淺析玻璃幕墻火災特性及防火設計

●劉建新

(通遼市消防支隊，內蒙古 通遼 028200)

●火災預防

淺析玻璃幕墻火災特性及防火設計

●劉建新

(通遼市消防支隊，內蒙古 通遼 028200)

玻璃幕墻在高層建筑中的應用給建筑帶來了很大的火災風險。介紹了玻璃幕墻的構造類型，對玻璃幕墻的火災特性及火災危險性進行相關分析和探討，并結合規范，分析了國內外幕墻防火構造的具體做法，明確了幕墻防火的關鍵措施，為下一步研究指明了方向。

玻璃幕墻；火災特性；防火設計

0 引言

玻璃幕墻作為一種新型的建筑外圍護性結構,廣泛應用于現代化的建筑外立面上，它具有自身重量輕、施工方便、美觀大方、采光性好等優點，深受廣大建筑設計者的喜愛。玻璃幕墻多應用于高層建筑中，發生火災后，火災煙氣沿幕墻及幕墻與樓板間的空隙向上蔓延，給建筑帶來的火災風險不容忽視。由于玻璃幕墻的火災危險性主要體現在火災豎向蔓延上，因此本文主要對玻璃幕墻火災豎向蔓延規律進行分析，找出玻璃幕墻火災防治的關鍵點，并結合國內外相關研究動態，在介紹常見防火構造基礎上，提出具體的防火措施。

1 玻璃幕墻系統簡介

玻璃幕墻是由玻璃面板與支承結構體系組成，可相對主體有一定位移能力或自身有一定抵抗變形能力、可部分承擔主體結構荷載與作用的建筑外圍護性結構[1]。目前關于玻璃幕墻的分類方法很多，按構造形式可分為框架式玻璃幕墻、點支式玻璃幕墻和全玻式玻璃幕墻三類。

框架式玻璃幕墻是由豎框和橫梁組成的框格與玻璃面板組成，面板固定在框格上，通過豎框或橫梁將所承受的荷載傳遞給建筑主體，如圖1所示。點支式玻璃幕墻是由玻璃面板和駁接組件支承結構組成，按支承結構形式的差別又細分為鋼桁架點式玻璃幕墻、拉桿點式玻璃幕墻、拉索點式玻璃幕墻等，如圖2所示。全玻式玻璃幕墻是由玻璃肋和玻璃面板組成，具有全透明、大視野的特點，如圖3所示。

另外還有雙層玻璃幕墻，它由外層玻璃幕墻、內層玻璃幕墻和中間熱通道構成，又叫作熱通道玻璃幕墻或呼吸式玻璃幕墻，具有隔聲、隔熱、節能等優點，內外幕墻間的夾層有利于室內外空氣的循環，對改善室內環境具有積極的作用，如圖4所示。

圖1 框架式玻璃幕墻

圖2 點支式玻璃幕墻

圖3 全玻式玻璃幕墻

2 火災危險性

玻璃幕墻建筑發生火災后，煙氣向上蔓延方式主要有三種，如圖5所示。(1)火焰通過幕墻破裂口向上蔓延。起火層房間幕墻玻璃破裂，火焰通過幕墻破裂洞口向上蔓延至上層房間。由于玻璃是熱的不良導體，耐火性差，發生火災時極易變形、破裂造成幕墻大面積掉落，火焰就通過這些洞口向上蔓延。(2)火焰沿幕墻內部空腔向上蔓延。例如幕墻建筑中常用的6 mm+9A+6 mm雙層鋼化中空玻璃，其兩層玻璃間的中空厚度為9 mm，發生火災時會成為火災豎向蔓延的通道，而對于雙層玻璃幕墻，由于內外幕墻間存在空氣腔，當室內火災發展到一定程度時，內幕墻玻璃破裂脫落，火焰會進入空氣腔并沿著腔壁向上蔓延，在高層建筑中極易形成“煙囪效應”，嚴重影響火災撲救和人員疏散的正常進行[2]。(3)火災煙氣沿幕墻與樓板間縫隙向上蔓延。當建筑幕墻的層間防火封堵失效時，煙氣就通過縫隙向上層蔓延，造成更大的火災。以上三種火災豎向蔓延方式會導致建筑豎向防火分隔失效，防火分區遭到破壞，火災和煙氣會通過豎向通道向上蔓延。

