淺談耐火窗的結(jié)構(gòu)與耐火完整性的關(guān)系

馬叢叢 周 川 重慶市綠色建筑技術(shù)促進(jìn)中心

鄧瑛鵬 重慶市勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)消防設(shè)計(jì)分會(huì)

1 前言

截至目前，全國(guó)各地已經(jīng)多處相繼發(fā)生火災(zāi)，造成了嚴(yán)重的人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失，如2010年上海市靜安區(qū)發(fā)生的“膠州路居民樓火災(zāi)”、2011年沈陽(yáng)市的“2.3皇朝萬(wàn)鑫酒店火災(zāi)”、2015年河南“5.25養(yǎng)老院火災(zāi)”、2019年重慶市渝北區(qū)的“加州花園居民樓火災(zāi)”以及涪陵區(qū)的“馬鞍街道踏水橋小區(qū)居民樓火災(zāi)”等事故的發(fā)生，引起人們對(duì)建筑防火、耐火性能的高度重視。特別是100m以上的高層建筑，由于目前消防設(shè)備的有效高度及其他因素，導(dǎo)致火災(zāi)救援的難度較大，在建筑中選用防火構(gòu)件，保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)安全顯得尤為重要。相關(guān)研究表明，建筑外窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中重要組成部分之一，是防止高層建筑火災(zāi)縱向蔓延的關(guān)鍵途徑，當(dāng)外墻出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，具有良好耐火性能的外窗能夠防止火勢(shì)和產(chǎn)生的煙霧向房屋的內(nèi)部繼續(xù)蔓延和滲透，切斷了普通窗玻璃由于高溫作用融化或破裂后變?yōu)榛馂?zāi)繼續(xù)蔓延的通道，避免演變成立體的復(fù)合型火災(zāi)，能夠保障建筑物內(nèi)部不受火勢(shì)和煙氣的侵蝕，保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，加強(qiáng)建筑外窗的耐火性完整性是有效緩解建筑物火災(zāi)安全問(wèn)題的技術(shù)措施之一。

2 耐火窗結(jié)構(gòu)

根據(jù)DJBT 50—136《建筑防火、排煙構(gòu)造設(shè)計(jì)圖示（三）耐火窗》，耐火窗的定義為：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，關(guān)閉狀態(tài)下能滿足耐火完整性要求的建筑外窗。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)歸納整理，本文定義的耐火窗概念為：采用經(jīng)隔熱處理或其它方法改進(jìn)處理的鋁合金、鋼制、塑鋼、鋼木復(fù)合等窗框，與防火玻璃，密封膠條及五金配件等部件組成，具有一定的耐火完整性，并能在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)起到隔離和阻止火勢(shì)蔓延的窗，同時(shí)耐火窗還應(yīng)滿足抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能等相關(guān)要求。本文定義的耐火窗其耐火等級(jí)僅有0.50h、1.0h兩種，必須可手動(dòng)啟閉窗扇，對(duì)窗扇的自動(dòng)啟閉控制裝置不做要求，但宜裝配遇火自動(dòng)關(guān)閉裝置。耐火窗與防火窗不同。防火窗通常設(shè)在有采光要求的防火墻或防火隔墻上，對(duì)抗風(fēng)壓性能、采光性能、氣密性能和耐火性能的要求，但對(duì)水密性能、隔聲性能以及保溫性能沒(méi)有要求。而耐火窗不僅要求耐火完整性達(dá)到要求，還應(yīng)滿足抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能等相關(guān)要求。耐火窗與非隔熱防火窗不同，耐火窗的耐火等級(jí)僅有0.5h、1h兩種。耐火窗不強(qiáng)制使用窗扇的自動(dòng)啟閉控制裝置，而防火窗應(yīng)配備自動(dòng)啟閉控制裝置。以下分別對(duì)組成耐火窗的玻璃、窗框、五金件、密封材料等進(jìn)行介紹。

2.1 玻璃

玻璃約占建筑外窗面積的70%左右，因此，玻璃的選擇使用對(duì)建筑外窗的耐火性能和節(jié)能性能的影響非常重要。耐火窗的玻璃要綜合考慮耐火完整性、抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能等方面，防火玻璃的分類如下表1所示。。

