浅析玻璃幕墙火灾特性及防火设计

●刘建新

(通辽市消防支队，内蒙古 通辽 028200)

●火灾预防

浅析玻璃幕墙火灾特性及防火设计

●刘建新

(通辽市消防支队，内蒙古 通辽 028200)

玻璃幕墙在高层建筑中的应用给建筑带来了很大的火灾风险。介绍了玻璃幕墙的构造类型，对玻璃幕墙的火灾特性及火灾危险性进行相关分析和探讨，并结合规范，分析了国内外幕墙防火构造的具体做法，明确了幕墙防火的关键措施，为下一步研究指明了方向。

玻璃幕墙；火灾特性；防火设计

0 引言

玻璃幕墙作为一种新型的建筑外围护性结构,广泛应用于现代化的建筑外立面上，它具有自身重量轻、施工方便、美观大方、采光性好等优点，深受广大建筑设计者的喜爱。玻璃幕墙多应用于高层建筑中，发生火灾后，火灾烟气沿幕墙及幕墙与楼板间的空隙向上蔓延，给建筑带来的火灾风险不容忽视。由于玻璃幕墙的火灾危险性主要体现在火灾竖向蔓延上，因此本文主要对玻璃幕墙火灾竖向蔓延规律进行分析，找出玻璃幕墙火灾防治的关键点，并结合国内外相关研究动态，在介绍常见防火构造基础上，提出具体的防火措施。

1 玻璃幕墙系统简介

玻璃幕墙是由玻璃面板与支承结构体系组成，可相对主体有一定位移能力或自身有一定抵抗变形能力、可部分承担主体结构荷载与作用的建筑外围护性结构[1]。目前关于玻璃幕墙的分类方法很多，按构造形式可分为框架式玻璃幕墙、点支式玻璃幕墙和全玻式玻璃幕墙三类。

框架式玻璃幕墙是由竖框和横梁组成的框格与玻璃面板组成，面板固定在框格上，通过竖框或横梁将所承受的荷载传递给建筑主体，如图1所示。点支式玻璃幕墙是由玻璃面板和驳接组件支承结构组成，按支承结构形式的差别又细分为钢桁架点式玻璃幕墙、拉杆点式玻璃幕墙、拉索点式玻璃幕墙等，如图2所示。全玻式玻璃幕墙是由玻璃肋和玻璃面板组成，具有全透明、大视野的特点，如图3所示。

另外还有双层玻璃幕墙，它由外层玻璃幕墙、内层玻璃幕墙和中间热通道构成，又叫作热通道玻璃幕墙或呼吸式玻璃幕墙，具有隔声、隔热、节能等优点，内外幕墙间的夹层有利于室内外空气的循环，对改善室内环境具有积极的作用，如图4所示。

图1 框架式玻璃幕墙

图2 点支式玻璃幕墙

图3 全玻式玻璃幕墙

2 火灾危险性

玻璃幕墙建筑发生火灾后，烟气向上蔓延方式主要有三种，如图5所示。(1)火焰通过幕墙破裂口向上蔓延。起火层房间幕墙玻璃破裂，火焰通过幕墙破裂洞口向上蔓延至上层房间。由于玻璃是热的不良导体，耐火性差，发生火灾时极易变形、破裂造成幕墙大面积掉落，火焰就通过这些洞口向上蔓延。(2)火焰沿幕墙内部空腔向上蔓延。例如幕墙建筑中常用的6 mm+9A+6 mm双层钢化中空玻璃，其两层玻璃间的中空厚度为9 mm，发生火灾时会成为火灾竖向蔓延的通道，而对于双层玻璃幕墙，由于内外幕墙间存在空气腔，当室内火灾发展到一定程度时，内幕墙玻璃破裂脱落，火焰会进入空气腔并沿着腔壁向上蔓延，在高层建筑中极易形成“烟囱效应”，严重影响火灾扑救和人员疏散的正常进行[2]。(3)火灾烟气沿幕墙与楼板间缝隙向上蔓延。当建筑幕墙的层间防火封堵失效时，烟气就通过缝隙向上层蔓延，造成更大的火灾。以上三种火灾竖向蔓延方式会导致建筑竖向防火分隔失效，防火分区遭到破坏，火灾和烟气会通过竖向通道向上蔓延。