圖5 玻璃幕墻火災蔓延示意圖

3 規范探討及相關防火設計介紹

3.1 規范探討

國內關于玻璃幕墻防火設計的規范主要有《建筑設計防火規范》[3](GB 50016-2014)、《玻璃幕墻工程技術規程》[4](JGJ 102)等。《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)第6.2.5條、第6.2.6條對玻璃幕墻防火進行了強制性規定：(1)建筑外墻應設置窗檻墻或防火挑檐，設置窗檻墻時，窗檻墻應采用實體墻，實體墻高度不應小于1.2 m；設置防火挑檐時，挑檐寬度不應小于1.0 m，長度不應小于開口寬度。(2)當室內設置自動噴水滅火系統時，窗檻墻高度不應小于0.8 m。(3)當采用實體墻確有困難時，高層建筑應采用乙級防火窗或耐火完整性不低于1.00 h的C類防火窗，單、多層建筑應采用丙級防火窗或耐火完整性不低于0.50 h的C類防火窗。(4)幕墻與樓板、隔墻間的縫隙應采用防火封堵材料封堵。同時需要注意窗檻墻、防火挑檐的耐火極限和燃燒性能，均不應低于相應耐火等級建筑外墻的要求。

《玻璃幕墻工程技術規程》(JGJ 102，報批稿)在與《建筑設計防火規范》保持一致的同時，對防火封堵提出了具體的要求：層間水平防火封堵構造宜沿窗檻墻或防火裙墻的上部和下部各設一道。如只設置一道時，宜設置在窗檻墻或防火裙墻的下部；防火封堵厚度不應小于100 mm，承托板應采用厚度不小于1.5 mm的鍍鋅鋼板或其它防火板材；承托板之間以及承托板與幕墻結構、窗檻墻或防火裙墻之間的縫隙應填充防火密封材料。

由上可知，規范對玻璃幕墻的防火要求主要是為防止火災在垂直方向上的蔓延，主要防火措施既有對幕墻系統防火性能的要求，如采用相應耐火等級的防火窗，又有對相關防火構造設計的要求，如規定窗檻墻高度和防火挑檐寬度、設置必要的層間防火封堵等。

3.2 常見防火構造介紹

玻璃幕墻常見的防火構造設計主要有以下兩種方式：一種是將窗檻墻設置在玻璃幕墻內側，兼顧了防火和美觀的要求，如圖6(a)所示；另一種是直接將窗檻墻設置在玻璃幕墻系統上，如圖6(b)所示。兩種做法均能滿足規范防火要求，在本質上是一致的，在實際工程中第一種應用更廣泛。

1.玻璃幕墻；2.窗檻墻或防火裙墻；3.層間防火封堵；4.樓板

防火構造(a)的具體做法如圖7所示，其防火裙墻設置在樓板下部，且滿足我國規范中不燃性實心墻高度不小于0.8 m的防火設計要求；層間水平防火封堵設置在防火裙墻下部，采用厚度不小于100 mm的防火巖棉進行封堵，并采用1.5 mm厚的鍍鋅鋼板支承，能夠很好地阻止火勢向上蔓延，滿足規范要求。需要注意的是由于防火封堵距離下層樓板較近，而發生火災時天花板附近溫度很高，且天花板附近的裝修構件如窗簾盒等易燃，加劇了火勢的蔓延，因此要保證防火封堵的完整有效，應提高承托板與幕墻及防火裙墻間連接部位的防火性能。