表1 防火玻璃分類

耐火窗的一般采用防火的雙層或三層中空玻璃結(jié)構(gòu)，大致分為三層：內(nèi)層防火玻璃、中間層、外層隔熱防護(hù)玻璃。內(nèi)層防火玻璃：將防火玻璃設(shè)置在中空玻璃室內(nèi)面上，可以達(dá)到較好的防火效果。中間層：一般為干燥空氣或氬氣等惰性氣體，在條件允許的情況下中空結(jié)構(gòu)可以充氬氣，以滿足更高要求的節(jié)能設(shè)計(jì)要求。外窗隔熱防護(hù)玻璃：位于最外層，一般采用Low-E 低輻射鍍膜鋼化玻璃，起到隔熱、遮陽(yáng)作用，可采用單銀、雙銀Low-E鍍膜玻璃。

2.2 型材

耐火窗按型材常用的種類可分為鋁合金材質(zhì)型材、塑鋼材質(zhì)型材等。建筑耐火窗的型材約占整窗的30%，所以其型材的熱工性能和耐火性能對(duì)耐火窗整窗的影響很大。另外，由于型材起框架支撐作用，型材的好壞成為耐火窗耐火性能和熱工性能的重要指標(biāo)。不少專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，如萬(wàn)成龍[1]對(duì)市場(chǎng)上常見(jiàn)的穿條式鋁合金型材和澆筑式鋁合金型材采用相關(guān)軟件進(jìn)行模擬，“大小腔”的設(shè)計(jì)形式比等腔室的設(shè)計(jì)形式熱工性能更佳，采用暖邊條的窗比傳統(tǒng)的間隔條熱工性能更佳；成洪波[2]研究采用相關(guān)軟件對(duì)不同形式的中空玻璃當(dāng)窗框型材的材質(zhì)和厚度尺寸一定時(shí)，隔熱條尺寸變化對(duì)熱工性能的影響；趙宗凱[3]研究了型材腔體數(shù)量的變化和腔體結(jié)構(gòu)的變化對(duì)窗熱工性能的影響，同時(shí)研究表明，窗型材腔體中采取填充耐火材料的方式可大幅度提升耐火窗的耐火性能。從已發(fā)生的火災(zāi)案例中研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于鋁合金窗、塑料窗，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，因?yàn)榛馂?zāi)的高溫作用使得窗框發(fā)生嚴(yán)重的變形，從而導(dǎo)致外窗的破壞，型材一般很少會(huì)完全熔化。因此提高型材的耐火性成為提升耐火窗耐火性能的關(guān)鍵。

2.3 密封材料及五金件

建筑耐火窗的密封部位主要有玻璃與窗扇之間、窗扇與窗框之間、窗框與墻體連接處的密封，密封膠條起著關(guān)鍵的作用。耐火窗窗框、窗扇的連接，以及鎖固用功能性五金配件，應(yīng)滿足整樘門窗承載和耐火能力的要求，其反復(fù)啟閉性能應(yīng)滿足門窗反復(fù)啟閉耐久性要求。門窗框與窗扇之間密封材料對(duì)整窗密封和耐火完整性非常重要，密封膠條與耐火材料復(fù)合，耐火材料宜選用難燃級(jí)，可實(shí)現(xiàn)密封性能與阻燃功能，可選用三元乙丙膠條，其材質(zhì)柔軟、密封優(yōu)良；窗扇開(kāi)啟通道部位可選用石墨基膨脹材質(zhì)密封件，膨脹倍率應(yīng)足夠脹滿通道，平整、清潔，避免雨水浸泡，安裝牢固、無(wú)異響；門窗框與玻璃之間可選用中性的阻燃密封膠，當(dāng)接觸不明化學(xué)工藝玻璃或耐火材料制品時(shí)，應(yīng)進(jìn)行粘接測(cè)試，必要時(shí)除膜或做隔離涂層。五金件有門窗“心臟”的美譽(yù)，五金件產(chǎn)品的耐火性能及安裝工藝對(duì)整窗的耐火完整性影響很大，五金件應(yīng)符合GB/T 32223—2015《建筑門窗五金件 通用要求》的規(guī)定。五金件包括合頁(yè)、傳動(dòng)器、把手、銷塊等，采用鑄鋼、不銹鋼等材質(zhì)，可保證規(guī)定時(shí)間不會(huì)熔融、變形。防火合頁(yè)通過(guò)螺釘將窗扇的鋼襯、窗框的鋼襯、合頁(yè)鎖住，從而把窗框與窗扇連接起來(lái)形成整體的框架。耐火窗宜采用電信號(hào)控制電磁鐵關(guān)閉或開(kāi)啟方式，不得采用彈簧外露或無(wú)緩沖的簡(jiǎn)易裝置，不得采用簡(jiǎn)易限位裝置，避免操作不當(dāng)引起誤傷。

