防火玻璃幕墙的技术要点及难点的建筑工程论文
【摘要】近年来，在深圳地区幕墙及外装饰工程的施工图强制性审查及咨询过程中，发现有较多的防火玻璃幕墙的设计不符合相关规范要求，出现安全隐患。本文针对防火玻璃幕墙的技术要点，进行了归纳、总结。
【关键词】防火玻璃墙;耐火完整性;耐火隔热性;防火玻璃;垂吊受拉式钢立柱
1.概述
在建筑设计中，因建筑的高度、使用性能、重要性和火灾扑救难度等，把建筑分为一级、二级、三级、四级的耐火等级，建筑越高、越重要的建筑的耐火等级要求就越高，耐火等级一级为最高。不同耐火等级的建筑，其防火分区的面积也不相同。按照《建筑设计防火规范》的防火防烟等要求，在避难层、步行街、中庭等位置，必要时，必须采用防火玻璃幕墙，以防止火势的蔓延，阻止窜烟，以保证疏散及避难的安全性。
与防火玻璃幕墙有关的规范主要有：《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2015年5月1日起实施)、《建筑用安全玻璃》第一部分《防火玻璃》GB15763.1-2009、《钢结构防火涂料》GB14907-2002、《建筑钢结构防火技术规范》CECS200-2006等。
2.基本名词的理解
2.1防火玻璃幕墙系统，由防火玻璃、防火钢框架、防火五金及防火密封材料等组成，能有效控制建筑物火灾蔓延至相邻区域的时间，且耐火时间不低于消防规范要求的不燃性墙体。
2.2耐火完整性，在标准耐火试验条件下，建筑分隔构件当其一面受火时，能在一定时间内，防止火焰和烟雾穿透或背面窜火的能力。
2.3耐火隔热性，在标准耐火试验条件下，建筑分隔构件当其一面受火时，能在一定时间内，控制其背火面平均温度及最高温度不超过某个温度值，以达到防热辐射的效果。
3.防火玻璃幕墙的技术要点及难点
3.1防火玻璃幕墙的概念
防火玻璃幕墙，我们一般称之为防火玻璃幕墙系统或防火玻璃隔断系统。防火玻璃幕墙系统应由钢框架、防火玻璃、阻燃密封胶条、阻燃密封胶、钢制连接件及五金组成，其连接钢框架的锚固件不应采用改性环氧树脂为锚固药剂的化学螺栓，应采用机械锚固类型的锚栓连接。
防火玻璃幕墙的钢立柱应设置为垂吊受拉式，应避免采用坐立承压式，以避免在火情时受压失稳，进而导致倒塌、破坏。采用垂吊受拉式钢立柱的防火玻璃幕墙系统，钢型材一般是不需要做防火涂料处理的，但防火幕墙整体系统的耐火性能应有相关的试验报告，以试验报告的结果为准。
钢结构表面的镀锌层或氟碳面漆等表面防护，不影响其钢结构的防火性能。应注意，铝合金龙骨是不耐火的，防火玻璃幕墙的耐火极限一般要求不小于1.00小时，在铝合金龙骨表面喷涂防火涂料，是无法满足防火要求的。国外有个别国家的防火玻璃幕墙，直接用铝合金型材做防火幕墙的支撑骨架，在铝合金龙骨内填充特殊的物质，但工艺复杂，成本高昂，在国内极少使用。
一般情况下，防火玻璃板块的面积越小，越容易满足一定时间的耐火极限要求，同理，防火玻璃板块的面积越大，越不容易满足一定时间的耐火极限要求。
3.2防火玻璃幕墙的玻璃种类
防火玻璃幕墙采用防火玻璃。防火玻璃分为A类和C类。A类防火玻璃有耐火隔热性和耐火完整性的相关要求，C类防火玻璃只有耐火完整性的相关要求。防火玻璃主要有复合防火玻璃、灌浆防火玻璃、单片防火玻璃。其中，A类防火玻璃有复合防火玻璃、灌浆防火玻璃，单片防火玻璃如铯钾防火玻璃，属于C类防火玻璃。复合防火玻璃如下图所示：
应特别注意，防火玻璃的隔热与节能标准中的隔热是不相同的概念，防火玻璃的隔热，是指火灾状态下有效控制受火面空间的热量传递到背火面空间，也称防热辐射性能。而幕墙节能的保温隔热性能，是指室内外产生温差时，有效控制热量传导速度，以达到节能目的，也称热传导系数K值。
3.3隔热防火玻璃幕墙的相关要点
