浅谈耐火窗的结构与耐火完整性的关系

马丛丛 周 川 重庆市绿色建筑技术促进中心

邓瑛鹏 重庆市勘察设计协会消防设计分会

1 前言

截至目前，全国各地已经多处相继发生火灾，造成了严重的人员伤亡以及财产损失，如2010年上海市静安区发生的“胶州路居民楼火灾”、2011年沈阳市的“2.3皇朝万鑫酒店火灾”、2015年河南“5.25养老院火灾”、2019年重庆市渝北区的“加州花园居民楼火灾”以及涪陵区的“马鞍街道踏水桥小区居民楼火灾”等事故的发生，引起人们对建筑防火、耐火性能的高度重视。特别是100m以上的高层建筑，由于目前消防设备的有效高度及其他因素，导致火灾救援的难度较大，在建筑中选用防火构件，保护人员和财产安全显得尤为重要。相关研究表明，建筑外窗是建筑外围护结构中重要组成部分之一，是防止高层建筑火灾纵向蔓延的关键途径，当外墙出现火灾时，具有良好耐火性能的外窗能够防止火势和产生的烟雾向房屋的内部继续蔓延和渗透，切断了普通窗玻璃由于高温作用融化或破裂后变为火灾继续蔓延的通道，避免演变成立体的复合型火灾，能够保障建筑物内部不受火势和烟气的侵蚀，保护人们的生命和财产安全。因此，加强建筑外窗的耐火性完整性是有效缓解建筑物火灾安全问题的技术措施之一。

2 耐火窗结构

根据DJBT 50—136《建筑防火、排烟构造设计图示（三）耐火窗》，耐火窗的定义为：在规定时间内，关闭状态下能满足耐火完整性要求的建筑外窗。根据相关文献归纳整理，本文定义的耐火窗概念为：采用经隔热处理或其它方法改进处理的铝合金、钢制、塑钢、钢木复合等窗框，与防火玻璃，密封胶条及五金配件等部件组成，具有一定的耐火完整性，并能在相应的时间内起到隔离和阻止火势蔓延的窗，同时耐火窗还应满足抗风压性能、气密性能、水密性能、保温隔热性能、空气隔声性能等相关要求。本文定义的耐火窗其耐火等级仅有0.50h、1.0h两种，必须可手动启闭窗扇，对窗扇的自动启闭控制装置不做要求，但宜装配遇火自动关闭装置。耐火窗与防火窗不同。防火窗通常设在有采光要求的防火墙或防火隔墙上，对抗风压性能、采光性能、气密性能和耐火性能的要求，但对水密性能、隔声性能以及保温性能没有要求。而耐火窗不仅要求耐火完整性达到要求，还应满足抗风压性能、气密性能、水密性能、保温隔热性能、空气隔声性能等相关要求。耐火窗与非隔热防火窗不同，耐火窗的耐火等级仅有0.5h、1h两种。耐火窗不强制使用窗扇的自动启闭控制装置，而防火窗应配备自动启闭控制装置。以下分别对组成耐火窗的玻璃、窗框、五金件、密封材料等进行介绍。

2.1 玻璃

玻璃约占建筑外窗面积的70%左右，因此，玻璃的选择使用对建筑外窗的耐火性能和节能性能的影响非常重要。耐火窗的玻璃要综合考虑耐火完整性、抗风压性能、气密性能、水密性能、保温隔热性能、空气隔声性能等方面，防火玻璃的分类如下表1所示。。

表1 防火玻璃分类

耐火窗的一般采用防火的双层或三层中空玻璃结构，大致分为三层：内层防火玻璃、中间层、外层隔热防护玻璃。内层防火玻璃：将防火玻璃设置在中空玻璃室内面上，可以达到较好的防火效果。中间层：一般为干燥空气或氩气等惰性气体，在条件允许的情况下中空结构可以充氩气，以满足更高要求的节能设计要求。外窗隔热防护玻璃：位于最外层，一般采用Low-E 低辐射镀膜钢化玻璃，起到隔热、遮阳作用，可采用单银、双银Low-E镀膜玻璃。

2.2 型材

耐火窗按型材常用的种类可分为铝合金材质型材、塑钢材质型材等。建筑耐火窗的型材约占整窗的30%，所以其型材的热工性能和耐火性能对耐火窗整窗的影响很大。另外，由于型材起框架支撑作用，型材的好坏成为耐火窗耐火性能和热工性能的重要指标。不少专家学者对此进行了深入的研究，如万成龙[1]对市场上常见的穿条式铝合金型材和浇筑式铝合金型材采用相关软件进行模拟，“大小腔”的设计形式比等腔室的设计形式热工性能更佳，采用暖边条的窗比传统的间隔条热工性能更佳；成洪波[2]研究采用相关软件对不同形式的中空玻璃当窗框型材的材质和厚度尺寸一定时，隔热条尺寸变化对热工性能的影响；赵宗凯[3]研究了型材腔体数量的变化和腔体结构的变化对窗热工性能的影响，同时研究表明，窗型材腔体中采取填充耐火材料的方式可大幅度提升耐火窗的耐火性能。从已发生的火灾案例中研究发现，对于铝合金窗、塑料窗，当发生火灾时，因为火灾的高温作用使得窗框发生严重的变形，从而导致外窗的破坏，型材一般很少会完全熔化。因此提高型材的耐火性成为提升耐火窗耐火性能的关键。

