浅析建筑工程中玻璃幕墙的防火设计

戴克义 蚌埠市工程建设监理公司

1 前言

玻璃幕墙作为一种较为新型的墙体装饰结构，它在能够有效保证建筑物功能、建筑结构的同时，还可以提升建筑物整体的美观性。建筑物玻璃幕墙可以随着阳光、月光、灯光的变化，呈现出不同的颜色。此外，由于玻璃幕墙具有重量轻、施工便捷等特点，可以有效减轻建筑重量，还能缩短施工工期，因此，玻璃幕墙在城市建筑中得到了广泛的应用[1]。但是由于建筑设计人员和施工人员对于玻璃幕墙的防火规范的理解存在差异，导致建筑工程中的玻璃幕墙防火性能较差，所以，需要针对玻璃幕墙的防火设计进行探讨。

2 玻璃幕墙概述

现阶段，我国已经成长为世界上最大的玻璃幕墙生产及使用国，虽然我国玻璃幕墙的起步远远晚于其他国家，但是其在我国得到了迅猛发展。玻璃幕墙本身具有施工便捷、自身重量轻的特点，能够有效实现建筑外墙轻型化以及外墙装配化生产的目标，而其对于建筑良好的装饰效果则是玻璃幕墙能够飞速发展的根本原因。

玻璃幕墙是通过以大面积的玻璃构筑建筑物的外墙，进而体现出建筑物良好的建筑美学效果，玻璃幕墙能够充分发挥玻璃自身的特性，使建筑物能够更好地和周围环境相融合。然而，虽然玻璃幕墙具有美观、轻便、通透度高的优点，但是其缺点也不能忽略。

首先，玻璃幕墙会造成一定程度的光污染，玻璃幕墙反射的光会使行人和司机产生眩光现象，容易引发交通事故；其次，玻璃幕墙的阳光透过率较低，会对附近的环境和其他建筑反射较多的热量，产生热污染；再次，早期受到技术限制，采用玻璃幕墙的建筑物对于能源的消耗十分巨大，不利于节能减排；最后，玻璃幕墙本身不具备良好的防火性能，一旦使用玻璃幕墙的建筑物发生火灾，火势会得到迅速的蔓延，增大消防扑救的难度，很难保证建筑物内人们的生命财产安全。因此，有必要对玻璃幕墙的防火设计进行深入探讨。

图1 玻璃幕墙效果图

3 玻璃幕墙的火灾特点

3.1 玻璃幕墙遇火易爆

当建筑物发生火灾时，火情会在建筑物内部的多个方向蔓延，而玻璃幕墙在高温下受热不均，在玻璃内部就会产生拉应力，而玻璃上的一些细小瑕疵会因受到热应力的影响使得玻璃破损，一旦玻璃幕墙出现破损，火情和浓烟就会顺着玻璃幕墙蔓延到其他楼层。如果在竖向和水平方向设计和施工时不进行防火隔离，就会导致火灾情势加重。

3.2 在火灾中易发生玻璃破碎脱落

玻璃幕墙是由玻璃和铝合金骨架或型钢骨架组成的，而型钢在受热到600℃时会失去承载能力、铝合金在受热到250℃～330℃时会失去承载能力。此外，在烈火的高温下玻璃会发生融化或者软化，这些因素都会造成玻璃的破碎坠落，给人员疏散和消防扑救造成障碍。

3.3 排烟困难

建筑中使用玻璃幕墙，为了考虑结构的安全性和密封性，采用尽量减少开启窗或小尺寸开窗的措施，且开启窗多为上悬窗，开启角度要小于30°。基于上述原因，使用玻璃幕墙结构的建筑在火灾发生时，一是排烟面积小；二是开窗位置在每层的上部，基本上不能起到排烟作用；三是窗户设置的高度较高，以至于人在站立时并不能及时开启，这就降低了玻璃幕墙自然排烟的性能，火灾发生后，建筑物内会留存大量的浓烟，为人员的疏散带来困难[2]。

4 玻璃幕墙防火设计的规定

4.1 明确设计责任

建筑工程玻璃幕墙在进行设计时，设计人员要注重对于玻璃幕墙的防火能力、防雷能力以及结构安全等各方面因素的考虑，同时明确对于各个设计环节应负的责任。此外，设计单位还要具备专业的设计资质，在进行玻璃幕墙的设计时能够严格遵守相关的设计规范和标准。