具有耐火隔热性和耐火完整性要求的防火玻璃幕墙系统，一般分为甲级、乙级、丙级，其耐火隔热性和耐火完整性分别为不小于1.50h、1.00h、0.50h，应采用全明框玻璃幕墙的支承形式，其钢立柱采用垂吊受拉式。玻璃采用复合防火玻璃。
复合防火玻璃是由浮法玻璃(或半钢化玻璃、钢化玻璃)和防火胶夹层组成的。火情时，因受火面玻璃遇到高温后很快就炸裂了，防火胶夹层慢慢发泡膨胀，最大可以发泡膨胀约十倍。复合防火玻璃固定在钢结构明框支承结构的槽口内，虽玻璃的防火胶夹层受热膨胀，但受火面玻璃遇到高温后很快就炸裂了，因而明框槽口内防火玻璃防火胶夹层会向已破碎的面板等没有约束的方向膨胀，虽槽口内的防火玻璃防火胶夹层在进出位方向也会有微量的膨胀，但钢结构在火情高温作用下，钢结构高温，钢结构槽口的刚度变弱，有利于适应复合防火玻璃的微膨胀需求，从而达到耐火完整性的要求。防火胶夹层发泡膨胀，吸收火焰燃烧所带来的高热量，形成不透明的防火胶板，有效起到阻隔热传导的作用。在火烧到一定时间后，防火胶受热发泡膨胀，最后脱落，进而导致下一片玻璃的破碎，下一片防火胶的受热发泡膨胀，有效阻隔热传导。
3.4非隔热防火玻璃幕墙的相关要点
只有耐火完整性要求，没有耐火隔热性要求的防火玻璃幕墙系统，一般采用钢制明框支撑的结构形式，其钢立柱采用垂吊受拉式。一般采用单片防火玻璃、以及采用单片防火玻璃与钢化玻璃组合的夹胶防火玻璃或中空防火玻璃等。
对采用单片防火玻璃或由其组成的夹胶或中空玻璃的只有耐火完整性要求的防火幕墙，其钢龙骨不应采用防火涂料。在火情时，玻璃受火面溫度急剧升高，玻璃受热而热胀，玻璃向受火侧鼓起，玻璃很快形成大肚子。这时，没有防火涂料的钢型材，因受火侧的温度急剧升高，钢材在受火一侧也受热而热胀，并向受火侧鼓起，钢架也将形成大肚子，从而达到了变形的协调。
当火情到了一定的时间，受火侧和背火侧的温度相近时，玻璃和钢型材因内外的热应力达到平衡，他们的大肚子又慢慢收回去，进而达到了新的变形协调，且钢立柱处于垂吊受拉状态，钢立柱不会失稳，从而达到了整幅防火幕墙的耐火完整性的效果。
如果钢材涂刷了防火涂料，玻璃要向受火侧鼓起，而钢材却因有防火涂料而巍然不动，无法达到变形的协调性，防火玻璃无法自由变形，防火玻璃很快就破坏。
所以，对没有隔热要求的防火玻璃幕墙，即采用铯钾防火玻璃的防火玻璃幕墙，其钢龙骨不应采用防火涂料。
3.5坐立承压式立柱的防火玻璃幕墙的注意要点
如果钢立柱因现场条件限制，需要采用坐立承压式的受力模式，怎么解决其防火问题?
对具有耐火隔热性和耐火完整性要求的防火玻璃幕墙系统，因其复合玻璃在受火面一侧受热膨胀鼓肚子的程度较细微，所以，其钢立柱可以采用坐立承压式的受力模式，但钢立柱必须采用防火涂料处理。至于钢立柱在火情时的承载力，应按《建筑钢结构防火技术规范》CECS200-2006的相关条文规定进行验算。
采用铯钾防火玻璃的防火玻璃幕墙的`钢立柱，尽量不要让钢立柱处于受压力的状态，因火灾时钢立柱处于变形状态，存在钢立柱结构失稳整体坍塌风险。若钢立柱刷防火涂料保护，铯钾防火玻璃会在火情初期，在受火面一侧受热膨胀变形鼓肚子，钢框架若不随之同步变形，防火玻璃将会处于局部受压而炸裂破坏。
因此在设计防火幕墙分格及结构布置时须注意以上风险，尽量做到立面外观及防火功能同时兼顾。
3.6怎样采用C类玻璃来满足A类玻璃的耐火隔热要求
具有耐火隔热性和耐火完整性要求的防火玻璃幕墙系统，根据GB50016-2014条款规定选用具有耐火完整性的非隔热防火玻璃幕墙代替时，应设置自动喷水灭火系统进行保护。自动喷水灭火系统一般安装在幕墙的室内侧。
3.7如何让防火玻璃幕墙满足节能要求
