基于高層公共建筑的玻璃幕墻消防設計

張永忠

（陜西中恒天潤環境科技有限公司，陜西西安 710016）

0 引言

現代建筑行業中玻璃幕墻已成為一種標志，其集建筑美學、建筑功能和建筑結構于一身[1]。建筑物不僅以不同的角度顯示不同的顏色，而且隨著周圍環境的變化為人們提供動感十足的美感，在增加建筑物使用空間的基礎上減小了建筑物的占地面積。此模式的出現無非是打破了常規，但是同時也為防火問題帶來了新的挑戰。

1 高層公共建筑概述

1.1 高層公共建筑涵義

高層公共建筑是勞動人民指智慧的結晶，是精英人士的聚集場所，在21世紀的今天，高層公共建筑已經不單單承擔著空間的職能，同時還是人類智慧產出的容器。所以擁有一個高效、便捷的日常工作運作系統的必要條件就是擁有高質量的辦公場所，能夠促進日常辦公的高效推進；企業管理者或重要崗位人員的辦公場所、人員密集處，如會議室等主要辦公環境在工作中通常被作為業務信息交換的中心，這需要工作人員和管理者在工作中高效、快捷、準確的開展工作；在公共辦公區域，因其人員復雜性，工作交叉性，需要多部門聯動，所以對于辦公場地的選擇和各空間的配合的要求有所不同；公共辦公區域應滿足能夠快速適配多崗位要求，具備一定的靈活機動性[2]。

1.2 高層公共建筑分類

理論上，我國建筑高度大于24m的辦公建筑定義為高層公共建筑（高度超過100m為超高層公共建筑）[3]。現代高層公共建筑發展至今，依使用功能、方式、性質及使用人群的不同，已呈現出比較明確的分類形式，如圖1所示。

圖1 高層公共建筑使用分類

1.3 高層公共建筑發展趨勢

高層公共建筑經過各種途徑的不斷完善和發展，現已呈現以下發展趨勢：

（1）綜合化。高層公共建筑因其具有地標性的特質，一般會建造在城市比較顯眼的位置，地標性的建筑帶來了密集的人員流動。例如，高層辦公場所會因為業務往來，員工上下班產生人員流動，餐飲、住宿、休閑娛樂場所會引起大量的人員流動。基于人們的需求，對于所在建筑提出的較高的要求，需要滿足多元化的附加需求，基于此，對高層建筑的功能多元化和綜合化進行一系列的實現。

（2）智慧化。對當前高層公共建筑的綜合評價指標中對于建筑的智慧化有明確的評價指標，具有智慧化的建筑應該有高效、高能和高舒適度的特征，這些指標的綜合體現是通過建筑的合理結構、智能化系統、優質的服務體系和良好的運營環境耦合實現的。這種具有高能、高效和高舒適度特征的樓宇系統通常安裝先進的網絡通訊組網、高效的內部局域網絡以及先進的自動化辦公系統，這些系統的高效協調運行一般具有程式驅動的計算機自動監控，省去了人工的干預，為使用者提供了優越的辦公環境。

（3）生態化。生態化的自然辦公環境能提高使用者或者員工的工作效率，因為生態環境是人類賴以生存的基礎，具有良好的生態環境的建筑能夠讓使用者保持身心愉悅，從而為使用者提高創造力奠定良好的基礎。盡管當前的樓宇能夠體現現代高科技的成就，但是當使用者在這種具有高科技配置的環境中辦公時，最需要的還是高科技與良好的生態巧妙的有機結合。

隨著現代人們對高層公共建筑的需求越來越高，不管是建筑體綜合體本身、建筑綜合體的功能還是建筑綜合體裝飾，因此伴隨而來的火災危害問題也比引起了人們的關注，其中高層公共建筑的玻璃幕墻的消防設計就顯得非常重要。

2 玻璃幕墻消防設計

2.1 玻璃幕墻火災特點分析

（1）由于對玻璃幕墻在設計階段采用不合理的設計參數或者是由于施工工藝不當造成的施工質量不能滿足要求時，一旦高層建筑發生火災險情時，火災很容易在垂直和水平的方向延伸，造成火勢的蔓延。由于玻璃幕墻具有窗戶的采光功能，又由于其特殊性會承擔墻體的作用，玻璃幕墻的材質具有玻璃屬性，若在玻璃幕墻的垂直方向和水平方向不采取防火隔離措施，火勢及伴隨的濃煙肯定會沿著外墻和向內側臨近的樓層蔓延[4]。

（2）玻璃幕墻的玻璃遇到高溫脫落會阻礙救火的進度。玻璃屬性的玻璃幕墻采用鋁合金等金屬框架固定。但是在高溫環境下金屬框架不具有很高的熔點性質，因此很容易在高溫條件下造成玻璃幕墻的玻璃失去固定而脫落，加之高溫環境下玻璃容易炸裂，脫落的玻璃會阻礙火災救援的進度。

