解析國內外建筑幕墻的防火設計現狀

核心提示：1、前言 隨著經濟和技術的進步，近年來高層和超高層建筑日益增多，幕墻憑借其在外裝飾性，節(jié)能保溫，以及抗震上的優(yōu)越，基本上都是采用幕墻作為外圍護結構。對建筑幕墻安全性

　　1、前言

　　隨著經濟和技術的進步，近年來高層和超高層建筑日益增多，幕墻憑借其在外裝飾性，節(jié)能保溫，以及抗震上的優(yōu)越，基本上都是采用幕墻作為外圍護結構。對建筑幕墻安全性的要求，其中之一就是對其防火性的要求，即通過提高或增強建筑構件或材料承受火災破壞能力的技術來使其防火的性能達到一定的標準。幕墻防火作為整個建筑物防火系統(tǒng)中一個重要的方面在火災發(fā)生的時候應能阻止或延緩火勢的蔓延，并為消防撲救工作提供便利。近年來國內發(fā)生幾次特重大火災，造成了嚴重的人員和財產損失，都與設計或者選材不當有關。世界比較發(fā)達的國家及大國均制定了自己的建筑設計防火規(guī)范，對建筑幕墻的防火提出了具體要求，由于美國在全世界的影響范圍較大，在許多國家進行幕墻設計時，均要求準守美國規(guī)范，所以對中美幕墻防火設計的比較，有利于在國際范圍內的幕墻工程設計。

　　2、我國現行規(guī)范對建筑幕墻防火的要求

　　我國現行規(guī)范中對于建筑物防火材料的要求是確保建筑物在火

災中不會在短時間內倒塌。因此，建筑物應根據其耐火等級來選定構件材料和構造方式，保證結構的耐火穩(wěn)定性，并使建筑物在火災過后易于修復。

　　2.1 建筑幕墻的防火材料

　　現行規(guī)范對幕墻的材料的要求是除填充棒和雙面膠帶等少量輔材外，均應采用不燃（A級）或難燃（B1）級材料。隨著國家對建筑節(jié)能的重視，外墻普遍進行了保溫處理，目前幕墻防火的問題主要出在保溫材料上，最近的幾起特重大火災，無論是“央視大火”還是上海“11.15大火”，都是與保溫材料的耐火等級不符合要求有關。因此在“央視大火”后，公安部聯(lián)合住建部，頒布了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》公通字[2009]46號（下簡稱46號文），對建筑幕墻的保溫材料做了明確的規(guī)定。即：a）建筑高度大于等于24m時，保溫材料的燃燒性能應為A級。b）建筑高度小于24m時，保溫材料的燃燒性能應為A級或B1級。其中，當采用B1級保溫材料時，每層應設置水平防火隔離帶。c）保溫材料應采用不燃材料作防護層。防護層應將保溫材料完全覆蓋。防護層厚度不應小于3mm.d）采用金屬、石材等非透明幕墻結構的建筑，應設置基層墻體，其耐火極限應符合現行防火規(guī)范關于外墻耐火極限的有關規(guī)定；玻璃幕墻的窗間墻、窗檻墻、裙墻的耐火極限和防火構造應符合現行防火規(guī)范關于建筑幕墻的有關規(guī)定。f）基層墻體內部空腔及建筑幕墻與基層墻體、窗間墻、窗檻墻及裙墻之間的空

間，應在每層樓板處采用防火封堵材料封堵。

　　2.2 建筑幕墻的防火構造

　　合理的幕墻防火構造設計可有效的阻隔煙氣對人體的傷害、降低火情的蔓延速度、延長逃生的時間和提高安全的機率。《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95（2005版）對建筑幕墻的設置提出了具體的要求即：

