钢质防火门失去耐火完整性问题分析及改进措施的研究

张 强滕 彦崔秋鹏周 扬于广和 张存祥

1青岛理工大学（临沂）（273400） 2山东省产品质量监督检验研究院（250102）

0 引言

防火门是一种在规定时间内能满足耐火隔热性和完整性的防火分隔构件，它除了具有普通门的功能外，还具有防火、隔烟、阻挡高温的特殊功能，普遍使用在高层建筑、医院、宾馆、车站、影剧院等重要的公共建筑中，用量大，应用范围广泛，在防火工作中起着重要作用。防火门的耐火性能是其质量好坏的一个重要指标,根据GB12955-2008《防火门》标准要求，防火门耐火性能主要有耐火完整性和耐火隔热性两个指标。由实际检验情况看，钢质防火门耐火试验中耐火完整性不合格占很大的比率，如何有效提高钢质防火门耐火完整性能是亟待解决的问题。

1 钢质防火门失去耐火完整性问题分析

1.1 钢质防火门失去耐火完整性的形式

钢质防火门的主结构采用钢板制作，钢材属于良导体，其热膨胀系数很大，在单面受火的情况下，门框整体结构不会产生较大变形，而门扇两面过大的温差会导致过大的弯曲和扭曲变形，若结构处理不当，过大的变形会导致框—扇、扇—扇间发生错位，造成门缝密封失效、烧穿，失去耐火完整性。

对于单扇门,门扇一立边采用铰链与门框连接,受铰链约束,框-扇在该处不会产生明显错位。而另一边仅采用防火锁与门框连接，上下两边则与门框无连接，相对门框过大内凹变形的门扇在锁连接点受门框止口和锁约束，无法向受火面推进，其结果必然导致上下两角外翘造成框-扇错位。

对于双扇门（含子母门，以下同），门扇间带止口，框-扇铰链连接边不会产生明显错位,且门扇变形量与门框趋近,明显减小。而扇-扇对缝处，相对固定扇除上下两端受框约束外,别无约束点,因此明显内凹。相对开启扇则仅在对缝边中点采用防火锁与相对固定扇连接，上下两边与门框无任何连接,弯曲变形与相对固定扇相似。随门扇弯曲变形的不断加大，扇-扇对缝间隙不断扩大，尤其是在对接缝的中点更为严重。当对缝间隙超出扇-扇搭接范围时，密封失效。失去密封的门缝，热气流外溢，外溢的热气流改变了该处门扇边缘的温度分布，进一步加大了门扇弯曲变形量，使门缝间隙进一步扩大。当裂缝达到一定值时，就会失去耐火完整性。

1.2 钢质防火门扇在耐火试验中的变形机理

钢质防火门门扇中部，由于面板与夹芯受热分离,分离后的面板和夹芯不能构成结构,其变形不存在一致性。造成该部位门扇弯曲的主要因素是夹芯的弯曲，夹芯材料热膨胀系数远小于钢材，受热弯曲变形相对较小，所以，门扇中部在耐火试验中弯曲变形量相对较小。钢质防火门变形主要体现在门扇周边、门扇边缘及门扇边缘钢结构连接部位。

对于门扇周边部分，两面板与边框构成槽型结构，夹芯填充在槽内。在耐火试验中，外部钢结构弯曲变形趋势较大，内部硬质夹芯相对较小，相互间起约束作用。门扇在该处的弯曲变形量取决于二者的刚度差异。钢结构刚度愈大，门扇变形愈大。夹芯刚度愈大，门扇变形愈小。

对于门扇边缘钢结构，我们可认为其自受火面至背火面由无数层相互连接构成，若温度自受火面至背火面均匀递减，相邻层间温差较小，温差的存在导致热伸长出现差异，相互的连接使温度较高层受压，温度较低层受拉，层间存在剪应力。该力的存在，导致门边弯曲。随门边的弯曲，层间几何长度差异与温度差异引起的长度差异趋近,内应力降低，直至平衡。

对于门扇边缘钢结构的连接部位，由于钢板不连续，导致热量传递受阻，发生温度突变。连接点愈稀、接触面愈小，突变量愈大，断热可造成更大的突变量。温度突变量的存在，导致连接部位产生热应力，热端受压、冷端受拉。温差愈大，热应力愈大。热应力的存在加大了结构弯曲变形。

2 改进措施

通过以上分析我们得出，减小门扇变形量的措施主要应从两个方面着手:①减小边缘钢结构的变形量、降低其弯曲刚度，切断门扇边缘热传递路线；②采取措施，提高边缘夹芯的弯曲刚度、抗弯强度，以加强其平抑钢结构变形的能力。

