淺析建筑工程中玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)

戴克義 蚌埠市工程建設(shè)監(jiān)理公司

1 前言

玻璃幕墻作為一種較為新型的墻體裝飾結(jié)構(gòu)，它在能夠有效保證建筑物功能、建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還可以提升建筑物整體的美觀性。建筑物玻璃幕墻可以隨著陽光、月光、燈光的變化，呈現(xiàn)出不同的顏色。此外，由于玻璃幕墻具有重量輕、施工便捷等特點(diǎn)，可以有效減輕建筑重量，還能縮短施工工期，因此，玻璃幕墻在城市建筑中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。但是由于建筑設(shè)計(jì)人員和施工人員對于玻璃幕墻的防火規(guī)范的理解存在差異，導(dǎo)致建筑工程中的玻璃幕墻防火性能較差，所以，需要針對玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

2 玻璃幕墻概述

現(xiàn)階段，我國已經(jīng)成長為世界上最大的玻璃幕墻生產(chǎn)及使用國，雖然我國玻璃幕墻的起步遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于其他國家，但是其在我國得到了迅猛發(fā)展。玻璃幕墻本身具有施工便捷、自身重量輕的特點(diǎn)，能夠有效實(shí)現(xiàn)建筑外墻輕型化以及外墻裝配化生產(chǎn)的目標(biāo)，而其對于建筑良好的裝飾效果則是玻璃幕墻能夠飛速發(fā)展的根本原因。

玻璃幕墻是通過以大面積的玻璃構(gòu)筑建筑物的外墻，進(jìn)而體現(xiàn)出建筑物良好的建筑美學(xué)效果，玻璃幕墻能夠充分發(fā)揮玻璃自身的特性，使建筑物能夠更好地和周圍環(huán)境相融合。然而，雖然玻璃幕墻具有美觀、輕便、通透度高的優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)也不能忽略。

首先，玻璃幕墻會(huì)造成一定程度的光污染，玻璃幕墻反射的光會(huì)使行人和司機(jī)產(chǎn)生眩光現(xiàn)象，容易引發(fā)交通事故；其次，玻璃幕墻的陽光透過率較低，會(huì)對附近的環(huán)境和其他建筑反射較多的熱量，產(chǎn)生熱污染；再次，早期受到技術(shù)限制，采用玻璃幕墻的建筑物對于能源的消耗十分巨大，不利于節(jié)能減排；最后，玻璃幕墻本身不具備良好的防火性能，一旦使用玻璃幕墻的建筑物發(fā)生火災(zāi)，火勢會(huì)得到迅速的蔓延，增大消防撲救的難度，很難保證建筑物內(nèi)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，有必要對玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)進(jìn)行深入探討。

圖1 玻璃幕墻效果圖

3 玻璃幕墻的火災(zāi)特點(diǎn)

3.1 玻璃幕墻遇火易爆

當(dāng)建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火情會(huì)在建筑物內(nèi)部的多個(gè)方向蔓延，而玻璃幕墻在高溫下受熱不均，在玻璃內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而玻璃上的一些細(xì)小瑕疵會(huì)因受到熱應(yīng)力的影響使得玻璃破損，一旦玻璃幕墻出現(xiàn)破損，火情和濃煙就會(huì)順著玻璃幕墻蔓延到其他樓層。如果在豎向和水平方向設(shè)計(jì)和施工時(shí)不進(jìn)行防火隔離，就會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)情勢加重。

3.2 在火災(zāi)中易發(fā)生玻璃破碎脫落

玻璃幕墻是由玻璃和鋁合金骨架或型鋼骨架組成的，而型鋼在受熱到600℃時(shí)會(huì)失去承載能力、鋁合金在受熱到250℃～330℃時(shí)會(huì)失去承載能力。此外，在烈火的高溫下玻璃會(huì)發(fā)生融化或者軟化，這些因素都會(huì)造成玻璃的破碎墜落，給人員疏散和消防撲救造成障礙。

