1 前言
建筑防火是建筑安全設(shè)計中一個十分重要的項目,建筑防火分區(qū)的要求往往使建筑師在建筑美學(xué)與建筑防火上進退兩難,然而玻璃作為現(xiàn)代建筑的時尚,它所具有的通透性和華麗的效果,使得防火玻璃成為現(xiàn)代建筑師們樂于追逐的目標(biāo),用防火玻璃作為防火分隔材料的優(yōu)勢不僅在于提升了建筑美感和采光效果,而且要比傳統(tǒng)的墻體輕,可提高建筑物的有效使用面積,便于施工。GB15763.1 《建筑用安全玻璃防火玻璃》標(biāo)準(zhǔn)頒布實施以來, 單片防火玻璃逐漸被人們認(rèn)識和接受,與此同時, 系統(tǒng)防火的理念逐步得到樹立, 防火玻璃系統(tǒng)技術(shù)得到發(fā)展, 并已成功應(yīng)用于國內(nèi)大型公共建筑幕墻、防火分區(qū)、室外幕墻及門窗等建筑部位。
2 防火玻璃系統(tǒng)技術(shù)
從技術(shù)角度講,在發(fā)達國家,玻璃防火被看作為一個系統(tǒng),要求防火玻璃與框架系統(tǒng)都具有防火功能。我國則存在認(rèn)識上的誤區(qū),往往只注重玻璃本身的防火,這也導(dǎo)致我國防火玻璃整體配套水平與發(fā)達國家存在一定差距。性能再優(yōu)異的防火玻璃,如果沒有與之相匹配的防火框架和防火密封材料（詞條“密封材料”由行業(yè)大百科提供）, 就不是完整的防火玻璃系統(tǒng);反之亦然, 它們之間相輔相成。GB 15763.1一2001《建筑用安全玻璃防火玻璃》第l號修改單就明確規(guī)定防火玻璃測試時試樣應(yīng)鑲在與實際工程配套使用的框架系統(tǒng)內(nèi),即是強調(diào)了不同防火玻璃系統(tǒng)間的耐火性能差異性,這也間接催生了防火玻璃系統(tǒng)技術(shù)在我國的發(fā)展和逐步走向成熟。
2.1防火玻璃的防火特性及應(yīng)用現(xiàn)狀
按耐火性能,防火玻璃可分為隔熱型防火玻璃和非隔熱型防火玻璃。隔熱型防火玻璃是耐火性能同時滿足耐火完整性和耐火隔熱性(標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗中如背火面平均溫度超過初始溫度140 ℃或背火面最高溫度超過該點初始溫度180 ℃,則認(rèn)為試件失去隔熱性)的防火玻璃,即A 類防火玻璃`非隔熱型防火玻璃是耐火性能僅能滿足耐火完整性要求的防火玻璃,即C 類防火玻璃。
根據(jù)GB15763.1一2009( 建筑用安全玻璃第l部分:防火玻璃》的規(guī)定, A類、C類防火玻璃的耐火極限分為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h五個等級。防火玻璃在進行耐火性能試驗時應(yīng)采用明火加熱,使試件受到與實際火災(zāi)相似的火焰作用。試驗爐爐內(nèi)溫度隨時間而變化,其變化規(guī)律應(yīng)滿足函數(shù)關(guān)系：
T-T0= 345 lg(8t+1)
式中：
T—升溫到t時刻的平均爐溫，℃;
T0—爐內(nèi)的初始溫度,應(yīng)在5 ℃-40 ℃范圍之內(nèi);
t—試驗所經(jīng)歷的時間，min 。
需要指出的是, 當(dāng)防火玻璃用于擋煙垂壁時, 主要受熱煙氣影響, 其耐火性能要求與標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗有一定區(qū)別, 一般要求按GB/T9978一2008《建筑構(gòu)件耐火試驗方法》規(guī)定的升溫條件升溫至620℃, 并在620 ℃±20℃溫度條件下保持30min時,防火玻璃擋煙垂壁應(yīng)保持完整性不破壞。