圖7 玻璃幕墻層間防火構造(a)細部設計圖

圖8所示為國外某公司采用的鋁合金框架式玻璃幕墻防火構造，符合美國ASTME-2307測試標準。其主要設計滿足以下要求：玻璃拱肩板(如圖中2C所示)采用鋼化透明玻璃，其上端距樓板上表面的距離大于0.9 m，在拱肩板內側應設置絕熱墊層(圖中2G)，絕熱墊層耐火等級與樓板一致，應滿足2 h的耐火極限要求，可采用防火巖棉，巖棉墊朝向室內部分以鋁箔貼面，墊層應與鋁框齊平，并在絕熱板與玻璃幕墻之間留約5 mm厚的空氣腔；在鋁擠壓框外表面貼附耐火橡膠擠壓條(圖中2E)，耐火性能應與絕熱板(圖中2G)保持一致，在鋁豎框內側應貼附隔熱條(圖中2H)，并以自攻螺絲等方式固定至鋁框，防止鋁框遇火變形。

1.樓板；2.幕墻系統；2A.鋁合金框架與建筑主體相連的連接配件(未顯示)；2B.鋁合金幕墻框架；2C.玻璃拱肩板；2D.玻璃面板；2E.耐火橡膠擠壓條；2F.火藥擊釘；2G.絕熱墊層；2H.隔熱條(保護鋁材)；2I、2J.角鋼；3.層間封堵；3A.防火封堵被襯層；3B.防火密封漆

圖8 國外鋁合金框架玻璃幕墻層間防火構造示意圖

在層間防火封堵構造中，層間防火封堵最小厚度為100 mm，壓緊后最小密度130 kg·m-3，并采用巖棉作為被襯層，滿足平常使用時的位移變形要求，巖棉壓縮率33%。為防止防火封堵被襯層遇火變形脫落，失去隔煙效果，應在上部涂刷3 mm厚彈性防火密封漆，滿足2 h防火防煙要求，彈性形變能力至少±15%。同時要求如果防火封堵被襯層會承受垂直切應力，應在其內部設置一定數量的Z型鍍鋅鋼材與建筑主體相連。

4 結束語

根據以上分析可知，為防止火災通過玻璃幕墻系統豎向蔓延，應加強上下樓層間的防火設計：(1)通過窗檻墻等方式使窗口溢出的火焰不至于垂直蔓延至上一樓層，但窗檻墻高度，窗檻墻與樓層間的位置關系還需要進一步研究；(2)層間水平防火封堵是防止火災豎向蔓延的重要手段，《建筑設計防火規范》、《玻璃幕墻工程技術規程》都強調了這一問題，要求防火封堵構造具有穩定性、耐久性和抗變形能力[5]。本文分析了國內外的一些具體措施，以期對玻璃幕墻防火有所幫助。

[1] 陳連勝,查恩明,金長江,等.典型建筑幕墻系統介紹[J].門窗,2011,(7):13-19.

[2] 倪照鵬,路世昌,智會墻,等.雙層玻璃幕墻全尺寸火災實驗研究[J].火災科學,2007,16(4):232-241.

[3] GB 50016-2014,建筑設計防火規范[S].

[4] JGJ 102,玻璃幕墻工程技術規程(報批稿)[S].

[5] 黃暉宇,賈杰,鄧志欣.幕墻層間防火封堵技術探討[J].消防技術與產品信息,2012,(8):16-18.

(本欄責任編輯、校對 李 蕾)

Preliminary Analysis on Fire Characteristic of Skin Facade and Design for Fire Protection and Prevention

LIU Jian-xin

(TongliaoMunicipalFireBrigade,InnerMongoliaAutonomousRegion028200,China)

The application of skin facade brings big fire potential for high buildings. This paper introduces the construction of skin facade and makes a related analysis its fire characteristic and its dangerous potential. Also , according to regulation and standards, it introduces fire protection construction of skin facade at home and abroad, as well as the key measures of fire protection of skin facade, which can benefit the following researching work.

skin facade; fire characteristic; fire protection design

2014-11-16

劉建新(1979— )，男，內蒙古通遼人，助理工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)02-0046-04