3.3 排煙困難

建筑中使用玻璃幕墻，為了考慮結(jié)構(gòu)的安全性和密封性，采用盡量減少開啟窗或小尺寸開窗的措施，且開啟窗多為上懸窗，開啟角度要小于30°。基于上述原因，使用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的建筑在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，一是排煙面積小；二是開窗位置在每層的上部，基本上不能起到排煙作用；三是窗戶設(shè)置的高度較高，以至于人在站立時(shí)并不能及時(shí)開啟，這就降低了玻璃幕墻自然排煙的性能，火災(zāi)發(fā)生后，建筑物內(nèi)會(huì)留存大量的濃煙，為人員的疏散帶來困難[2]。

4 玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)的規(guī)定

4.1 明確設(shè)計(jì)責(zé)任

建筑工程玻璃幕墻在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要注重對于玻璃幕墻的防火能力、防雷能力以及結(jié)構(gòu)安全等各方面因素的考慮，同時(shí)明確對于各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)負(fù)的責(zé)任。此外，設(shè)計(jì)單位還要具備專業(yè)的設(shè)計(jì)資質(zhì)，在進(jìn)行玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)能夠嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 玻璃幕墻的設(shè)置

在進(jìn)行玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)GB 50016—2014（2018 年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和GB 50045—95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相關(guān)要求，對建筑物玻璃幕墻的層數(shù)、長度、面積和防火分區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。

4.3 保證玻璃幕墻的密封性

玻璃幕墻作為建筑物的外圍防護(hù)構(gòu)建，要求其擁有良好的密封性。玻璃幕墻可開啟的部分要求不宜大于玻璃幕墻墻面面積的15%，開啟部分應(yīng)采用上懸結(jié)構(gòu)，開啟角度盡量小于45°[4]。由此可見，使用玻璃幕墻的建筑物大多數(shù)都具有較強(qiáng)的封閉性。因此，在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)，要將預(yù)防火災(zāi)作為設(shè)計(jì)工作的重心，同時(shí)在建筑物的消防系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)計(jì)針對玻璃幕墻的防火措施。

4.4 玻璃幕墻分格設(shè)計(jì)

玻璃幕墻立梃要與結(jié)構(gòu)柱重合，防止出現(xiàn)兩個(gè)防火分區(qū)共用一塊玻璃的現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而保證玻璃幕墻能夠和建筑物主體連接安全可靠，這樣才能保證防火分區(qū)起到封閉的作用。

此外，玻璃幕墻應(yīng)選擇不易燃燒的防火材料和保溫材料，其品質(zhì)、材質(zhì)、耐火登記、鋪設(shè)厚度、燃燒性能也必須要達(dá)到規(guī)范要求。

5 玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

5.1 合理優(yōu)化防火分區(qū)

一般情況下，依據(jù)防火分區(qū)防止火情蔓延的實(shí)際功能，將其分為水平防火分區(qū)和豎向防火分區(qū)兩類。

5.1.1 水平防火分區(qū)

水平防火分區(qū)是指通過在同一樓層之間設(shè)置防火墻、防火門等防火設(shè)施，將同一樓層的水平方向上分割出多個(gè)防火區(qū)域，進(jìn)而能夠?qū)⒒馂?zāi)控制在一個(gè)或幾個(gè)防火區(qū)域內(nèi)，防止火情繼續(xù)蔓延。同時(shí)，還可以在防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置消防噴水系統(tǒng)，進(jìn)一步限制火災(zāi)的擴(kuò)大。

5.1.2 豎向防火分區(qū)

豎向防火分區(qū)的功能是限制火勢向其他樓層蔓延，因此在設(shè)置豎向防火分區(qū)時(shí)要對樓板材料進(jìn)行嚴(yán)格把控，保證樓板材料具有較好的防火性。

對于建筑物的防火性能來說，越小的防火分區(qū)越能保證建筑物的防火安全。在進(jìn)行防火分區(qū)的設(shè)置時(shí)，要充分結(jié)合建筑物本身的日常應(yīng)用屬性、建筑物的重要程度、建筑物的自身屬性等多個(gè)方面的因素，合理進(jìn)行防火分區(qū)的設(shè)置，能夠有效地限制火勢的蔓延，降低火災(zāi)的危害。因此，防火分區(qū)的邊緣一定要保證玻璃幕墻和建筑物的豎向立柱相對應(yīng)，避免出現(xiàn)因一塊玻璃跨越兩個(gè)防火分區(qū)而導(dǎo)致防火分區(qū)防火性能降低的現(xiàn)象[5]。