按結(jié)構(gòu), 防火玻璃可分為復(fù)合防火玻璃和單片防火玻璃。目前國內(nèi)單片防火玻璃主要有兩種技術(shù)路線：采用綜合增強處理的高強度單片防火玻璃和特種防火玻璃(以硼硅酸鹽防火玻璃為主) 。復(fù)合防火玻璃是在兩片玻璃之間凝聚一種透明而具有阻燃性能的凝膠（詞條“凝膠”由行業(yè)大百科提供）,這種凝膠遇到高溫時發(fā)生吸熱分解反應(yīng),變?yōu)椴煌该?有阻隔火焰的作用。復(fù)合防火玻璃的生產(chǎn)方法分為夾層法和灌漿法兩種,其優(yōu)點是隔熱,缺點是不能直接用于外墻,難于深加工,長期紫外線照射下易起泡、發(fā)黃甚至失透。與復(fù)合防火玻璃相比,單片防火玻璃的優(yōu)點是耐候性好、強度高、易于深加工及安裝便捷等,但不隔熱。單片防火玻璃和復(fù)合防火玻璃因性能上的差異在建筑應(yīng)用上屬互補關(guān)系。
硼硅酸鹽玻璃具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,較高的軟化點（詞條“軟化點”由行業(yè)大百科提供）(約850℃左右) ,較低的熱膨脹系數(shù),可用作耐熱和防火玻璃,使用這種玻璃作為防火玻璃一般厚度為6mm-8mm為宜,在國外一些發(fā)達國家中使用較為廣泛。但硼硅酸鹽防火玻璃由于熔制溫度很高、成形溫度高、熔制時硼揮發(fā)、易產(chǎn)生硼硅分相等問題以及熔窯耐火材料侵蝕速度快等技術(shù)難點,技術(shù)門檻及成本非常高。
除硼硅酸鹽防火玻璃外,特種防火玻璃還包括鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃及軟化溫度高于800 ℃以上的鈉鈣料優(yōu)質(zhì)浮法玻璃（詞條“浮法玻璃”由行業(yè)大百科提供）等。其共同特點是:玻璃軟化點較高,一般均在80℃以上,熱膨脹系數(shù)（詞條“膨脹系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）低,在強火焰下一般不會因高溫而炸裂或變形,尤其是微晶防火玻璃,除具有上述特點外,還具有機械強度高、抗折、抗壓強度高及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和物理力學(xué)性能（詞條“力學(xué)性能”由行業(yè)大百科提供）。但特種材料的防火玻璃(硼、鋁硅酸鹽防火玻璃,微晶防火玻璃)價格較高,市場較難接受, 目前我國單片防火玻璃技術(shù)基本采用平板玻璃物理或化學(xué)增強技術(shù)來提高玻璃的強度,使玻璃能夠承受急熱(或急冷)時產(chǎn)生的應(yīng)力,從而具有防火的功能。
高強度單片防火玻璃的耐火機理是通過提高鈉鈣硅玻璃強度,來抗衡熱應(yīng)力進而避免玻璃表面微裂紋擴展造成的破裂。火災(zāi)時玻璃受熱膨脹,玻璃整體發(fā)生彎曲變形,玻璃受火面的微裂紋受到熱應(yīng)力作用, 逐漸擴展造成玻璃破裂;單片防火玻璃強度極高, 比普通鋼化玻璃有更大的預(yù)應(yīng)力,改善了玻璃的抗熱應(yīng)力性能,當(dāng)玻璃受熱膨脹,其表面的高預(yù)應(yīng)力就會抵消產(chǎn)生的熱應(yīng)力, 使微裂紋不再擴展致玻璃破裂,從而保證在火焰沖擊下或高溫下的耐火性能。當(dāng)玻璃整體受到的熱量大于背火面散失的熱量時,玻璃整體溫度逐漸升高,沿高度方向,從受火面開始逐漸進人軟化區(qū),直到玻璃背火面的粘度不足以支撐玻璃本身的重量時,玻璃整體(或局部)坍塌而失去完整性。