如有传热系数和遮阳要求，可以把防火玻璃和钢化玻璃组成中空合片，防火玻璃一般放在中空合片的内片，可在外片钢化玻璃的内侧设置Low-E膜。在非严寒且有节能要求的地区，一般不建议把铯钾玻璃放在中空玻璃合片的外片位置，因为在该类地区，一般会把Low-E膜设在外片玻璃的内侧，则该片玻璃既是铯钾防火玻璃，又设置Low-E膜，制作工艺复杂，成本高昂，供货周期长，存在较多的不利因素。
3.8防火玻璃幕墙的防烟设计要点
防火玻璃嵌在C型槽钢内，在玻璃与C型槽钢的内外侧的其中一侧设置阻燃的、遇热膨胀的密封胶条，另一侧可用普通的阻燃密封胶条，或采用阻燃的的、遇热膨胀的密封胶条，这样可以达到防烟的目的。
3.9防火玻璃幕墙的其他注意要点
如采用半隐框的支承形式，则隐框边处的压板应设置于中空玻璃合片的前后片之间，压板应采用不锈钢。该种防火玻璃合片的玻璃设置方式，存在其不足之处，在火情时，中空玻璃的空气层，空气受高温膨胀，且热量外传，进而容易导致外片破碎，如果该防火玻璃位于较高的位置，将导致二次伤害。
但因国家38号文要求，较多的建筑部位禁止全隐框玻璃幕墙，因而全隐框防火玻璃幕墙形式基本不被使用。若确实因玻璃幕墙外观因素，需采用全隐框防火幕墙时，须与相关部门及专业厂家进行技术沟通、论证、试验。
4.防火玻璃幕墙施工的注意要点
4.1防火玻璃幕墙墙的相关资格认证及检验
4.1.1防火玻璃幕墙的施工进场，施工单位必须提供2个报告，分别是：防火玻璃的型式试验报告;防火玻璃幕墙系统的型式试验报告。型式试验报告是生产厂家资格认证，类似于幕墙施工单位的一级施工资质证书。即首先要对防火玻璃厂家的认可，还有对防火玻璃幕墙生产单位的认可。如果没有以上两个型式试验报告，则该防火玻璃幕墙工程的验收是不合规的。
4.1.2防火玻璃幕墙的施工验收，必须通过有相关资质的消防产品检测中心的委托检验来完成。根据防火幕墙工程的防火幕墙尺寸、玻璃配置差异，施工单位对进场防火幕墙进行监理公司见证委托检验，工程所在地的检测机构即可。因防火玻璃幕墙的尺寸及玻璃配置的差异很大，所以，防火玻璃幕墙与防火门窗不同。防火玻璃幕墙没有3C认证这一环节。
4.2钢结构防火涂料的注意要点
以上提及的坐立承压式钢立柱，因立柱承受压力，在火灾时，立柱承载力下降，立柱容易受压失稳，一般情况下，坐立承压式钢立柱需做防火涂料处理。
防火涂料的主要规范有《钢结构防火涂料》GB14907-2002，其4.1.2条有一些规定：
钢结构防火涂料按使用场所分为室内钢结构防火涂料和室外钢结构防火涂料。
钢结构防火涂料按厚度分为超薄型、薄型、厚型防火涂料。
超薄型钢结构防火涂料的厚度≤3mm;
薄型钢结构防火涂料的厚度为3～7mm;
厚型钢结构防火涂料的厚度为大于7mm，且≤45mm。
一般的，耐火极限1.00h和1.50h的钢结构，超薄型防火涂料可满足该耐火极限的要求。防火涂料的厚度及耐火极限的对应关系，应咨询防火涂料的专业厂家。
防火涂料的施工方式主要有：喷涂、抹涂、刷涂、辊涂、刮涂等。钢材防火涂料的施工的应注意：钢材必须做好防锈防腐处理。在做了防锈防腐处理(热镀锌或铁红底漆、红丹底漆等)之后，直接涂刷防火涂料。如果防锈防腐没有做好，有锈点，以后锈点扩大、膨胀，防火涂料将局部脱落。
如果防火涂料的面上还要做氟碳喷涂，则应在防火涂料刮上与防火涂料相容的腻子(水性防火涂料采用水性的腻子，油性防火涂料采用油性的腻子)，上完腻子，之后批平抛光，接着，上透明封固底漆(与腻子的水性、油性无关)，最后喷涂氟碳漆。
5.小结
火灾时，防火玻璃幕墙的防火有效性，是防止火势的蔓延，阻止窜烟，保证安全疏散和避难的关键。防火玻璃幕墙的设计、材料选择、工厂加工、现场安装及相关试验，都关系到防火玻璃幕墙防火的有效性，应按照国家的相关规范及公安部的相關规定，做好每一个环节的相关工作，确保火灾时安全疏散和避难。
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