5.2 優(yōu)化水平和垂直方向的防火封修

5.2.1 水平方向的防火封修

對于水平方向的防火封修來說，在其節(jié)點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置橫框，同時(shí)還要保證防火封修與轉(zhuǎn)接系統(tǒng)具有一定的距離。此外，依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)定，在水平方向上的防火巖棉要應(yīng)用大于1.5mm厚的鋼板來承托；防火巖棉也要依據(jù)規(guī)定選擇容重大的材料，其厚度也要大于100mm；同時(shí)防火封修還需用防火膠密封，對于水平方向的封修來說還要設(shè)置防煙膠，用以防止煙霧的傳播蔓延[5]。

5.2.2 垂直方向的防火封修

與水平方向上的防火封修相比，豎向防火封修在玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)中更為重要。依據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)形式可分為以下幾種情況。

一是玻璃幕墻內(nèi)側(cè)有實(shí)體窗檻墻。這種情況下，在進(jìn)行玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)時(shí)，首先要充分理解防火分區(qū)的意義，明確梁和窗檻墻的作用是分隔豎向防火分區(qū)，因此要沿著樓面、梁以及窗檻墻的外沿來確定防火分區(qū)；其次防火層要設(shè)置在梁底下邊緣，以此保證建筑物中的預(yù)埋件、鋼角碼等設(shè)置不會(huì)受到火災(zāi)發(fā)生而失去其作用甚至損壞的問題；最后還需要在窗檻墻與玻璃幕墻交接處進(jìn)行防煙封修，這樣可以有效解決在火災(zāi)發(fā)生時(shí)因玻璃破裂而導(dǎo)致大量濃煙隨著玻璃進(jìn)入到其他樓層。

二是樓層位置無窗檻墻。在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)，對與豎向防火分區(qū)的玻璃板塊要選用防火性能較好的玻璃，若是幕墻玻璃不是非鍍膜玻璃，則需要用夾絲雙鋼化防火玻璃代替鋼板與礦棉進(jìn)行封修[6]。

5.3 在玻璃幕墻設(shè)計(jì)中添加防火措施

5.3.1 對于防火挑檐的設(shè)計(jì)

為了防止在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，玻璃幕墻的玻璃因受到高溫而產(chǎn)生脫落破碎，進(jìn)而導(dǎo)致對于人員疏散和消防撲救帶來障礙；因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，要在安全出口上方設(shè)計(jì)布置一個(gè)不小于1m的防火挑檐，以保證人員的生命安全[7]。

5.3.2 機(jī)械排煙系統(tǒng)的審核

受玻璃幕墻自身特點(diǎn)的影響，建筑物所能開啟的窗戶數(shù)量很難達(dá)到實(shí)際排放煙霧的要求，因此要在建筑設(shè)計(jì)時(shí)增加機(jī)械排煙系統(tǒng)，以達(dá)到建筑的防火排煙要求，防止在火災(zāi)發(fā)生時(shí)有毒煙氣對人員造成危害[8]。

5.3.3 其他防火措施

在進(jìn)行玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)時(shí)，為了提升建筑物整體的防火性能，也需要盡力提升玻璃幕墻本身的防火性能。具體處理方式可以從以下幾個(gè)方面入手：一是可以在玻璃幕墻內(nèi)側(cè)涂設(shè)防火材料，也可以之間采用夾絲鍍膜防火玻璃幕墻；二是可以對玻璃幕墻假設(shè)自動(dòng)噴水滅火裝置，以達(dá)到在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠給玻璃幕墻進(jìn)行噴水降溫，從而有效避免玻璃幕墻發(fā)生破裂，防止火勢在樓層之間相互蔓延[9]。

綜上所述，在玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中添加防火措施能夠有效防止火情的進(jìn)一步擴(kuò)大，方便進(jìn)行人員疏散和消防撲救，減少人員的傷亡和損失。