盡管與傳統(tǒng)的防火玻璃(如灌漿、復(fù)合防火玻璃)相比、單片防火玻璃有其無可比擬的優(yōu)越性, 但在發(fā)生火災(zāi)時, 由于單片防火玻璃不隔熱, 其熱輻射對防火分區(qū)外的可燃、易燃物以及人的安全通過會產(chǎn)生影響,如何使單片防火玻璃在具備通透的外觀、保證良好耐火性能的同時具備隔熱性成為設(shè)計師關(guān)注的焦點。研究表明,通過對單片防火玻璃隔斷施加自動噴淋保護系統(tǒng)可以解決單片防火玻璃隔熱問題。通過在防火玻璃隔斷（詞條“隔斷”由行業(yè)大百科提供）上部邊緣位置設(shè)置自動水噴淋系統(tǒng),當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后玻璃背火面空氣溫度達到噴淋噴頭動作溫度時,背火面自動噴淋系統(tǒng)啟動,玻璃背火面形成持續(xù)水幕,帶走了因熱傳遞而使玻璃吸收的熱量,使防火玻璃即使在很高的火災(zāi)荷載下也能維持較低的溫度。有關(guān)的試驗表明,在自動噴淋保護下,單片防火玻璃系統(tǒng)的隔熱性能得到明顯改善,熱輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）被有效阻隔, 玻璃耐火時間大大延長, 而背火面溫度在40 ℃以下,可完全替代防火卷簾。
當(dāng)防火玻璃框架系統(tǒng)無隔熱性要求時,可選用C類防火玻璃。當(dāng)防火玻璃框架系統(tǒng)有隔熱性要求時,可選用A類防火玻璃（詞條“A類防火玻璃”由行業(yè)大百科提供）或C類防火玻璃加水噴淋保護。
2. 2防火玻璃框架系統(tǒng)
防火玻璃框架系統(tǒng)主要由防火玻璃、耐火框架和防火密封材料組成,在一定時間內(nèi)滿足耐火完整性或隔熱性要求的非承重系統(tǒng),包括防火玻璃幕墻、防火玻璃門（詞條“玻璃門”由行業(yè)大百科提供）窗、防火玻璃非承重隔墻、防火玻璃擋煙垂壁等。不同的框架系統(tǒng)對防火玻璃的耐火性能有不同影響。純鋁材料強度低,不能承受荷載。在純鋁中加人一定量的Mg，Mn，Si等元素后,可制成強度高的鋁合金。鋁合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）框結(jié)構(gòu)屬非燃燒體,在火災(zāi)荷載作用下,隨著溫度的升高其強度逐漸下降,當(dāng)溫度超過250℃時,其強度急劇下降到原來的二分之一，370 ℃左右抗拉強度（詞條“抗拉強度”由行業(yè)大百科提供）幾乎全部損失,且鋁合金的熔點低(600℃-700 ℃) ,在火災(zāi)荷載的作用下,框架系統(tǒng)會很快熔融、垮塌,進而導(dǎo)致火災(zāi)蔓延。因此鋁型材不能用作抗火結(jié)構(gòu),只適宜用于30 min以下耐火等級要求的防火隔斷、門窗，30min以上的耐火等級通常選用具有抗高溫氧化性能的耐熱鋼型材,鋼型材作為一種“輕質(zhì)高強”的建筑材料（詞條“建筑材料”由行業(yè)大百科提供）,是理想的抗火結(jié)構(gòu)。防火玻璃鋼框架為非承重結(jié)構(gòu),與主體承重鋼結(jié)構(gòu)有較大差別, 實踐證明它在表面無防火涂料（詞條“防火涂料”由行業(yè)大百科提供）保護的情況下仍可耐火180min及1200℃高溫下略有變形但保持完整。而作為承重鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時,由于高溫作用,強度損失很快,需要在表面加上混凝土或防火涂料等保護。
理想的框架設(shè)計是實現(xiàn)防火玻璃系統(tǒng)耐火性能的關(guān)鍵,而在設(shè)計中合理地選擇防火密封材料是防火系統(tǒng)的保證。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,在火災(zāi)中因受煙霧中毒、窒息而死亡的人占有較高的比例, 因此在防火系統(tǒng)中,密封是非常重要的環(huán)節(jié)。