民用建筑幕墻防火設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題的探討

摘 要：根據(jù)國家建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，探討了民用建筑幕墻防火設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題，可供從事建筑幕墻設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理的技術(shù)人員參考。

1 前言

最近幾年，在建和已交付使用的建筑幕墻火災(zāi)頻發(fā)，引起了全社會(huì)的關(guān)注。2009年9月25日公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合頒布了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》（公通字[2009]46號(hào)），對(duì)建筑幕墻保溫材料的使用作了嚴(yán)格的限制，并重申了對(duì)建筑幕墻防火構(gòu)造及防火封堵的要求。2011年3月14日公安部又下發(fā)了《進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關(guān)要求的通知》（公消[2011]65號(hào)），規(guī)定在新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前，從嚴(yán)執(zhí)行公通字[2009]46號(hào)文第二條規(guī)定，民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級(jí)的材料。目前，由《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016與《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045整合而成的新版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》正在審核修訂之中。為了貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，正確運(yùn)用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，使建筑幕墻的防火設(shè)計(jì)做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)建筑幕墻防火設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究探討具有重要的社會(huì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2 民用建筑的耐火等級(jí)

現(xiàn)行國家規(guī)范《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006[1]，適用于9層及9層以下的居住建筑、低于等于24m的公共建筑、高于24m的單層公共建筑、廠房、倉庫等新建、擴(kuò)建和改建的建筑物。規(guī)范根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)、規(guī)模大小和高度把民用建筑的耐火等級(jí)分為一、二、三、四級(jí)，并規(guī)定了民用建筑的耐火等級(jí)、最多允許層數(shù)和防火分區(qū)最大允許建筑面積。

現(xiàn)行國家規(guī)范《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95（2005版）[2]，適用于新建、擴(kuò)建和改建的十層及十層以上的居住建筑、高于24m的公共建筑及其裙房。規(guī)范應(yīng)根據(jù)建筑的使用性質(zhì)、火災(zāi)危險(xiǎn)性、疏散和補(bǔ)救難度等因素把高層建筑分為一類和二類，耐火等級(jí)分為一、二兩級(jí)，并規(guī)定一類高層建筑的耐火等級(jí)應(yīng)為一級(jí)，二類高層建筑的耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。裙房的耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。高層建筑地下室的耐火等級(jí)應(yīng)為一級(jí)。

在確定建筑物的耐火等級(jí)時(shí)，要考慮建筑物的規(guī)模、重要程度、火災(zāi)危險(xiǎn)性、火災(zāi)荷載等多方面的因素。從安全的角度來講，建筑物的耐火性能愈高愈好，但從經(jīng)濟(jì)的角度來看，建筑物的耐火等級(jí)高造價(jià)就高。因此，一個(gè)優(yōu)秀的建筑防火設(shè)計(jì)方案應(yīng)該使建筑物具有與之相適應(yīng)的耐火安全儲(chǔ)備，從而實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。建筑幕墻是建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾性結(jié)構(gòu)，其防火要求由其所屬建筑物的耐火等級(jí)確定。在進(jìn)行某建筑物的幕墻防火設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)查閱其建筑施工圖的建筑設(shè)計(jì)總說明，明確建筑物的耐火等級(jí)。

3 現(xiàn)行規(guī)范對(duì)幕墻防火設(shè)計(jì)的要求

建筑幕墻是由支承結(jié)構(gòu)體系與面板組成的、可相對(duì)主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力、不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾性結(jié)構(gòu)，通常用作建筑物的非承重外墻。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]的規(guī)定，民用建筑不同耐火等級(jí)非承重外墻的燃燒性能和耐火極限要求為：

一級(jí)，不燃燒體1.00h；二級(jí)，不燃燒體1.00h；三級(jí)，難燃燒體0.50h；四級(jí)，燃燒體。

由于耐火等級(jí)為三級(jí)以下民用建筑限制在5層以下，民用建筑的耐火等級(jí)大多數(shù)為一、二級(jí)。也就是說，建筑物的非承重外墻，在一般情況下應(yīng)該采用不燃燒體，其耐火極限要求為1.00h。