2.1 减小边缘钢结构的变形量及降低其弯曲刚度的措施

1）若边框采用面板直接弯边构成，宜采用背火面面板弯边，以降低边框热端温度，减少其受热自由弯曲变形量;受火面面板边缘弯折宽度应尽量小，与边框连接宜采用胶接,适当加焊点以防胶层剥离；焊点间距应尽量大些，以降低面板边缘的受压临界应力，减少热应力和由其引起的变形。

2）若边框采用受火面面板和背火面面板分别弯边而后相互通过焊接或胶接连接在一起构成。连接应以胶接为主，适当加焊点以防剥离；焊点间距应尽量加大，以确保受火胶层失效时，焊点间受火面面板边缘能尽早局部失稳，降低热应力和由其引起的变形；连接部位，受火面面板边缘应搭在背火面面板边缘的外面，以减少其侧向约束，进一步降低其临界应力。

3）宜采用独立边框，尤其在锁边和上下两边；独立边框板厚应适当加大，以提高其热容量，降低热端温度，减少受热自由变形量；提高其弯曲刚度，减少热应力引起的变形。边框最好采取断热措施，断热点适当偏向受火面，以提高断热处热端温度和加大断热温差，降低冷端钢结构温度，减少其因热引起的自由弯曲变形量；同时，降低热端钢结构边缘弯曲刚度，连接宜采用胶接为主，点状焊接为辅的型式，以降低其临界应力，减少热应力和由其引起的弯曲变形。

2.2 提高边缘夹芯的弯曲刚度、抗弯强度，加强其平抑钢结构变形能力的措施

较有效的办法是在夹芯的边缘设置钢框，尤其是装锁一边和上下两边;钢框板厚应适当大些，以提高其抗弯刚度和平抑门扇边缘弯曲变形的能力；钢框朝受火一面和朝门扇边缘一面应采取隔热措施，以降低其温度，减少受热弯曲变形量；钢框与门扇边缘钢结构应连接可靠，以确保约束力的有效传递。

夹芯钢框与门扇边缘连接可采用镶嵌型式，亦可采用机械连接型式或焊接型式。

镶嵌型式多用于厚边结构，夹芯钢框镶入厚边内，可有效传递弯曲载荷。

机械连接型式可用于各种结构类型，可有效传递弯曲载荷，但施工较麻烦，不适于大批量生产。

受火面面板与钢框采用焊接连接，连接位置在钢框断面的中部，靠近钢框弯心，使连接点的热应力对钢框产生的弯矩减少，降低了由此造成的弯曲变形。

钢框与防火板、受火面面板与防火板间采用胶接;适当加大受火面面板与钢框间的焊点间距；适当加大钢框板厚，可降低受火面面板边缘受压临界应力，降低热应力，进一步减少弯曲变形量。

对于双扇门（含子母门）扇-扇对接缝宜采用勾边结构，且应保证搭接量符合标准要求，以避免门扇边缘横向位移导致门缝开裂。

2.3 其他措施

钢质防火门是一个整体结构，耐火完整性的提高除解决门扇变形外还需要其他结构的配合，还应注意以下几点问题。

1）减小门框断面尺寸，以加大其变形量，使之与门扇变形趋于一致，以减小两者之间的差距。

2）门扇填充料应填充密度较高的无机门芯料，以平抑门扇变形量。

3）门缝间隙要达标，且在门缝对接面上应设置防火密封条。

4）门扇边缘不宜制作过多台阶，并确保有一个比较宽的平面，使框-扇在比较大的错位下门缝仍能密封。

5）钢质双扇防火门中缝宜设盖缝板，可进一步加大搭接量。

3 结语

通过试验验证，采取上述措施后钢质防火门的耐火完整性能得到的较大的提高。解决钢质防火门的耐火完整性问题,主要就是解决门缝的密封问题。防火门在耐火试验中的结构外形是动态变化的，考虑提高防火门质量措施时不能静止在试验前状态，而应重点考虑受火变形时的状态，尤其应设法避免或减少变形的不一致和由此引起的密封问题，在选择密封件规格和安装位置时，也必须慎重考虑变形不一致带来的影响。

提高钢质防火门的耐火性能是个系统工程，即需要结构简捷有效,也需要生产工艺简单实用，没有实用价值的任何措施是不可取的，因为它只能应付试验，而无法用于实际产品批量生产。相信通过实践总结，钢质防火门的耐火性能会越来越好。

[1] GB 12955-2008,防火门[S].

[2] GB/T 9978.1-2008,建筑构件耐火试验方法第1部分:通用要求[S].

[3] 刘凤学.论钢质防火门结构及耐火性能[J].中国高新技术企业,2007(04).

[4] 刘朝,陈杰.火灾下钢结构的热响应模拟实验分析[J].重庆大学学报,2009,(04).