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行業新聞
防火玻璃在高層建筑幕墻的中應用
發表時間:2015-4-8  文字 〖 〗  閱讀次數:2901   [關閉窗口]
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0前言
  
  北京央視“2·9”重大火災和上海“11·15”特大火災發生后,建筑外墻玻璃防火安全問題引起社會各界的普遍關注。為防止類似悲劇再度上演,國內一些專家紛紛提出在建筑中推廣應用防火玻璃。
  
  2011年2月3日,沈陽皇朝萬鑫火災A塔樓和B塔樓由于外墻玻璃分別選用防火玻璃和普通玻璃,火災中火勢蔓延和災后損失都存在巨大差異,火災事實充分說明在高層建筑中推廣應用防火玻璃對于防災減災具有積極的意義。
  
  防火玻璃是一種在規定的耐火試驗中能夠保持其完整性和隔熱性的特種玻璃,防火玻璃在平常狀態下具有象普通玻璃一樣的光學性能和力學性能,在火災情況下還能減緩熱量傳播、阻緩煙氣和火勢蔓延,最大限度地降低火災損失。在一些有特殊要求的重要場合,防火玻璃發揮著舉足輕重的作用。

  1防火玻璃的類型及耐火性能
  
  防火玻璃經過十幾年的發展,生產工藝以及產品性能尤其是耐火性能發生了很大變化。在建筑消防安全中發揮的作用也越來越大。建筑用防火玻璃按生產工藝和結構組成不同分為夾層防火玻璃、夾絲防火玻璃和單片防火玻璃。
  
  1.1夾層防火玻璃
  
  夾層防火玻璃是由兩層或兩層以上玻璃片材經防火膠粘劑復合而成,或由一層玻璃片材與有機耐火隔熱材料復合而成,或在兩片或兩片以上的單層玻璃的四周先用邊框條密封好,然后由灌注口灌入防火膠復合而成的,并滿足相應耐火性能要求的特種玻璃。在室溫下和火災發生初期,夾層防火玻璃和普通平板玻璃一樣具有透光性能和裝飾性能,發生火災后,隨著火勢的蔓延擴大,火災溫度升高,夾層防火玻璃防火夾層受熱膨脹發泡,形成很厚的防火隔熱層,起到防火隔熱和防火分隔作用。但夾層防火玻璃在生產中會產生微小的氣泡,在紫外線照射及火焰高溫作用下很快變成乳白色,失去了玻璃通透這個基本功能,影響其在建筑外墻幕墻構造中的推廣應用。
  
  1.2夾絲防火玻璃
  
  夾絲防火玻璃是在兩層玻璃中間的有機膠片或無機漿體夾層中夾入金屬絲網構成的復合體。絲網加入后不僅提高防火玻璃的整體抗沖擊強度,而且能與電加熱和安全報警系統相連接,起到多種功能的作用,但夾絲防火玻璃內部的金屬網絲影響了防火玻璃的透光率和視覺效果。無法實現玻璃幕墻應達到的建筑物和周圍環境情景交融、建筑立面流光溢彩的美感要求。
  
  1.3單片防火玻璃
  
  單片防火玻璃是在一定耐火時限內具有耐火完整性、能夠有效阻隔火焰及煙霧蔓延但不具備隔溫絕熱功效的單層透明特種玻璃,是我國近年才引進的防火玻璃生產技術。
  
  單片防火玻璃中的單片銫鉀高強防火玻璃是對單片的普通浮法平板玻璃通過特殊的物理化學處理,在高溫高壓狀態下進行20多小時離子交換替換玻璃表面的金屬鈉,經再生產制成的高強度高耐火、能抵抗強度的快速變化和熱浪沖擊的特種安全玻璃。單片銫鉀高強防火玻璃的強度是普通玻璃的6~12倍,是鋼化玻璃的1.5~3倍。單片銫鉀高強防火玻璃通過國家防火建筑材料質量監督檢驗中心的檢測,其防火性能達到并超過GB15763.1—2001《建筑用安全玻璃防火玻璃》所規定的C類I級的要求,在1000℃火焰沖擊下能保持96~183分鐘不炸裂,從而有效地阻止火焰與煙霧蔓延,有利于第一時間發現火情,使人們有足夠時間撤離現場,并為救災工作爭取時間。單片銫鉀高強防火玻璃由于表面的內應力效果,當玻璃破碎時碎塊呈現微小鈍形顆粒狀態減少對人體造成傷害。單片銫鉀高強防火玻璃與夾層防火玻璃、夾絲防火玻璃相比,除了高強度高耐火性能之外,最大的特點是高透光性和耐候性。在紫外線及火焰高溫作用下不會生成乳化變白隔熱層,依然保持通透功能。由于單片銫鉀防火玻璃高強度、高耐火性、高通透性和優秀的耐候性,可廣泛應用于高層建筑外幕墻代替傳統幕墻玻璃,提高建筑玻璃幕墻的消防安全水平。
  