對(duì)建筑物來說，非承重外墻的耐火極限要求為1.00h是對(duì)窗間墻與窗檻墻的要求。窗間墻是在建筑外立面上，水平方向左右兩窗之間的實(shí)體墻（包括柱或構(gòu)造柱）。窗檻墻是在建筑外立面上，垂直方向上下兩窗之間的實(shí)體墻（包括樓板及位于樓板邊緣的梁）。除了不滿足防火構(gòu)造要求時(shí)需要采用防火窗外，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)外墻上的窗戶部分并沒有耐火極限的要求。

以往的經(jīng)驗(yàn)表明，在一般情況下窗檻墻的高度不小于0.8m就可以起到防止火災(zāi)向上蔓延的作用。文獻(xiàn)[3]應(yīng)用FDS建立建筑外墻開口溢流火災(zāi)研究數(shù)值模型，采用非穩(wěn)態(tài)t2火模型設(shè)計(jì)6種工況，對(duì)比分析了窗檻墻和防火挑檐的阻隔性能。結(jié)果表明，在設(shè)定火災(zāi)場景下，窗檻墻高度為1、1.2m時(shí)室外溫度分布情況和0.8m時(shí)分別不大。

通過以上分析，我們就不難理解文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]對(duì)建筑幕墻防火設(shè)計(jì)的規(guī)定：

1）窗檻墻、窗間墻的填充材料應(yīng)采用不燃材料。當(dāng)外墻面采用耐火極限不低于1.00h的不燃燒體時(shí)，其墻內(nèi)填充材料可采用難燃材料；

2）無窗間墻和窗檻墻的幕墻，應(yīng)在每層樓板外沿設(shè)置耐火極限不低于1.00h、高度不低于0.8m的不燃燒實(shí)體裙墻；

3）幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙應(yīng)采用防火封堵材料封堵。

由此可見，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)建筑幕墻防火設(shè)計(jì)的規(guī)定是安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的，基本符合我國現(xiàn)階段社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。要提高建筑幕墻防御火災(zāi)的能力，關(guān)鍵問題是要深入理解規(guī)范的要求，并在建筑幕墻防火設(shè)計(jì)中正確運(yùn)用，把規(guī)范的規(guī)定落實(shí)到節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、材料的采購和施工安裝的整個(gè)過程。同時(shí)，相關(guān)規(guī)范進(jìn)行修訂時(shí)，也要根據(jù)高層及超高層建筑技術(shù)的發(fā)展，作出更明確、更細(xì)化的規(guī)定。

4 幕墻防火設(shè)計(jì)問題的幾點(diǎn)建議

4.1 可燃或難燃材料的使用應(yīng)加以限制

建筑幕墻材料主要包括框架材料、飾面材料、密封材料、保溫材料和五金配件。

幕墻的框架材料一般使用鋁合金型材、鋼型材或鋼鋁組合構(gòu)造，但有時(shí)候也可能采用木材或其它一些可燃或難燃的復(fù)合材料。

幕墻的飾面材料品種繁多，包括玻璃及其制品、石材、金屬板材和人造板材等。玻璃、石材、金屬板材和無機(jī)人造板材在通常的情況下都屬于不燃材料，但其復(fù)合制品和有些人造板材則有可能是可燃或難燃材料，如復(fù)合鋁板（芯材為可燃或難燃材料）、夾膠玻璃（PVB膠膜為可燃材料）、高壓熱固化木纖維板、ETFE膜等。

幕墻的密封材料指膠條、密封膠、雙面膠帶、泡沫棒等，一般為可燃或難燃材料，由于密封材料在幕墻構(gòu)造中所占的比例不高，不會(huì)對(duì)火災(zāi)垂直蔓延起主導(dǎo)作用，可不作限制。

幕墻的保溫材料通常在建筑幕墻中大面積使用，若使用可燃或難燃材料則會(huì)使建筑幕墻的火災(zāi)載荷密度大大增加，在火災(zāi)事故中容易造成垂直蔓延。某些難燃材料雖然在高溫下無火焰碳化，但有可能形成持續(xù)的陰燃，對(duì)其燃燒性能尚須作更深入的研究。

