1 前言
建筑防火是建筑安全設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的項(xiàng)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(jìn)退兩難,然而玻璃作為現(xiàn)代建筑的時(shí)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(lè)于追逐的目標(biāo),用防火玻璃作為防火分隔材料的優(yōu)勢(shì)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(shí)施以來(lái), 單片防火玻璃逐漸被人們認(rèn)識(shí)和接受,與此同時(shí), 系統(tǒng)防火的理念逐步得到樹(shù)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(guó)內(nèi)大型公共建筑幕墻、防火分區(qū)、室外幕墻及門(mén)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(dá)國(guó)家,玻璃防火被看作為一個(gè)系統(tǒng),要求防火玻璃與框架系統(tǒng)都具有防火功能。我國(guó)則存在認(rèn)識(shí)上的誤區(qū),往往只注重玻璃本身的防火,這也導(dǎo)致我國(guó)防火玻璃整體配套水平與發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距。性能再優(yōu)異的防火玻璃,如果沒(méi)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(hào)修改單就明確規(guī)定防火玻璃測(cè)試時(shí)試樣應(yīng)鑲在與實(shí)際工程配套使用的框架系統(tǒng)內(nèi),即是強(qiáng)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(guó)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(shí)滿足耐火完整性和耐火隔熱性(標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中如背火面平均溫度超過(guò)初始溫度140 ℃或背火面最高溫度超過(guò)該點(diǎn)初始溫度180 ℃,則認(rèn)為試件失去隔熱性)的防火玻璃,即A 類(lèi)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(lèi)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(lèi)、C類(lèi)防火玻璃的耐火極限分為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h五個(gè)等級(jí)。防火玻璃在進(jìn)行耐火性能試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用明火加熱,使試件受到與實(shí)際火災(zāi)相似的火焰作用。試驗(yàn)爐爐內(nèi)溫度隨時(shí)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(shí)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(yàn)所經(jīng)歷的時(shí)間，min 。
需要指出的是, 當(dāng)防火玻璃用于擋煙垂壁時(shí), 主要受熱煙氣影響, 其耐火性能要求與標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)有一定區(qū)別, 一般要求按GB/T9978一2008《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)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(shí),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(guó)內(nèi)單片防火玻璃主要有兩種技術(shù)路線：采用綜合增強(qiáng)處理的高強(qiáng)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(shí)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(diǎn)是隔熱,缺點(diǎn)是不能直接用于外墻,難于深加工,長(zhǎng)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(diǎn)是耐候性好、強(qiáng)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(bǔ)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(diǎn)（詞條“軟化點(diǎn)”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(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)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(shí)硼揮發(fā)、易產(chǎn)生硼硅分相等問(wèn)題以及熔窯耐火材料侵蝕速度快等技術(shù)難點(diǎn),技術(shù)門(mén)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(diǎn)是:玻璃軟化點(diǎn)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(qiáng)火焰下一般不會(huì)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(diǎn)外,還具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗折、抗壓強(qiáng)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(jià)格較高,市場(chǎng)較難接受, 目前我國(guó)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(qiáng)技術(shù)來(lái)提高玻璃的強(qiáng)度,使玻璃能夠承受急熱(或急冷)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力,從而具有防火的功能。
高強(qiáng)度單片防火玻璃的耐火機(jī)理是通過(guò)提高鈉鈣硅玻璃強(qiáng)度,來(lái)抗衡熱應(yīng)力進(jìn)而避免玻璃表面微裂紋擴(kuò)展造成的破裂。火災(zāi)時(shí)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(kuò)展造成玻璃破裂;單片防火玻璃強(qiáng)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(huì)抵消產(chǎn)生的熱應(yīng)力, 使微裂紋不再擴(kuò)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(shí),玻璃整體溫度逐漸升高,沿高度方向,從受火面開(kāi)始逐漸進(jìn)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(shí),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(wú)可比擬的優(yōu)越性, 但在發(fā)生火災(zāi)時(shí), 由于單片防火玻璃不隔熱, 其熱輻射對(duì)防火分區(qū)外的可燃、易燃物以及人的安全通過(guò)會(huì)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(shí)具備隔熱性成為設(shè)計(jì)師關(guān)注的焦點(diǎn)。研究表明,通過(guò)對(duì)單片防火玻璃隔斷施加自動(dòng)噴淋保護(hù)系統(tǒng)可以解決單片防火玻璃隔熱問(wèn)題。通過(guò)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(dòng)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(dá)到噴淋?chē)婎^動(dòng)作溫度時(shí),背火面自動(dòng)噴淋系統(tǒng)啟動(dòng),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(yàn)表明,在自動(dòng)噴淋保護(hù)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(shí)間大大延長(zhǎng), 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(wú)隔熱性要求時(shí),可選用C類(lèi)防火玻璃。當(dāng)防火玻璃框架系統(tǒng)有隔熱性要求時(shí),可選用A類(lèi)防火玻璃（詞條“A類(lèi)防火玻璃”由行業(yè)大百科提供）或C類(lèi)防火玻璃加水噴淋保護(hù)。
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(shí)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(mén)（詞條“玻璃門(mén)”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(duì)防火玻璃的耐火性能有不同影響。純鋁材料強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度逐漸下降,當(dāng)溫度超過(guò)250℃時(shí),其強(qiáng)度急劇下降到原來(lái)的二分之一，370 ℃左右抗拉強(qiáng)度（詞條“抗拉強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）幾乎全部損失,且鋁合金的熔點(diǎn)低(600℃-700 ℃) ,在火災(zāi)荷載的作用下,框架系統(tǒng)會(huì)很快熔融、垮塌,進(jìn)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(jí)要求的防火隔斷、門(mén)窗，30min以上的耐火等級(jí)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(qiáng)”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(shí)踐證明它在表面無(wú)防火涂料（詞條“防火涂料”由行業(yè)大百科提供）保護(hù)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(shí),由于高溫作用,強(qiáng)度損失很快,需要在表面加上混凝土或防火涂料等保護(hù)。
理想的框架設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)防火玻璃系統(tǒng)耐火性能的關(guān)鍵,而在設(shè)計(jì)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(jì),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(shí), 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(mén)窗密封件等系列輔助材料, 這類(lèi)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50222一2001《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GBJ16一87 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和GB50045一2005《高層民用建筑設(shè)計(jì)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(kāi)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(guò)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(jī)理, 著火時(shí)約200℃左右可迅速進(jìn)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(yàn)中,如果背火面防火膠著火,會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)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(wàn)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(jì)劃最后的壓軸工程。其建筑設(shè)計(jì)方案由美國(guó)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(shí)火和煙會(huì)沿著幕墻外壁及內(nèi)側(cè)向鄰近的樓層蔓延,具有火勢(shì)蔓延快、煙氣流動(dòng)迅速、疏散撲救困難等特點(diǎn)。防火玻璃幕墻的設(shè)計(jì)及耐火要求,應(yīng)遵循GB12513一2006《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)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(shí)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(jì)應(yīng)在不影響其通透性及觀賞性的基礎(chǔ)上進(jìn)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(dú)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(jiàn)圖1 、圖2) , 兼有鋁合金玻璃幕墻安裝簡(jiǎn)捷與鋼材的耐高溫性能、高強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn),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(lèi)似，但無(wú)豎框防火玻璃隔墻的防火玻璃之間應(yīng)采用金屬點(diǎn)構(gòu)件,縫隙須采用耐火材料或防火膠等進(jìn)行處理并滿足相應(yīng)的耐火性能要求。
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