图5 玻璃幕墙火灾蔓延示意图

3 规范探讨及相关防火设计介绍

3.1 规范探讨

国内关于玻璃幕墙防火设计的规范主要有《建筑设计防火规范》[3](GB 50016-2014)、《玻璃幕墙工程技术规程》[4](JGJ 102)等。《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)第6.2.5条、第6.2.6条对玻璃幕墙防火进行了强制性规定：(1)建筑外墙应设置窗槛墙或防火挑檐，设置窗槛墙时，窗槛墙应采用实体墙，实体墙高度不应小于1.2 m；设置防火挑檐时，挑檐宽度不应小于1.0 m，长度不应小于开口宽度。(2)当室内设置自动喷水灭火系统时，窗槛墙高度不应小于0.8 m。(3)当采用实体墙确有困难时，高层建筑应采用乙级防火窗或耐火完整性不低于1.00 h的C类防火窗，单、多层建筑应采用丙级防火窗或耐火完整性不低于0.50 h的C类防火窗。(4)幕墙与楼板、隔墙间的缝隙应采用防火封堵材料封堵。同时需要注意窗槛墙、防火挑檐的耐火极限和燃烧性能，均不应低于相应耐火等级建筑外墙的要求。

《玻璃幕墙工程技术规程》(JGJ 102，报批稿)在与《建筑设计防火规范》保持一致的同时，对防火封堵提出了具体的要求：层间水平防火封堵构造宜沿窗槛墙或防火裙墙的上部和下部各设一道。如只设置一道时，宜设置在窗槛墙或防火裙墙的下部；防火封堵厚度不应小于100 mm，承托板应采用厚度不小于1.5 mm的镀锌钢板或其它防火板材；承托板之间以及承托板与幕墙结构、窗槛墙或防火裙墙之间的缝隙应填充防火密封材料。

由上可知，规范对玻璃幕墙的防火要求主要是为防止火灾在垂直方向上的蔓延，主要防火措施既有对幕墙系统防火性能的要求，如采用相应耐火等级的防火窗，又有对相关防火构造设计的要求，如规定窗槛墙高度和防火挑檐宽度、设置必要的层间防火封堵等。

3.2 常见防火构造介绍

玻璃幕墙常见的防火构造设计主要有以下两种方式：一种是将窗槛墙设置在玻璃幕墙内侧，兼顾了防火和美观的要求，如图6(a)所示；另一种是直接将窗槛墙设置在玻璃幕墙系统上，如图6(b)所示。两种做法均能满足规范防火要求，在本质上是一致的，在实际工程中第一种应用更广泛。

1.玻璃幕墙；2.窗槛墙或防火裙墙；3.层间防火封堵；4.楼板

防火构造(a)的具体做法如图7所示，其防火裙墙设置在楼板下部，且满足我国规范中不燃性实心墙高度不小于0.8 m的防火设计要求；层间水平防火封堵设置在防火裙墙下部，采用厚度不小于100 mm的防火岩棉进行封堵，并采用1.5 mm厚的镀锌钢板支承，能够很好地阻止火势向上蔓延，满足规范要求。需要注意的是由于防火封堵距离下层楼板较近，而发生火灾时天花板附近温度很高，且天花板附近的装修构件如窗帘盒等易燃，加剧了火势的蔓延，因此要保证防火封堵的完整有效，应提高承托板与幕墙及防火裙墙间连接部位的防火性能。