3 耐火窗評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢測(cè)方法

根據(jù)重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)DJBT 50—136《建筑防火、排煙構(gòu)造設(shè)計(jì)圖示（三）耐火窗》及其他相關(guān)研究，確定耐火窗的評(píng)價(jià)指標(biāo)有：耐火完整性、抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能。下面依次對(duì)耐火完整性、氣密性能、水密性能、抗風(fēng)壓性能以及相應(yīng)的檢測(cè)方法予以表述。其中，抗風(fēng)壓性能檢測(cè)、氣密性能、水密性能檢測(cè)均采用模擬靜壓箱法，對(duì)安裝在壓力箱上的試件進(jìn)行氣密性能、水密性能和抗風(fēng)壓性能檢測(cè)。

3.1 耐火完整性

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018版）對(duì)耐火完整性的定義為：在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑門窗某一面受火時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)組織火焰和熱氣穿透或在背火面出現(xiàn)火焰的能力。耐火窗的耐火完整性能應(yīng)滿足GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018版）中5.5.32條和6.7.7條建筑外窗耐火完整性1.00h和0.50h的規(guī)定。

耐火完整性的檢測(cè)方法是按照GB/T 12513—2006《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行，這與防火窗的檢測(cè)方法相同。耐火試驗(yàn)檢測(cè)所使用的檢測(cè)裝置為全封閉燃?xì)庾詣?dòng)加熱爐，模擬發(fā)生火災(zāi)時(shí)耐火窗、防火窗、防火門等防火構(gòu)件的耐火完整性，從而確定試件在受到實(shí)際火災(zāi)時(shí)在火焰的作用下其耐火完整性是否滿足相關(guān)要求。

3.2 氣密性能

根據(jù)GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法》對(duì)氣密性能的定義為：可開(kāi)啟部分在政策鎖閉狀態(tài)時(shí)，外門窗阻止空氣滲透的能力。

根據(jù)相關(guān)研究，確定耐火窗的氣密性能應(yīng)滿足下列要求：

（1）公共建筑10 層及以上建筑外窗的氣密性不應(yīng)低于7級(jí)；10層以下建筑外窗的氣密性不應(yīng)低于6級(jí)。

（2）居住建筑7層及7層以上建筑外窗的氣密性不應(yīng)低于6級(jí)；6層及以下的建筑外窗的氣密性不應(yīng)低于4級(jí)。

耐火窗氣密性能的檢測(cè)參考GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法》中7進(jìn)行，包括檢測(cè)步驟、預(yù)備加壓、滲透量檢測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。氣密性能檢測(cè)是在穩(wěn)定壓力差狀態(tài)下通過(guò)空氣收集箱收集并測(cè)量試件的空氣滲透量。

3.3 水密性能

根據(jù)GB/T 7106《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法》對(duì)水密性能的定義為：可開(kāi)啟部分在正常鎖閉狀態(tài)時(shí)，在風(fēng)雨同時(shí)作用下，外門窗阻止雨水滲透的能力。

水密性能的檢測(cè)參考GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法》中8進(jìn)行，包括檢測(cè)方法、預(yù)備加壓、檢測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。其中檢測(cè)分為穩(wěn)定加壓法和波動(dòng)加壓法。

3.4 抗風(fēng)壓性能

根據(jù)GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法》對(duì)抗風(fēng)壓性能的定義為：可開(kāi)啟部分在正常鎖閉狀態(tài)時(shí)，在風(fēng)壓作用下，外門窗變形不超過(guò)允許值且不發(fā)生損壞或功能障礙的能力。其中，外門窗變形包括受力桿件變形和面板變形；損壞包括裂縫、面板破損、連接破壞、窗扇被打開(kāi)或掉落以及肉眼可見(jiàn)的不能夠恢復(fù)的變形等現(xiàn)象；功能障礙包括五金件松動(dòng)、啟閉困難、膠條脫落等現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)家和地方關(guān)于防火窗的研究和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較多，而對(duì)耐火窗的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較少，本文針對(duì)耐火窗的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剖析，分析了耐火窗玻璃、型材、密封膠條和五金件對(duì)整窗耐火完整性的影響。