4.2 玻璃幕墙的设置

在进行玻璃幕墙的防火设计时，要依据GB 50016—2014（2018 年版）《建筑设计防火规范》和GB 50045—95《高层民用建筑设计防火规范》的相关要求，对建筑物玻璃幕墙的层数、长度、面积和防火分区进行设计[3]。

4.3 保证玻璃幕墙的密封性

玻璃幕墙作为建筑物的外围防护构建，要求其拥有良好的密封性。玻璃幕墙可开启的部分要求不宜大于玻璃幕墙墙面面积的15%，开启部分应采用上悬结构，开启角度尽量小于45°[4]。由此可见，使用玻璃幕墙的建筑物大多数都具有较强的封闭性。因此，在进行防火设计时，要将预防火灾作为设计工作的重心，同时在建筑物的消防系统当中设计针对玻璃幕墙的防火措施。

4.4 玻璃幕墙分格设计

玻璃幕墙立梃要与结构柱重合，防止出现两个防火分区共用一块玻璃的现象发生，进而保证玻璃幕墙能够和建筑物主体连接安全可靠，这样才能保证防火分区起到封闭的作用。

此外，玻璃幕墙应选择不易燃烧的防火材料和保温材料，其品质、材质、耐火登记、铺设厚度、燃烧性能也必须要达到规范要求。

5 玻璃幕墙防火设计的要点

5.1 合理优化防火分区

一般情况下，依据防火分区防止火情蔓延的实际功能，将其分为水平防火分区和竖向防火分区两类。

5.1.1 水平防火分区

水平防火分区是指通过在同一楼层之间设置防火墙、防火门等防火设施，将同一楼层的水平方向上分割出多个防火区域，进而能够将火灾控制在一个或几个防火区域内，防止火情继续蔓延。同时，还可以在防火分区内设置消防喷水系统，进一步限制火灾的扩大。

5.1.2 竖向防火分区

竖向防火分区的功能是限制火势向其他楼层蔓延，因此在设置竖向防火分区时要对楼板材料进行严格把控，保证楼板材料具有较好的防火性。

对于建筑物的防火性能来说，越小的防火分区越能保证建筑物的防火安全。在进行防火分区的设置时，要充分结合建筑物本身的日常应用属性、建筑物的重要程度、建筑物的自身属性等多个方面的因素，合理进行防火分区的设置，能够有效地限制火势的蔓延，降低火灾的危害。因此，防火分区的边缘一定要保证玻璃幕墙和建筑物的竖向立柱相对应，避免出现因一块玻璃跨越两个防火分区而导致防火分区防火性能降低的现象[5]。

5.2 优化水平和垂直方向的防火封修

5.2.1 水平方向的防火封修

对于水平方向的防火封修来说，在其节点处应设置横框，同时还要保证防火封修与转接系统具有一定的距离。此外，依据相关的设计规定，在水平方向上的防火岩棉要应用大于1.5mm厚的钢板来承托；防火岩棉也要依据规定选择容重大的材料，其厚度也要大于100mm；同时防火封修还需用防火胶密封，对于水平方向的封修来说还要设置防烟胶，用以防止烟雾的传播蔓延[5]。

5.2.2 垂直方向的防火封修

与水平方向上的防火封修相比，竖向防火封修在玻璃幕墙防火设计中更为重要。依据建筑物的结构形式可分为以下几种情况。

一是玻璃幕墙内侧有实体窗槛墙。这种情况下，在进行玻璃幕墙防火设计时，首先要充分理解防火分区的意义，明确梁和窗槛墙的作用是分隔竖向防火分区，因此要沿着楼面、梁以及窗槛墙的外沿来确定防火分区；其次防火层要设置在梁底下边缘，以此保证建筑物中的预埋件、钢角码等设置不会受到火灾发生而失去其作用甚至损坏的问题；最后还需要在窗槛墙与玻璃幕墙交接处进行防烟封修，这样可以有效解决在火灾发生时因玻璃破裂而导致大量浓烟随着玻璃进入到其他楼层。

二是楼层位置无窗槛墙。在进行防火设计时，对与竖向防火分区的玻璃板块要选用防火性能较好的玻璃，若是幕墙玻璃不是非镀膜玻璃，则需要用夹丝双钢化防火玻璃代替钢板与矿棉进行封修[6]。