　　1）窗檻墻、窗間墻的填充材料應采用不燃燒材料。當外墻采用耐火極限不低于1.00h的不燃燒體時，其墻內填充材料可采用難燃燒材料。

　　2）無窗檻墻或窗檻墻高度小于0.80m的建筑幕墻，應再每層樓板外沿設置耐火極限不低于1.00h、高度不低于0.80m的不燃燒體裙墻或防火玻璃裙墻。

　　3）建筑幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙，應采用防火封堵材料封堵。

　　《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ102-2003對建筑幕墻防火規(guī)定如下：

　　1）玻璃幕墻與其周邊防火分隔構件間的縫隙、與樓板或隔墻外沿間的縫隙、與實體墻面洞口邊緣間的縫隙等，應進行防火封堵設

計。

　　2）玻璃幕墻的防火封堵構造系統(tǒng)，在正常使用條件下，應具有伸縮變形的能力、密封性和耐久性；在遇火狀態(tài)下，應在規(guī)定的耐火時限內，不發(fā)生開裂或脫落，保持相對穩(wěn)定性。

　　3）玻璃幕墻防火封堵構造系統(tǒng)的填充材料及其保護性面層材料，應采用耐火極限符合設計要求的不燃燒材料或難燃燒材料。

　　4）無窗檻墻的玻璃幕墻，應在每層樓板外沿設置耐火極限不低于1.00h、高度不低于0.8，m的不燃燒實體裙墻或防火玻璃裙墻。

　　5）玻璃幕墻與各層樓板、隔墻外沿間的縫隙，當采用巖棉或礦棉封堵時，其厚度不應小于100mm，并應填充密實；樓層間水平防煙帶的巖棉或礦棉宜采用厚度不小于1.5mm的鍍鋅鋼板承托；承托板與主體結構、幕墻結構及承托板之間的縫隙宜填充防火密封材料。當建筑要求防火分區(qū)間設置通透隔斷時，可采用防火玻璃，其耐火極限應符合設計要求。

　　6）同一玻璃幕墻單元，不宜跨越建筑物的兩個防火分區(qū)。

　　3、各種不同類型建筑幕墻的防火構造設計

　　綜合以上分析，提供以下防火構造的方案供幕墻設計及施工人員參考：

　3.1 豎向防火分區(qū)構造設計要點

　　1）無窗檻墻的玻璃幕墻應保證不燃體實體墻的高度不低于 800mm，如達不到，不足部分建議考慮上翻一個砼踢腳線，或在梁底加設防火巖棉帶；當玻璃為大面全?；螯c支承幕墻時，則采用銫鉀防火玻璃加高。

　　2）層間防煙封堵采用100mm巖棉，1.5mm厚鍍鋅鋼板承托，對可能造成煙霧漫延的縫隙處打防火密封膠；

　　3）層間面板分格不宜跨越兩個防火分區(qū)。

　　4）有實體墻的金屬與石材幕墻的保溫材料應采用不燃材料作防護層。防護層應將保溫材料完全覆蓋。防護層厚度不應小于3mm可采用玻鎂防火板、水泥板、鍍鋅鋼板或憎水型A級保溫砂漿，同時應按表3.1在每層設防煙封堵。防火保護層可采用玻鎂防火板、水泥板、鍍鋅鋼板或憎水型A級保溫砂漿。

　　3.2 水平防火分區(qū)構造設計要點

　　1）在水平防火分區(qū)的實體防火墻兩側設置幕墻時，距離防火墻兩側各1m的部位不應有門窗洞口，若設置洞口，則應采用防火窗；

　　2）當在水平防火分區(qū)設置玻璃幕墻時，玻璃幕墻應采用銫鉀防火玻璃和帶經防火涂料處理的鋼龍骨外包鋁合金形式。

3）防火分區(qū)隔斷與主體結構的后連接宜采用后擴底錨栓或通過耐高溫測試的化學錨栓。主要是因為國內一些產品中化學藥劑含有大量的苯乙烯，該物質遇熱后不穩(wěn)定。

　　3. 4 消防逃生設計

　　夾層玻璃雖然是安全玻璃，可是如果整座建筑都用夾層玻璃，又沒有設置足夠的疏散通道和充分的自動室內消防設施，就會變成可怕的安全隱患。依靠外部消防的公共場所和低層辦公、住宅建筑如果全用夾層玻璃，一旦發(fā)生火災，消防人員無法擊碎玻璃，難以施救。因此可采用以下措施：