（3）火災濃煙不能及時排除，影響人員的疏散和火災救援。玻璃幕墻由于具有墻體的性質，因此具有較好的密封性，考慮到幕墻整體結構的安全性，幕墻的開啟范圍很小，開啟角度遠不足45°，這樣小的開啟角度在火災發生時由于氣壓的作用根本起不到排煙的作用，因此在火災發生時，勢必會造成樓層內大量的聚集有毒有害的濃煙無法及時排除，造成人員施救和火災救援的難度增大。

2.2 消防設計依據

高層公共建筑防火玻璃幕墻和防火隔斷設計的重點是如何防止火勢蔓延[5]。《建筑設計防火規范》對建筑物的耐火等級做出了明確的規定，同時要求建筑物在火災發生期間要保證建筑物不能倒塌。基于此規定，玻璃幕墻以及隔斷就是應該有耐火性能，并且在火災發生時要保障建筑結構的完整性，根據建筑物防火防災的要求，玻璃幕墻和隔斷材料應有以下性能：

（1）密封性原則。即在發生火災時，能夠防止由火災產生的煙從火側向背面傳播。這是最基本的要求。合理有效地阻擋火災中的煙霧并避免形成煙囪效應是控制火災蔓延有效的方式。

（2）耐火性原則。當發生火災時，要求玻璃幕墻和隔斷材料要能在一定時間內對火災的蔓延具有一定的抵抗阻滯作用，并且保證建筑物結構的完整性。

（3）隔熱性原則。當著火的一側受到火的影響時，其背面的溫度在一定時間內變化不明顯，從而不會點燃背面的物品。同時在阻滯火焰蔓延的同時要有相應的隔熱能力，不至于火焰通過熱傳導的方式引燃玻璃幕墻或隔斷后邊的材料，起到防火防災的重要作用。

2.3 防火設計原則

防火玻璃幕墻必須具有幕墻的所有特性，例如抵抗風壓、雨水沖擊、防止空氣泄漏、防止面內變形和其他特性等[6]。作為具有防火功能的玻璃幕墻，除了上述功能以外，更重要的是防火功能。同樣，防火玻璃隔斷的設計必須首先考慮其自身的結構安全性，然后再考慮防火要求。

（1）煙氣隔離設計。為了達到幕墻結構的防煙效果，首先，它必須具有良好的氣密性，不僅要有幕墻性能中提到的密封性，還要具有防火性。與普通幕墻密封設計相比，應注意兩點[7]：①型材的內腔密封處理，為了防止豎向材料形成煙囪效應，設計防火玻璃幕墻時，必須按設計規范對空腔進行處理；②當發生火災時，有必要考慮幕墻的局部由熱膨脹變形引起的密封失效。因此，在骨架的接縫處需要使用腰形的孔，并且在選擇密封材料時要使用具有良好彈性和耐火性的密封劑。

（2）耐火完整性設計。當存在火災時，玻璃幕墻或隔斷的設計要充分考慮到火災的影響[8]。不至于在火災發生時使得火災破壞建筑結構的完整性，因此要求玻璃幕墻能夠被大火燒垮而獨立固定在建筑物主體結構上。獨立性和完整性是滿足耐火性的基礎。同時，防火玻璃幕墻和防火玻璃隔板結構必須具有更好的吸收熱變形的能力。在高溫火下，鋼的機械性能會隨著溫度的升高而降低，在約550℃時，降低幅度更為明顯，通常約為15min，會失去承重能力而倒塌。如果不采取措施，建筑物將在15min內被大火燒跨。在選擇耐火玻璃種類時必須考慮建筑物裝飾效果的同時還要考慮裝飾材料的強度和耐火性能。

2.4 實例探究

某高檔高層辦公寫字樓采用雙層玻璃幕墻圍護結構。設計時，結合外部造型需要每層挑出樓板，并將每兩層作為一個防火單元。各防火單元內，在每層幕墻層間設置了0.8m高，耐火極限不低于1.0h的窗檻墻以防止火災的層間蔓延。當某一防火單元下層發生火災導致臨近內幕墻破裂，高溫煙氣進入雙層幕墻間隔空間，經挑檐改變氣流方向后，上層內側玻璃幕墻倘若先于外側玻璃幕墻破裂，則將產生火災越過破損的內側玻璃幕墻而向室內蔓延的危險。為避免火災時上述情況的反生，防火設計在幕墻中設置了兩種形式的挑檐及噴淋，外幕墻設置百葉，同時設有防火擋墻及噴頭，可以有效防止上述情況的發生。

3 結語

玻璃幕墻作為一種新型的外墻圍護結構，其防火性能還需要在工作中不斷地總結、完善，要嚴格執行《建筑設計防火規范》要求，在體現建筑物美觀的同時還要注重其耐火性能。