要求為準)。





為滿足[公消(2018)57號]文件對于超高層項目防火要求規定,在樓板上的高度不應小于0.6m的不然燒實體墻,如下圖示例



四、建筑防火的創新設計和未來趨勢


劍橋大學火災實驗室的最新研究發現:帶斜向波紋阻流板 的幕墻空腔,可使熱煙氣流速降低28%;采用偏心軸點支式連接的防火窗,受熱變形量減少45%,確保緊急開啟功能完好。而且未來的防火幕墻正向模塊化、智能化、自修復型演進:美國某實驗室已開發出含微膠囊阻燃劑的玻璃鍍膜,在500℃下可持續釋放滅火氣體8分鐘;德國企業推出的石墨烯基框架涂層,具備實時溫度-電阻反饋機制。

五、結語


建筑工程中1%成本的防火投入,可降低90%的火災損失風險。防火設計應嚴格遵守規范相關要求,在選擇防火建材時應關注第三方認證標識,施工階段重點把控接縫密閉性,日常維保需定期檢查密封膠老化情況。當建筑美學與安全防控真正融合時,城市天際線才真正閃耀智慧之光。

END

作者簡介:

編輯:王超;袁亞旗

中建研科技股份有限公司建筑幕墻門窗技術研究中心

隸屬中國建筑科學研究院有限公司


1953年成立|2000年轉制為中央科技型企業

公司現隸屬國務院國有資產監督管理委員會


業務領域

幕墻設計與咨詢|科研開發與標準化

產品研發與應用|技術交流與培訓


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