6 防護(hù)挑檐設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

當(dāng)建筑物內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于火焰、輻射和煙氣都會(huì)帶有高溫，這些高溫最終會(huì)導(dǎo)致玻璃幕墻的玻璃破裂、承載構(gòu)建軟化失去承載力、結(jié)構(gòu)膠失去粘接強(qiáng)度等問題，這些問題最終可能會(huì)導(dǎo)致玻璃幕墻板塊墜落，為人員疏散和消防撲救造成阻礙[10]。

基于此，在玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)中會(huì)針對安全出口上方設(shè)計(jì)布置防護(hù)挑檐。在進(jìn)行防護(hù)挑檐的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對下面幾種情況多加注意。

6.1 注意防護(hù)挑檐寬度

在進(jìn)行防護(hù)挑檐設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮其安全性能，也要保證建筑物的美觀，不能為了保證建筑物的美觀而降低挑檐的寬度。防護(hù)挑檐在設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別注意挑檐寬度要從建筑玻璃幕墻的最外面開始算起而不是從出口算起。同時(shí)，還要結(jié)合建筑物的實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)貙μ糸軐挾冗M(jìn)行調(diào)整[11]。

6.2 注意挑檐結(jié)構(gòu)安全

由于挑檐設(shè)置處通常情況下都是人員疏散的密集處，因此在進(jìn)行挑檐的結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)必須要充分考慮到其安全系數(shù)，常規(guī)的結(jié)構(gòu)形式不能滿足實(shí)際的需求。在進(jìn)行防護(hù)挑檐荷載設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮正負(fù)風(fēng)壓、結(jié)構(gòu)自重、雨雪和積塵荷載，同時(shí)也不能忽視火災(zāi)發(fā)生時(shí)墜落物體對挑檐的沖擊荷載。

此外，對于挑檐的板材選用時(shí)，要保證防護(hù)挑檐在受到上部墜落物的沖擊荷載時(shí)，挑檐板塊只會(huì)出現(xiàn)破裂但不會(huì)掉落，因此要選擇強(qiáng)度較高的板材，例如雙鋼化夾膠玻璃[12]。

6.3 選取合適的挑檐結(jié)構(gòu)形式

在分格大小、厚度以及荷載相同的情況下，防護(hù)挑檐的玻璃板塊最大應(yīng)力會(huì)隨著支撐模式的不同而發(fā)生改變。例如：防護(hù)挑檐采用框架支撐結(jié)構(gòu)和采用四點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)相比，在其他條件相同的情況下，框架支撐的結(jié)構(gòu)玻璃板塊應(yīng)力要小于四點(diǎn)支撐的玻璃板塊應(yīng)力，但是就建筑效果來看，框架支撐結(jié)構(gòu)不如四點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)人員在選取防護(hù)挑檐的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要綜合考慮安全性能、經(jīng)濟(jì)性能和美觀三方面因素，力求能夠三者兼顧。

7 結(jié)束語

隨著近些年來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑材料也得到了不斷地更新。現(xiàn)如今，玻璃幕墻已經(jīng)在城市中的高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)椴Ａ粔ψ陨淼闹亓扛p，同時(shí)也能夠明顯縮短建筑工程的工期。但是，受玻璃幕墻本身特點(diǎn)的影響，其在防火能力上有著一定的不足，因此需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)上進(jìn)行彌補(bǔ)，加強(qiáng)玻璃幕墻的防火能力，降低火災(zāi)的隱患。

在玻璃幕墻的設(shè)計(jì)之初，應(yīng)該有選擇性的進(jìn)行設(shè)計(jì)，要妥善劃分設(shè)計(jì)人員的責(zé)任，在熟知建筑材料性質(zhì)的基礎(chǔ)，不斷完善玻璃幕墻的分格設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)、防火設(shè)計(jì)，保證建筑工程設(shè)計(jì)的合理性和提升建筑物的防火安全。此外，在建設(shè)施工過程中還要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及施工規(guī)范進(jìn)行施工，保證建筑工程的質(zhì)量安全。