浅谈玻璃幕墙防火设计

随着社会的发展，我市的高层建筑逐年增加，据2012年2月统计，高层建筑多达975栋。大多数高层公共建筑为了美化建筑立面，采用玻璃幕墙。玻璃幕墙在外墙装饰上具有明显的优越感并且可以减轻建筑物的结构荷载，同时玻璃幕墙结合了建筑学、美学结构设计，把玻璃的多种功能也完美体现出来。诸如玻璃幕墙的通透性，透过玻璃视线达到最佳，视野达到最大，使建筑物内外环境相通、相融等，使建筑立面更具有一种溢光流彩的美感。
        一、 玻璃幕墙 二、
        玻璃幕墙是由金属构件和玻璃板组成的建筑外墙维护结构，因结构型式不同而分为四种：有框式（也叫明框式）玻璃幕墙、隐框式玻璃幕墙、有骨架玻璃幕墙和无骨架玻璃幕墙。骨架材料有钢材、铝合金等。现在采用比较广泛的是铝合金型材骨架隐框玻璃幕墙。
        二、玻璃幕墙的火灾特点
        玻璃幕墙的设置对防火安全带来了诸多不利因素，由于玻璃幕墙的耐火性能较差，一旦建筑物发生火灾，火灾蔓延迅速、扑救难度大、危害性大。
        1.火灾蔓延快
        装设玻璃幕墙的建筑一旦失火后，火焰和烟雾会沿着玻璃幕墙与楼板、隔墙的缝隙蔓延，同时玻璃在250℃左右炸裂，而引起火焰迅速沿外墙上卷延烧。
        2.火灾中“冷桥”现象突出
        玻璃幕墙的钢材和铝合金型材的耐火性能都比较差，钢型材在300℃～400℃高温下强度下降，600℃时失去承载能力，而铝合金结构型材的耐火性能更差，受热条件下极易发生结构变形，250℃～300℃左右既失去承载能力。目前的玻璃幕墙结构设计中虽然考虑了玻璃和铝合金在温度骤变情况下因变形伸缩不一致而发生的“冷桥”现象，玻璃和铝框中间采用橡胶、聚乙烯泡沫材料相隔，但是能承受的温度变化范围仅在－40℃～＋50℃之间。建筑物内发生火灾，辐射热、高温烟气都使结构温度变化范围远远大于＋50℃，结构受热膨胀变形过大，造成玻璃破碎、脱落。
        3.影响人员疏散
        火灾情况下，当铝合金受热超过耐火极限，就会受热变形失去承载能力，发生玻璃脱落现象，使大楼的立面围护结构部分或全部丧失。火灾发生后常常等不到人员从建筑物内疏散完毕，玻璃幕墙结构已达到耐火极限，发生结构破坏，向下掉落各种碎片，影响人员疏散。
        三、玻璃幕墙的防火措施
        1.相关规范要求
        《高层民用建筑设计防火规范》第3.0.8条 建筑幕墙的设置应符合下列规定： 窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃烧材料。当外墙采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃烧材料；无窗槛墙或窗槛墙高度小于0.80m的建筑幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.80m的不燃烧体裙墙或防火玻璃裙墙；建筑幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用防火封堵材料封堵。
        《建筑设计防火规范》第7.2.7条 建筑幕墙的防火设计应符合下列规定：1 窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃烧材料。当外墙采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃材料。2 无窗槛墙或窗槛墙的幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.80m的不燃烧实体裙墙。3 幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙应采用防火封堵材料封堵。 《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》这两条规定，都是强制性条文，必须严格执行。
        2.技术规程
        《建筑防火封堵应用技术规程》第4.2.4建筑幕墙与楼板、窗间墙或窗槛墙之间的建筑缝隙，应采用具有伸缩能力的防火封堵材料进行封堵。
        《玻璃幕墙工程技术规程》第4.4.7玻璃幕墙与其周边防火分隔构件间的缝隙、与楼板或隔墙外沿间的缝隙、与实体墙面洞口边缘间的缝隙等，应进行防火封堵设计。第4.4.8条玻璃幕墙的防火封堵构造系统，在正常使用条件下，应具有伸缩变形能力、密封性和耐久性；在遇火状态下，应在规定的耐火时限内，不发生开裂或脱落，保持相对稳定性。 上海市消防局制定了《双层玻璃幕墙防火设计规程（暂行）》的通知（〔2008〕146号），从灭火救援、建筑防火、消防设施三个方面细化了双层玻璃幕墙防火设计管理。
        四、玻璃幕墙防火设计中的几个实际问题
        1.疏散出入口的防火挑檐
        《高层建筑设计防火规范》第6.1.17条规定：建筑物直通室外的安全出口上方，应设置宽度不小于1米的防火挑檐。其含义是为了防止在通向建筑物的出入口处由于发生火灾期间从高处落下的窗扇、玻璃碎片等对疏散人员造成的次生灾害。很多玻璃幕墙设计、施工中都没有考虑设置挑檐。此外非火灾原因和胶体老化也会导致出现玻璃脱落伤人事故，设计一个防护挑檐将是多方面安全因素的需要。
        2.玻璃幕墙内侧构造设计中需要注意的问题
        玻璃幕墙内侧构造设计需要注意的是大面积的玻璃幕墙多跨越数层甚至几十层楼。数个防火分区，因玻璃幕墙的结构形式，在幕墙与楼板、幕墙与防火墙之间留下5～10cm的空隙，应将这些空隙进行防火封堵。经检查许多楼宇，玻璃幕墙与其它结构部分的空隙没有进行封堵。目前建筑玻璃幕墙防火产品主要有幕墙用密封胶和幕墙用防火封堵漆，普遍使用的做法是幕墙用密封胶（硅酮阻燃密封胶及弹性防火密封胶）。
        3.立面采用玻璃幕墙防排烟设计的分析
        玻璃幕墙本身因玻璃尺寸和骨架模数的要求，很少在幕墙上开窗。即便开窗，为窗体结构的安全，尺寸做得很小，并且多为上悬窗，开启角度不能超过45°。一则面积较小；二则窗开在每层的上部，幕墙每层的下半部不开窗，容易形成负压，在火灾情况下基本起不到排烟的功能；三则开窗位置多在人站着能够开启的高度以上，紧急情况下无法及时开启。因此应按照《高层建筑设计防火规范》8.4.1.2规定：“面积超过100㎡，且经常有人停留或可燃物较多的地上无窗房间或设固定窗的房间应考虑机械排烟设施”的要求，具体情况具体分析，不能因玻璃幕墙采光似窗而视之为窗，忽略了排烟设计上的不足。
        4.幕墙采用玻璃的分析
        对于有一般防火要求的建筑，玻璃采用玻璃砖、钢化玻璃、小块平板玻璃等，对于防火要求比较高的建筑，幕墙玻璃采用夹丝玻璃、单片防火玻璃、复合防火玻璃、防火中空玻璃等。复合防火玻璃是目前应用最广泛的防火幕墙玻璃，当火灾发生时，在一定时间内临火面玻璃受热炸裂，但由于防火胶片的存在，玻璃被粘附在胶片上不坠落，保持了玻璃的完整性。同时由于胶片本身具有防火作用，不但对火势蔓延起到阻挡作用，又保证了背火面温度不迅速上升，控制了火势蔓延。