五金配件一般由壓鑄金屬件、加工金屬件及一些塑料附件組成，可燃或難燃材料所占的比例不高，可不作限制。

從文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]對(duì)建筑物的非承重外墻的耐火等級(jí)要求來看，建筑幕墻應(yīng)該是不燃燒體。但幕墻的飾面材料品種繁多，現(xiàn)階段完全禁止可燃或難燃材料的使用似乎過于嚴(yán)格。因此建議，根據(jù)建筑物重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生火災(zāi)事故的可能性及后果，加強(qiáng)對(duì)在建筑幕墻中使用可燃或難燃材料的限制。

1）建筑高度大于等于24m的重要或人員密集的公共建筑物、火災(zāi)危險(xiǎn)場所以及建筑高度大于等于50m的其他建筑，其建筑幕墻的框架材料、飾面材料、保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級(jí)。

2）建筑高度小于24m的重要或人員密集的公共建筑物、火災(zāi)危險(xiǎn)場所以及建筑高度大于等于24m且小于50m的其他建筑，其建筑幕墻的框架材料、飾面材料、保溫材料的燃燒性能應(yīng)不低于B1級(jí)。

3）建筑高度小于24m的其他建筑，其建筑幕墻的框架材料、飾面材料、保溫材料的燃燒性能應(yīng)不低于B2級(jí)。

4.2防火構(gòu)造和封堵設(shè)計(jì)應(yīng)符合規(guī)范

文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]規(guī)定：無窗間墻和窗檻墻的幕墻，應(yīng)在每層樓板外沿設(shè)置耐火極限不低于1.00h、高度不低于0.8m的不燃燒實(shí)體裙墻，幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙應(yīng)采用防火封堵材料封堵。

為了滿足規(guī)范的要求，對(duì)無窗間墻和窗檻墻的幕墻，在防火構(gòu)造和封堵設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）不燃燒實(shí)體裙墻的高度不能低于0.8m，位于樓板邊緣的混凝土梁板或鋼梁板的高度可以計(jì)入此高度。如果混凝土梁或鋼梁不與樓板邊緣平齊，但離樓板邊緣較近，可延長層間防火封堵構(gòu)造至混凝土梁或鋼梁底處。如果混凝土梁或鋼梁離樓板邊緣較遠(yuǎn)，應(yīng)在樓板邊緣下部設(shè)置一段耐火極限不低于1.00h的實(shí)體墻，使不燃燒實(shí)體裙墻的高度不低于0.8m。參照《防火門》GB12955-2008，實(shí)體墻室內(nèi)側(cè)可采用不低于0.8mm的鍍鋅鋼板作襯板，填充厚度不小于100mm，容重不低于100kg/m3的巖棉或礦棉板。

2）對(duì)于點(diǎn)玻幕墻等通透的幕墻結(jié)構(gòu)，不燃燒實(shí)體裙墻和防火封堵可采用耐火極限不低于1.00h的單片防火玻璃。但應(yīng)注意采用這種防火構(gòu)造，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)不具備耐火隔熱性，只適用于室內(nèi)火災(zāi)載荷密度較低的場合。

3）幕墻的防火封堵構(gòu)造，應(yīng)具有密封性和適應(yīng)伸縮與變形的能力。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能在規(guī)定的耐火時(shí)限內(nèi)保持其完整性。

4.3 防火墻兩側(cè)應(yīng)采用防火幕墻

文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]規(guī)定：

當(dāng)建筑物的外墻為難燃燒體時(shí)，防火墻應(yīng)凸出墻的外表面0.4m以上，且在防火墻兩側(cè)的外墻應(yīng)為寬度不小于2.0m的不燃燒體，其耐火極限不應(yīng)低于該外墻的耐火極限。