图7 玻璃幕墙层间防火构造(a)细部设计图

图8所示为国外某公司采用的铝合金框架式玻璃幕墙防火构造，符合美国ASTME-2307测试标准。其主要设计满足以下要求：玻璃拱肩板(如图中2C所示)采用钢化透明玻璃，其上端距楼板上表面的距离大于0.9 m，在拱肩板内侧应设置绝热垫层(图中2G)，绝热垫层耐火等级与楼板一致，应满足2 h的耐火极限要求，可采用防火岩棉，岩棉垫朝向室内部分以铝箔贴面，垫层应与铝框齐平，并在绝热板与玻璃幕墙之间留约5 mm厚的空气腔；在铝挤压框外表面贴附耐火橡胶挤压条(图中2E)，耐火性能应与绝热板(图中2G)保持一致，在铝竖框内侧应贴附隔热条(图中2H)，并以自攻螺丝等方式固定至铝框，防止铝框遇火变形。

1.楼板；2.幕墙系统；2A.铝合金框架与建筑主体相连的连接配件(未显示)；2B.铝合金幕墙框架；2C.玻璃拱肩板；2D.玻璃面板；2E.耐火橡胶挤压条；2F.火药击钉；2G.绝热垫层；2H.隔热条(保护铝材)；2I、2J.角钢；3.层间封堵；3A.防火封堵被衬层；3B.防火密封漆

图8 国外铝合金框架玻璃幕墙层间防火构造示意图

在层间防火封堵构造中，层间防火封堵最小厚度为100 mm，压紧后最小密度130 kg·m-3，并采用岩棉作为被衬层，满足平常使用时的位移变形要求，岩棉压缩率33%。为防止防火封堵被衬层遇火变形脱落，失去隔烟效果，应在上部涂刷3 mm厚弹性防火密封漆，满足2 h防火防烟要求，弹性形变能力至少±15%。同时要求如果防火封堵被衬层会承受垂直切应力，应在其内部设置一定数量的Z型镀锌钢材与建筑主体相连。

4 结束语

根据以上分析可知，为防止火灾通过玻璃幕墙系统竖向蔓延，应加强上下楼层间的防火设计：(1)通过窗槛墙等方式使窗口溢出的火焰不至于垂直蔓延至上一楼层，但窗槛墙高度，窗槛墙与楼层间的位置关系还需要进一步研究；(2)层间水平防火封堵是防止火灾竖向蔓延的重要手段，《建筑设计防火规范》、《玻璃幕墙工程技术规程》都强调了这一问题，要求防火封堵构造具有稳定性、耐久性和抗变形能力[5]。本文分析了国内外的一些具体措施，以期对玻璃幕墙防火有所帮助。

[1] 陈连胜,查恩明,金长江,等.典型建筑幕墙系统介绍[J].门窗,2011,(7):13-19.

[2] 倪照鹏,路世昌,智会墙,等.双层玻璃幕墙全尺寸火灾实验研究[J].火灾科学,2007,16(4):232-241.

[3] GB 50016-2014,建筑设计防火规范[S].

[4] JGJ 102,玻璃幕墙工程技术规程(报批稿)[S].

[5] 黄晖宇,贾杰,邓志欣.幕墙层间防火封堵技术探讨[J].消防技术与产品信息,2012,(8):16-18.

(本栏责任编辑、校对 李 蕾)

Preliminary Analysis on Fire Characteristic of Skin Facade and Design for Fire Protection and Prevention

LIU Jian-xin

(TongliaoMunicipalFireBrigade,InnerMongoliaAutonomousRegion028200,China)

The application of skin facade brings big fire potential for high buildings. This paper introduces the construction of skin facade and makes a related analysis its fire characteristic and its dangerous potential. Also , according to regulation and standards, it introduces fire protection construction of skin facade at home and abroad, as well as the key measures of fire protection of skin facade, which can benefit the following researching work.

skin facade; fire characteristic; fire protection design

2014-11-16

刘建新(1979— )，男，内蒙古通辽人，助理工程师。

TU998.1

A

1008-2077(2015)02-0046-04