　　1） 每層采用不少于2塊，間距不大于20m，寬度不小于1.2米，高度不小于1.0米的非夾層玻璃作為應擊碎玻璃，作出明顯的警示標志；

　　2） 在緊急出口的玻璃幕墻室內，建議設置可方便逃生的裝置（如緩降器等）。

　　4、美國的建筑幕墻防火構造設計

　　對比中國的建筑幕墻防火構造設計，美國常用的幕墻防火隔斷系統(tǒng)的功能盡管是一樣的，但是組成方法卻有差別，但無論是何種形式， 都是為了保證系統(tǒng)完整性以及盡可能多的提供逃生時間。首先應當說明的是，在美國規(guī)范中，樓板以及其延伸至外墻的區(qū)域具

有相同的耐火 等級，并且對于層間防火封堵的最小高度也都有規(guī)定，只是如果有淋水裝置存在的情況下，對層間防火封堵的最小高度允許有特殊情況存在，另外，層間防火封堵的材料和系統(tǒng)必須經過專業(yè)的試驗檢測，這些對于建筑幕墻層間防火封堵的規(guī)范都是強制性執(zhí)行的，因此，無論在設 計上還是施工上，都應當盡量保證其功能性的實現。

　　4.1美國常用的層間防火封堵構造設計

　　防火和防煙在層間防火封堵構造設計中是密不可分的兩個方面，常用的層間防火封堵準則是：

　　1）將防火絕熱墊層機械固定連接到幕墻面板上，并留有一定的隔熱間隙；

　　2）將防火絕熱墊層機械固定連接到立柱上，保護好鋁立柱；

　　3）用Z型或其它類型的固定夾子將防火巖棉固定在層間位置；

　　4）加固巖棉和樓板間的連接；

　　5）在巖棉上方噴涂防煙封堵涂料。

　　4.2 美國防火封堵系統(tǒng)的試驗

　　和防火封堵系統(tǒng)相關的美國規(guī)范有ASTM E 119，該規(guī)范是建筑

結構和材料防火試驗的標準試驗方法，對建筑材料的耐火極限，隔熱性和 相應承載能力下的完整性有規(guī)定。此外還有ASTM E2307，這是使用中級的多層實驗裝置進行層間防火封堵材料的耐火性實驗的規(guī)范，其中，實驗裝置如圖5.

　　在美國，一般由兩個專業(yè)的實驗室以ASTM E2307為依據進行防火封堵系統(tǒng)的效果檢驗，一個是UL（Underwriters Laboratories Inc.） 另外一個是OPL（Omega Point Laboratories ）。根據ASTM E2307得出的測試結果，可以分為兩種類型的等級：一種是F等級，按其阻止火勢蔓延的能力劃分的等級（單位為小時）；另外一種是T等級，按照材料在沒有火勢的一側的表面溫度劃分的等級（單位為小時）。需要說明的是，UL在使用相同實驗裝置的前提下，又提供了除這兩種等級劃分外的另外兩種等級，即防火封堵系統(tǒng)整體完整性的等級和其隔熱保溫的等級。

　　4.3 中美建筑幕墻防火設計的比較

　　由于選用的防火封堵材料的不同，中國和美國在幕墻防火的設計，尤其是層間防火封堵的設計上還是存在著一定的差異的。

　　1）不管幕墻后面是否有實體墻，用于防火封堵的防火巖棉都是按照其紋理的走向被固定夾固定在層間位置的。這點和國內的用襯板承托巖棉，組成防火層用以防火封堵的方法的目的是一致的，只是做法不同。

2）用防火絕熱墊層機械固定到幕墻的面板和立柱上，并高出樓面大于900mm的高度，以防止鋁材和幕墻面板遇火變形。這點和國內規(guī)范的 800mm的實體墻防火高度是有異曲同工之處的，因為美國樓面板大多是無梁樓蓋，只是結構不同而做法上的差異。

　　3）在層間防火巖棉上方噴涂防煙封堵涂料。國內的常見做法是拿鍍鋅鋼板覆蓋，在這點上，國內的做法有價格上的優(yōu)勢，但在實際的效果上沒有防煙封堵涂料的效果突出。

　　5 結束語

　　本文通過對國內有關建筑幕墻防火現行標準的分析，給出了一些具體的做法的措施；同時對比了美國的幕墻防火方面的措施，幫助設計師加深對現行規(guī)范的理解，試圖解決困撓部分設計師的幕墻防火問題。不妥之處，敬請各位同行和專家斧正。