鋼質防火門失去耐火完整性問題分析及改進措施的研究

張 強滕 彥崔秋鵬周 揚于廣和 張存祥

1青島理工大學（臨沂）（273400） 2山東省產品質量監督檢驗研究院（250102）

0 引言

防火門是一種在規定時間內能滿足耐火隔熱性和完整性的防火分隔構件，它除了具有普通門的功能外，還具有防火、隔煙、阻擋高溫的特殊功能，普遍使用在高層建筑、醫院、賓館、車站、影劇院等重要的公共建筑中，用量大，應用范圍廣泛，在防火工作中起著重要作用。防火門的耐火性能是其質量好壞的一個重要指標,根據GB12955-2008《防火門》標準要求，防火門耐火性能主要有耐火完整性和耐火隔熱性兩個指標。由實際檢驗情況看，鋼質防火門耐火試驗中耐火完整性不合格占很大的比率，如何有效提高鋼質防火門耐火完整性能是亟待解決的問題。

1 鋼質防火門失去耐火完整性問題分析

1.1 鋼質防火門失去耐火完整性的形式

鋼質防火門的主結構采用鋼板制作，鋼材屬于良導體，其熱膨脹系數很大，在單面受火的情況下，門框整體結構不會產生較大變形，而門扇兩面過大的溫差會導致過大的彎曲和扭曲變形，若結構處理不當，過大的變形會導致框—扇、扇—扇間發生錯位，造成門縫密封失效、燒穿，失去耐火完整性。

對于單扇門,門扇一立邊采用鉸鏈與門框連接,受鉸鏈約束,框-扇在該處不會產生明顯錯位。而另一邊僅采用防火鎖與門框連接，上下兩邊則與門框無連接，相對門框過大內凹變形的門扇在鎖連接點受門框止口和鎖約束，無法向受火面推進，其結果必然導致上下兩角外翹造成框-扇錯位。

對于雙扇門（含子母門，以下同），門扇間帶止口，框-扇鉸鏈連接邊不會產生明顯錯位,且門扇變形量與門框趨近,明顯減小。而扇-扇對縫處，相對固定扇除上下兩端受框約束外,別無約束點,因此明顯內凹。相對開啟扇則僅在對縫邊中點采用防火鎖與相對固定扇連接，上下兩邊與門框無任何連接,彎曲變形與相對固定扇相似。隨門扇彎曲變形的不斷加大，扇-扇對縫間隙不斷擴大，尤其是在對接縫的中點更為嚴重。當對縫間隙超出扇-扇搭接范圍時，密封失效。失去密封的門縫，熱氣流外溢，外溢的熱氣流改變了該處門扇邊緣的溫度分布，進一步加大了門扇彎曲變形量，使門縫間隙進一步擴大。當裂縫達到一定值時，就會失去耐火完整性。

1.2 鋼質防火門扇在耐火試驗中的變形機理

鋼質防火門門扇中部，由于面板與夾芯受熱分離,分離后的面板和夾芯不能構成結構,其變形不存在一致性。造成該部位門扇彎曲的主要因素是夾芯的彎曲，夾芯材料熱膨脹系數遠小于鋼材，受熱彎曲變形相對較小，所以，門扇中部在耐火試驗中彎曲變形量相對較小。鋼質防火門變形主要體現在門扇周邊、門扇邊緣及門扇邊緣鋼結構連接部位。

對于門扇周邊部分，兩面板與邊框構成槽型結構，夾芯填充在槽內。在耐火試驗中，外部鋼結構彎曲變形趨勢較大，內部硬質夾芯相對較小，相互間起約束作用。門扇在該處的彎曲變形量取決于二者的剛度差異。鋼結構剛度愈大，門扇變形愈大。夾芯剛度愈大，門扇變形愈小。

對于門扇邊緣鋼結構，我們可認為其自受火面至背火面由無數層相互連接構成，若溫度自受火面至背火面均勻遞減，相鄰層間溫差較小，溫差的存在導致熱伸長出現差異，相互的連接使溫度較高層受壓，溫度較低層受拉，層間存在剪應力。該力的存在，導致門邊彎曲。隨門邊的彎曲，層間幾何長度差異與溫度差異引起的長度差異趨近,內應力降低，直至平衡。

對于門扇邊緣鋼結構的連接部位，由于鋼板不連續，導致熱量傳遞受阻，發生溫度突變。連接點愈稀、接觸面愈小，突變量愈大，斷熱可造成更大的突變量。溫度突變量的存在，導致連接部位產生熱應力，熱端受壓、冷端受拉。溫差愈大，熱應力愈大。熱應力的存在加大了結構彎曲變形。

2 改進措施

通過以上分析我們得出，減小門扇變形量的措施主要應從兩個方面著手:①減小邊緣鋼結構的變形量、降低其彎曲剛度，切斷門扇邊緣熱傳遞路線；②采取措施，提高邊緣夾芯的彎曲剛度、抗彎強度，以加強其平抑鋼結構變形的能力。