2.3 密封材料及五金件

建筑耐火窗的密封部位主要有玻璃与窗扇之间、窗扇与窗框之间、窗框与墙体连接处的密封，密封胶条起着关键的作用。耐火窗窗框、窗扇的连接，以及锁固用功能性五金配件，应满足整樘门窗承载和耐火能力的要求，其反复启闭性能应满足门窗反复启闭耐久性要求。门窗框与窗扇之间密封材料对整窗密封和耐火完整性非常重要，密封胶条与耐火材料复合，耐火材料宜选用难燃级，可实现密封性能与阻燃功能，可选用三元乙丙胶条，其材质柔软、密封优良；窗扇开启通道部位可选用石墨基膨胀材质密封件，膨胀倍率应足够胀满通道，平整、清洁，避免雨水浸泡，安装牢固、无异响；门窗框与玻璃之间可选用中性的阻燃密封胶，当接触不明化学工艺玻璃或耐火材料制品时，应进行粘接测试，必要时除膜或做隔离涂层。五金件有门窗“心脏”的美誉，五金件产品的耐火性能及安装工艺对整窗的耐火完整性影响很大，五金件应符合GB/T 32223—2015《建筑门窗五金件 通用要求》的规定。五金件包括合页、传动器、把手、销块等，采用铸钢、不锈钢等材质，可保证规定时间不会熔融、变形。防火合页通过螺钉将窗扇的钢衬、窗框的钢衬、合页锁住，从而把窗框与窗扇连接起来形成整体的框架。耐火窗宜采用电信号控制电磁铁关闭或开启方式，不得采用弹簧外露或无缓冲的简易装置，不得采用简易限位装置，避免操作不当引起误伤。

3 耐火窗评价指标及检测方法

根据重庆市地方标准设计DJBT 50—136《建筑防火、排烟构造设计图示（三）耐火窗》及其他相关研究，确定耐火窗的评价指标有：耐火完整性、抗风压性能、气密性能、水密性能、保温隔热性能、空气隔声性能。下面依次对耐火完整性、气密性能、水密性能、抗风压性能以及相应的检测方法予以表述。其中，抗风压性能检测、气密性能、水密性能检测均采用模拟静压箱法，对安装在压力箱上的试件进行气密性能、水密性能和抗风压性能检测。

3.1 耐火完整性

根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018版）对耐火完整性的定义为：在标准耐火试验条件下，建筑门窗某一面受火时，在一定时间内组织火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力。耐火窗的耐火完整性能应满足GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018版）中5.5.32条和6.7.7条建筑外窗耐火完整性1.00h和0.50h的规定。

耐火完整性的检测方法是按照GB/T 12513—2006《镶玻璃构件耐火试验方法》的要求进行，这与防火窗的检测方法相同。耐火试验检测所使用的检测装置为全封闭燃气自动加热炉，模拟发生火灾时耐火窗、防火窗、防火门等防火构件的耐火完整性，从而确定试件在受到实际火灾时在火焰的作用下其耐火完整性是否满足相关要求。

3.2 气密性能

根据GB/T 7106—2019《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》对气密性能的定义为：可开启部分在政策锁闭状态时，外门窗阻止空气渗透的能力。

根据相关研究，确定耐火窗的气密性能应满足下列要求：

（1）公共建筑10 层及以上建筑外窗的气密性不应低于7级；10层以下建筑外窗的气密性不应低于6级。

（2）居住建筑7层及7层以上建筑外窗的气密性不应低于6级；6层及以下的建筑外窗的气密性不应低于4级。

耐火窗气密性能的检测参考GB/T 7106—2019《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》中7进行，包括检测步骤、预备加压、渗透量检测、检测数据处理等内容。气密性能检测是在稳定压力差状态下通过空气收集箱收集并测量试件的空气渗透量。

3.3 水密性能

根据GB/T 7106《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》对水密性能的定义为：可开启部分在正常锁闭状态时，在风雨同时作用下，外门窗阻止雨水渗透的能力。

水密性能的检测参考GB/T 7106—2019《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》中8进行，包括检测方法、预备加压、检测、检测数据处理等内容。其中检测分为稳定加压法和波动加压法。

3.4 抗风压性能

根据GB/T 7106—2019《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》对抗风压性能的定义为：可开启部分在正常锁闭状态时，在风压作用下，外门窗变形不超过允许值且不发生损坏或功能障碍的能力。其中，外门窗变形包括受力杆件变形和面板变形；损坏包括裂缝、面板破损、连接破坏、窗扇被打开或掉落以及肉眼可见的不能够恢复的变形等现象；功能障碍包括五金件松动、启闭困难、胶条脱落等现象。

4 结束语

目前国家和地方关于防火窗的研究和相关标准较多，而对耐火窗的标准相对较少，本文针对耐火窗的组成结构进行了剖析，分析了耐火窗玻璃、型材、密封胶条和五金件对整窗耐火完整性的影响。