防火玻璃在安裝時, 除了鋼框架結(jié)構(gòu), 還需要耐火墊塊、防火膨脹密封條、防火密封膠、門窗密封件等系列輔助材料, 這類材料應(yīng)采用不燃或難燃材料,其燃燒性能應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50222一2001《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》、GBJ16一87 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和GB50045一2005《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定。耐火墊塊可采用硅酸鈣基或硅酸鋁基的不燃材料,安裝在防火玻璃的底邊鋼框架內(nèi),起到隔開玻璃和鋼構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）、支撐玻璃的作用,并防止鋼構(gòu)件導(dǎo)熱快、使玻璃邊部局部過熱而炸裂的情況出現(xiàn)。防火膨脹密封條一般是基于可膨脹石墨的膨脹機理, 著火時約200℃左右可迅速進行三維膨脹,形成穩(wěn)定的隔熱阻火層,起到防火防煙的作用;防火密封膠一般為單組分中性硅酮膠,主要用于接縫密封,并美化外觀。在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗中,如果背火面防火膠著火,會直接導(dǎo)致測試失敗。安裝方面,防火玻璃與框架不得直接接觸,玻璃四周與框架凹槽底部應(yīng)保持一定的空隙,每塊玻璃下部應(yīng)至少放置兩塊彈性定位耐火墊塊,墊塊應(yīng)能承受該分格玻璃的自重荷載。
上海中心大廈，位于浦東的陸家嘴功能區(qū)，占地3萬多平方米，所處地塊東至東泰路，南依銀城南路，北靠花園石橋路，西臨銀城中路，為上海陸家嘴摩天大樓建設(shè)計劃最后的壓軸工程。其建筑設(shè)計方案由美國Gensler建
2. 2.1防火玻璃幕墻及隔墻
玻璃幕墻的通透性增加了火災(zāi)蔓延的途徑,火災(zāi)時火和煙會沿著幕墻外壁及內(nèi)側(cè)向鄰近的樓層蔓延,具有火勢蔓延快、煙氣流動迅速、疏散撲救困難等特點。防火玻璃幕墻的設(shè)計及耐火要求,應(yīng)遵循GB12513一2006《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗方法》、GB15763.1一2009《建筑用安全玻璃第I 部分:防火玻璃》、GA97一1995 《防火玻璃非承重隔墻通用技術(shù)條件》等有關(guān)規(guī)定, 幕墻結(jié)構(gòu)必須與防火玻璃具有同樣的耐火性能,同時具有良好的防煙密封性能。防火玻璃幕墻結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用明框形式,不應(yīng)采用全隱框形式。其防火設(shè)計應(yīng)在不影響其通透性及觀賞性的基礎(chǔ)上進行,盡量采用防火玻璃及耐火鋼框(或鋼鋁組合框架) 。高精度鋼型材有高質(zhì)量外觀及質(zhì)感, 可獨立構(gòu)成防火玻璃幕墻;鋼鋁組合防火玻璃幕墻則由防火玻璃(幕墻面板) 、冷彎鍍鋅鋼型材(抗火骨架) 、鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業(yè)大百科提供）(裝飾面材)及配件組成(見圖1 、圖2) , 兼有鋁合金玻璃幕墻安裝簡捷與鋼材的耐高溫性能、高強度優(yōu)點,是防火幕墻最優(yōu)組合。
防火玻璃隔墻與防火玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)類似，但無豎框防火玻璃隔墻的防火玻璃之間應(yīng)采用金屬點構(gòu)件,縫隙須采用耐火材料或防火膠等進行處理并滿足相應(yīng)的耐火性能要求。
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