5.3 在玻璃幕墙设计中添加防火措施

5.3.1 对于防火挑檐的设计

为了防止在火灾发生时，玻璃幕墙的玻璃因受到高温而产生脱落破碎，进而导致对于人员疏散和消防扑救带来障碍；因此，在设计时，要在安全出口上方设计布置一个不小于1m的防火挑檐，以保证人员的生命安全[7]。

5.3.2 机械排烟系统的审核

受玻璃幕墙自身特点的影响，建筑物所能开启的窗户数量很难达到实际排放烟雾的要求，因此要在建筑设计时增加机械排烟系统，以达到建筑的防火排烟要求，防止在火灾发生时有毒烟气对人员造成危害[8]。

5.3.3 其他防火措施

在进行玻璃幕墙的防火设计时，为了提升建筑物整体的防火性能，也需要尽力提升玻璃幕墙本身的防火性能。具体处理方式可以从以下几个方面入手：一是可以在玻璃幕墙内侧涂设防火材料，也可以之间采用夹丝镀膜防火玻璃幕墙；二是可以对玻璃幕墙假设自动喷水灭火装置，以达到在火灾发生时能够给玻璃幕墙进行喷水降温，从而有效避免玻璃幕墙发生破裂，防止火势在楼层之间相互蔓延[9]。

综上所述，在玻璃幕墙的设计中添加防火措施能够有效防止火情的进一步扩大，方便进行人员疏散和消防扑救，减少人员的伤亡和损失。

6 防护挑檐设计的注意事项

当建筑物内部发生火灾时，由于火焰、辐射和烟气都会带有高温，这些高温最终会导致玻璃幕墙的玻璃破裂、承载构建软化失去承载力、结构胶失去粘接强度等问题，这些问题最终可能会导致玻璃幕墙板块坠落，为人员疏散和消防扑救造成阻碍[10]。

基于此，在玻璃幕墙防火设计中会针对安全出口上方设计布置防护挑檐。在进行防护挑檐的设计时，应对下面几种情况多加注意。

6.1 注意防护挑檐宽度

在进行防护挑檐设计时，既要考虑其安全性能，也要保证建筑物的美观，不能为了保证建筑物的美观而降低挑檐的宽度。防护挑檐在设计时，需要特别注意挑檐宽度要从建筑玻璃幕墙的最外面开始算起而不是从出口算起。同时，还要结合建筑物的实际情况，适当地对挑檐宽度进行调整[11]。

6.2 注意挑檐结构安全

由于挑檐设置处通常情况下都是人员疏散的密集处，因此在进行挑檐的结构计算时必须要充分考虑到其安全系数，常规的结构形式不能满足实际的需求。在进行防护挑檐荷载设计时，既要考虑正负风压、结构自重、雨雪和积尘荷载，同时也不能忽视火灾发生时坠落物体对挑檐的冲击荷载。

此外，对于挑檐的板材选用时，要保证防护挑檐在受到上部坠落物的冲击荷载时，挑檐板块只会出现破裂但不会掉落，因此要选择强度较高的板材，例如双钢化夹胶玻璃[12]。

6.3 选取合适的挑檐结构形式

在分格大小、厚度以及荷载相同的情况下，防护挑檐的玻璃板块最大应力会随着支撑模式的不同而发生改变。例如：防护挑檐采用框架支撑结构和采用四点支撑结构相比，在其他条件相同的情况下，框架支撑的结构玻璃板块应力要小于四点支撑的玻璃板块应力，但是就建筑效果来看，框架支撑结构不如四点支撑结构。因此，设计人员在选取防护挑檐的结构形式时，要综合考虑安全性能、经济性能和美观三方面因素，力求能够三者兼顾。

7 结束语

随着近些年来科学技术的不断发展，建筑材料也得到了不断地更新。现如今，玻璃幕墙已经在城市中的高层建筑中得到了广泛应用，这是因为玻璃幕墙自身的重量更轻，同时也能够明显缩短建筑工程的工期。但是，受玻璃幕墙本身特点的影响，其在防火能力上有着一定的不足，因此需要设计人员在设计上进行弥补，加强玻璃幕墙的防火能力，降低火灾的隐患。

在玻璃幕墙的设计之初，应该有选择性的进行设计，要妥善划分设计人员的责任，在熟知建筑材料性质的基础，不断完善玻璃幕墙的分格设计、密封设计、防火设计，保证建筑工程设计的合理性和提升建筑物的防火安全。此外，在建设施工过程中还要严格按照设计及施工规范进行施工，保证建筑工程的质量安全。