2.1 減小邊緣鋼結構的變形量及降低其彎曲剛度的措施

1）若邊框采用面板直接彎邊構成，宜采用背火面面板彎邊，以降低邊框熱端溫度，減少其受熱自由彎曲變形量;受火面面板邊緣彎折寬度應盡量小，與邊框連接宜采用膠接,適當加焊點以防膠層剝離；焊點間距應盡量大些，以降低面板邊緣的受壓臨界應力，減少熱應力和由其引起的變形。

2）若邊框采用受火面面板和背火面面板分別彎邊而后相互通過焊接或膠接連接在一起構成。連接應以膠接為主，適當加焊點以防剝離；焊點間距應盡量加大，以確保受火膠層失效時，焊點間受火面面板邊緣能盡早局部失穩，降低熱應力和由其引起的變形；連接部位，受火面面板邊緣應搭在背火面面板邊緣的外面，以減少其側向約束，進一步降低其臨界應力。

3）宜采用獨立邊框，尤其在鎖邊和上下兩邊；獨立邊框板厚應適當加大，以提高其熱容量，降低熱端溫度，減少受熱自由變形量；提高其彎曲剛度，減少熱應力引起的變形。邊框最好采取斷熱措施，斷熱點適當偏向受火面，以提高斷熱處熱端溫度和加大斷熱溫差，降低冷端鋼結構溫度，減少其因熱引起的自由彎曲變形量；同時，降低熱端鋼結構邊緣彎曲剛度，連接宜采用膠接為主，點狀焊接為輔的型式，以降低其臨界應力，減少熱應力和由其引起的彎曲變形。

2.2 提高邊緣夾芯的彎曲剛度、抗彎強度，加強其平抑鋼結構變形能力的措施

較有效的辦法是在夾芯的邊緣設置鋼框，尤其是裝鎖一邊和上下兩邊;鋼框板厚應適當大些，以提高其抗彎剛度和平抑門扇邊緣彎曲變形的能力；鋼框朝受火一面和朝門扇邊緣一面應采取隔熱措施，以降低其溫度，減少受熱彎曲變形量；鋼框與門扇邊緣鋼結構應連接可靠，以確保約束力的有效傳遞。

夾芯鋼框與門扇邊緣連接可采用鑲嵌型式，亦可采用機械連接型式或焊接型式。

鑲嵌型式多用于厚邊結構，夾芯鋼框鑲入厚邊內，可有效傳遞彎曲載荷。

機械連接型式可用于各種結構類型，可有效傳遞彎曲載荷，但施工較麻煩，不適于大批量生產。

受火面面板與鋼框采用焊接連接，連接位置在鋼框斷面的中部，靠近鋼框彎心，使連接點的熱應力對鋼框產生的彎矩減少，降低了由此造成的彎曲變形。

鋼框與防火板、受火面面板與防火板間采用膠接;適當加大受火面面板與鋼框間的焊點間距；適當加大鋼框板厚，可降低受火面面板邊緣受壓臨界應力，降低熱應力，進一步減少彎曲變形量。

對于雙扇門（含子母門）扇-扇對接縫宜采用勾邊結構，且應保證搭接量符合標準要求，以避免門扇邊緣橫向位移導致門縫開裂。

2.3 其他措施

鋼質防火門是一個整體結構，耐火完整性的提高除解決門扇變形外還需要其他結構的配合，還應注意以下幾點問題。

1）減小門框斷面尺寸，以加大其變形量，使之與門扇變形趨于一致，以減小兩者之間的差距。

2）門扇填充料應填充密度較高的無機門芯料，以平抑門扇變形量。

3）門縫間隙要達標，且在門縫對接面上應設置防火密封條。

4）門扇邊緣不宜制作過多臺階，并確保有一個比較寬的平面，使框-扇在比較大的錯位下門縫仍能密封。

5）鋼質雙扇防火門中縫宜設蓋縫板，可進一步加大搭接量。

3 結語

通過試驗驗證，采取上述措施后鋼質防火門的耐火完整性能得到的較大的提高。解決鋼質防火門的耐火完整性問題,主要就是解決門縫的密封問題。防火門在耐火試驗中的結構外形是動態變化的，考慮提高防火門質量措施時不能靜止在試驗前狀態，而應重點考慮受火變形時的狀態，尤其應設法避免或減少變形的不一致和由此引起的密封問題，在選擇密封件規格和安裝位置時，也必須慎重考慮變形不一致帶來的影響。

提高鋼質防火門的耐火性能是個系統工程，即需要結構簡捷有效,也需要生產工藝簡單實用，沒有實用價值的任何措施是不可取的，因為它只能應付試驗，而無法用于實際產品批量生產。相信通過實踐總結，鋼質防火門的耐火性能會越來越好。

[1] GB 12955-2008,防火門[S].

[2] GB/T 9978.1-2008,建筑構件耐火試驗方法第1部分:通用要求[S].

[3] 劉鳳學.論鋼質防火門結構及耐火性能[J].中國高新技術企業,2007(04).

[4] 劉朝,陳杰.火災下鋼結構的熱響應模擬實驗分析[J].重慶大學學報,2009,(04).