當(dāng)建筑物的外墻為不燃燒體時(shí)，防火墻可不凸出墻的外表面。緊靠防火墻兩側(cè)的門、窗洞口之間最近邊緣的水平距離不應(yīng)小于2.0m；但裝有固定窗扇或火災(zāi)時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉的乙級(jí)防火窗時(shí)，該距離可不限。

建筑物內(nèi)的防火墻不宜設(shè)置在轉(zhuǎn)角處。如設(shè)置在轉(zhuǎn)角附近，內(nèi)轉(zhuǎn)角兩側(cè)墻上的門、窗洞口之間最近邊緣的水平距離不應(yīng)小于4.0m。

因此，位于防火墻分隔處的建筑幕墻應(yīng)滿足以下要求：

1）當(dāng)建筑幕墻的框架材料、飾面材料、保溫材料的燃燒性能均為A級(jí)時(shí)，緊靠防火墻兩側(cè)水平距離不小于2.0m范圍內(nèi)的幕墻應(yīng)采用耐火極限不低于1.0h的防火幕墻構(gòu)造。

2）當(dāng)建筑幕墻的框架材料、飾面材料、保溫材料中有非不燃材料，或者防火墻位于內(nèi)轉(zhuǎn)角附近時(shí)，緊靠防火墻兩側(cè)水平距離不小于4.0m范圍內(nèi)的幕墻應(yīng)采用耐火極限不低于1.0h的防火幕墻構(gòu)造。

3）防火幕墻構(gòu)造可以采用在幕墻后側(cè)設(shè)置耐火極限不低于1.0h的不燃燒實(shí)體隔墻，實(shí)體隔墻可以是砌體墻，也可以參照樓層間不燃燒實(shí)體裙墻的做法。如果不設(shè)置不燃燒實(shí)體隔墻，那么上述水平距離范圍內(nèi)的幕墻應(yīng)采用防火幕墻，其框架系統(tǒng)和飾面材料的耐火極限應(yīng)不低于1.0h。

4.4 超高層幕墻設(shè)計(jì)必須有防止火災(zāi)蔓延的措施

隨著國民經(jīng)濟(jì)和超高層建筑技術(shù)的發(fā)展，超高層幕墻建筑越來越多，目前全國高度超過百米的超高層建筑已有一千余棟。超高層建筑滅火救援的難度很大，目前世界上最高的消防云梯也只有130米，而且通常消防云梯車只能升到限定值80％左右，如果地面風(fēng)力達(dá)到4～5級(jí)，云梯車將無法正常使用。除非動(dòng)用直升飛機(jī)救火，超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，只能依靠建筑內(nèi)的防火設(shè)施自救。

因此，在超高層幕墻設(shè)計(jì)中，防火設(shè)計(jì)應(yīng)作為一個(gè)重要的問題來看待，根據(jù)建筑物的重要性采取以下防止火災(zāi)蔓延的措施：

幕墻的框架材料、飾面材料、保溫材料應(yīng)采用不燃材料；

嚴(yán)格按照規(guī)范要求，做好防火構(gòu)造和封堵的設(shè)計(jì)；

3）幕墻系統(tǒng)以避難層分段，避難層處采用耐火極限應(yīng)不低于1.0h的獨(dú)立窗墻式或框架式防火幕墻系統(tǒng)；

4）對(duì)重要的樓層和部位采用耐火極限不低于1.0h的防火幕墻系統(tǒng)。

5 結(jié)語

建筑幕墻的防火設(shè)計(jì)關(guān)系到國家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，應(yīng)該引起我們的高度重視。在大力發(fā)展幕墻新材料、新技術(shù)，開發(fā)節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的幕墻產(chǎn)品的同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)幕墻產(chǎn)品防火構(gòu)造及其抵抗火災(zāi)能力的研究。在幕墻設(shè)計(jì)中要正確地理解和運(yùn)用規(guī)范要求，使建筑幕墻各部位的防火構(gòu)造設(shè)計(jì)做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50016—2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.

[2] GB50645—95（2005年版）高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2005.

[3] 莊蕊.窗檻墻和防火挑檐對(duì)外墻火災(zāi)蔓延影響分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2011，30（8）：686-689.