  
  2推廣防火玻璃幕墻
  
  在國外發達國家和地區,防火玻璃幕墻的應用已有較長的歷史,在我國,由于受防火玻璃技術的限制,防火玻璃主要用在防火窗、防火門及一些內部防火分隔中,在玻璃幕墻構造中推廣應用防火玻璃工程不多。但近年來,全國各地大中城市先后出現了爭相建造超高建筑熱。這一發展動態已引起建設主管部門對高層建筑在防火玻璃使用方面的高度重視。
  
  北京央視“2·9”重大火災和上海“11·15”特大火災發生后,建筑外墻玻璃防火安全問題引起社會各界的普遍關注。為防止類似悲劇再度上演,國內一些專家紛紛提出,在建筑中推廣應用防火玻璃和防火玻璃幕墻代替普通玻璃幕墻。
  
  普通幕墻玻璃均不耐火,普通浮法玻璃遇火破裂損壞時間僅為1分鐘,鋼化玻璃僅為5分鐘,而在由框架、密封膠條、玻璃共同組成的幕墻構造體系中,玻璃在250℃左右即會炸裂,當幕墻玻璃炸裂掉落后,火焰可從幕墻外側竄到上層墻面燒裂上層玻璃幕墻后,竄入上層室內。而且垂直幕墻與水平樓板之間往往存在縫隙,如果未經處理或處理不合理,火災初起時,濃煙、高溫和火焰會通過該縫隙向上層蔓延擴散。

1988年美國洛杉磯第一洲際銀行大樓起火后,由于幕墻玻璃很快炸裂,火焰沿外墻上卷延燒,造成十分慘重的損失。1994年1月30日,上海滬西文化宮二樓火災,由于外墻面玻璃幕墻無防火處理,火災10~15分鐘后幕墻框架構件熔化掉落,玻璃炸裂,整個建筑全部受災。2011年2月3日,沈陽市標志性建筑沈陽皇朝萬鑫酒店由于燃放煙花爆竹引燃塑料草坪和可燃膠條引發了一起震驚全國的大火,B塔樓使用的是普通外窗玻璃,火災蔓延B塔樓的保溫材料完全燃燒殆盡,外窗玻璃幾乎完全破裂掉落,B塔樓內部完全被燒毀。A塔樓選用了單片銫鉀高強防火玻璃,火災蔓延A塔樓的保溫材料完全燃燒殆盡,但外窗玻璃完好無損,A塔樓內部沒有受到火災影響,依然富貴華麗,依然正常營業。
  
  其火災情況對比見表1。

  通過對比分析可以認為,A塔樓使用的防火玻璃有效的阻止了外保溫層的火災煙霧向建筑內部的蔓延滲透,而B塔樓使用的普通玻璃破裂形成火災蔓延的通道,火勢由外向內迅速發展為復雜的立體燃燒大火,使消防撲救和火勢控制變得極其困難。提高建筑外窗和外墻防火性能,可有效阻止火勢蔓延,是降低火災損失和減少人員傷亡的重要措施。安裝防火玻璃將成為高層建筑阻止火勢蔓延的重要手段。
  
  3防火玻璃幕墻的設計要求
  
  防火是建筑安全設計中的一個十分重要的項目,一座建筑物的各個區域必須按照建筑規范設計防火等級,在這些區域使用的玻璃構件必須等于或高于該區域要求的防火級別,只有這樣才能將火焰和煙氣限制在某一區域、防止其蔓延,同時也可為盡快撲滅火災提供有利條件,雖然玻璃幕墻本身一般不具有防火性能,但是它作為建筑的外圍護結構,是建筑整體中的一部分,其防火設計應與建筑整體防火要求相適應。普通玻璃幕墻作為建筑物外圍護結構的墻體部位,是火勢通過外部向內蔓延的重要通道。但隨著防火玻璃技術的發展,單片銫鉀防火玻璃已經能應用到外墻幕墻構造中,發揮更好的防火、阻火作用。
  
  目前,我國已經有一些建筑正在使用防火玻璃幕墻。根據建筑設計防火規范對建筑幕墻防火設計的規定,筆者認為,防火玻璃幕墻的設計應符合以下要求。
  
  3.1防火玻璃幕墻主龍骨的選擇
  
  我國玻璃幕墻設計施工時,采用比較廣泛的是鋁合金骨架隱框玻璃幕墻。但由于鋁合金型材的耐火性能比較差,鋁合金結構型材在250℃~300℃左右即失去承載能力。另外,隱框玻璃幕墻玻璃用硅硐膠、橡膠與鋁合金框膠合,硅硐膠的耐高溫程度也只有200℃,超過200℃膠的粘合力降低也會使玻璃脫落,影響防火玻璃幕墻的完整性和穩定性。鋼材作為一種“輕質高強”的不燃性建筑材料,其火災高溫力學性能并不是很好,鋼結構如作為建筑承重結構時,鋼構件在火災高溫作用下強度損失很快,需要在表面涂覆防火涂料加以保護。但鋼材在防火玻璃幕墻體系中作為非承重的幕墻橫向、豎向龍骨構件時,通過試驗表明,鋼龍骨在表面無防火涂料保護情況下可在1200℃高溫下耐火180分鐘仍保持完整只是略有變形,但不影響防火玻璃幕墻的支撐穩定和整個幕墻體系的完整。因此,在確定使用防火玻璃幕墻作為建筑的外維護工程之時,鋼龍骨成為防火玻璃幕墻中主龍骨的必然選擇。
  
  3.2防火玻璃幕墻玻璃的選擇
  
  防火玻璃幕墻中的防火玻璃除滿足耐火要求以外,還應滿足城市對建筑外墻立面美學效果及建筑使用人員對玻璃幕墻透光性等視覺效果的要求,即幕墻外視及內視效果也必須保證與普通玻璃幕墻一致。因此,選用的防火玻璃應滿足普通幕墻玻璃的透光性和高耐候性,而夾絲防火玻璃內部的金屬網絲影響了防火玻璃的透光率和視覺效果。夾層防火玻璃在紫外線照射及火焰高溫作用下很快生成乳白色隔熱層,影響了玻璃幕墻的透視效果。單片銫鉀高強防火玻璃與夾層防火玻璃、夾絲防火玻璃相比,除了高強度高耐火性能之外,最大的特點是高透光性和優秀的耐候性。單片銫鉀防火玻璃幕墻具有與傳統玻璃幕墻相近的外視和內視效果。
  
  目前,我國多個防火玻璃幕墻均選用的是單片銫鉀高強防火玻璃,如正在施工中的上海中心大廈的內幕墻玻璃

  4防火玻璃幕墻的耐火性能檢測
  
  防火玻璃幕墻的設計、選材、施工是否滿足工程消防安全要求,應通過耐火性能試驗檢測,我國的防火玻璃測試標準滯后于發達國家。根據建設部門借鑒英、美、日等國的相關標準修訂的《建筑用安全玻璃防火玻璃》標準,參考上海中心工程實例,筆者認為,防火玻璃幕墻的耐火性能檢測應注意以下幾點。
  
  4.1防火玻璃幕墻框架系統的耐火檢測
  
  防火玻璃幕墻在發達國家的防火測試中,強調的是防火玻璃和框架結構整個系統的耐火完整性,而不是拋開框架結構單純進行防火玻璃的測試。也就是說,在耐火測試過程中哪怕防火玻璃可堅持2小時,但如果幕墻框架出現穿火現象,或者輔助材料(如耐熱膠條)出現火苗,那么防火玻璃幕墻框架系統都算不合格。檢測時必須以一式兩套相同的防火玻璃系統分別進行耐火性能測試,其中一套防火玻璃系統檢測正面的耐火極限,另一套檢測反面的耐火極限,在上海中心的實際工程測試時,防火玻璃幕墻的檢測也是按照防火玻璃和框架結構系統的耐火完整性進行的。
  
  4.2防火玻璃幕墻玻璃受火尺寸的要求
  
  日本標準強調了防火玻璃測試樣品與工程實際安裝尺寸1∶1的關系,受檢試樣應選擇實際使用的最大尺寸,工程中實際使用的防火玻璃均在測試樣品的尺寸范圍覆蓋之內,我國新修訂的《建筑用安全玻璃防火玻璃》標準也規定了受檢玻璃的受火尺寸要按照實際使用的最大尺寸按1∶1進行試驗,大尺寸可覆蓋小尺寸,小尺寸不能覆蓋和代表大尺寸,同時規定了受火尺寸不得小于1100mm×600mm。
  
  檢測機構和消防部門均應嚴格按照修改標準的規定進行測試、審查和驗收。
  
  5結語
  
  隨著防火玻璃技術的提高和超高建筑的快速發展,更加安全的防火玻璃幕墻必將受到更廣泛的關注,國外在建筑幕墻中推廣應用防火玻璃的成功經驗,也為我國在高層建筑中推廣應用防火玻璃幕墻奠定了理論和實踐基礎。目前,公安部正在和有關部門制定建筑防火設計規范,此規范出臺之后,必將推動防火玻璃幕墻的新發展。
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