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防火玻璃系統技術及使用

 
1 前言
修建防火是修建安全規劃中一個十分重要的項目,修建防火分區的要求往往使修建師在修建美學與修建防火上進退維谷,但是玻璃作為現代修建的時髦,它所具有的通透性和富麗的作用,使得防火玻璃成為現代修建師們樂于追逐的方針,用防火玻璃作為防火分隔資料的優勢不只在于提升了修建美感和采光作用,并且要比傳統的墻體輕,可進步修建物的有用使用面積,便于施工。GB15763.1 《修建用安全玻璃防火玻璃》規范頒布實施以來, 單片防火玻璃逐步被人們知道和接受,與此一起, 系統防火的理念逐步得到樹立, 防火玻璃系統技術得到開展, 并已成功使用于國內大型公共修建幕墻、防火分區、室外幕墻及門窗等修建部位。
2 防火玻璃系統技術
從技術角度講,在發達國家,玻璃防火被看作為一個系統,要求防火玻璃與結構系統都具有防火功用。我國則存在知道上的誤區,往往只重視玻璃自身的防火,這也導致我國防火玻璃全體配套水平與發達國家存在必定差距。功用再優異的防火玻璃,如果沒有與之相匹配的防火結構和防火密封資料, 就不是完好的防火玻璃系統;反之亦然, 它們之間相得益彰。GB 15763.1一2001《修建用安全玻璃防火玻璃》第l號修正單就明確規則防火玻璃測驗時試樣應鑲在與實踐工程配套使用的結構系統內,便是強調了不同防火玻璃系統間的耐火功用差異性,這也直接催生了防火玻璃系統技術在我國的開展和逐步走向老練。
2.1防火玻璃的防火特性及使用現狀
按耐火功用,防火玻璃可分為隔熱型防火玻璃和非隔熱型防火玻璃。隔熱型防火玻璃是耐火功用一起滿意耐火完好性和耐火隔熱性(規范耐火實驗中如背火面均勻溫度超越初始溫度140 ℃或背火面最高溫度超越該點初始溫度180 ℃,則以為試件失掉隔熱性)的防火玻璃,即A 類防火玻璃`非隔熱型防火玻璃是耐火功用僅能滿意耐火完好性要求的防火玻璃,即C 類防火玻璃。
根據GB15763.1一2009( 修建用安全玻璃第l部分:防火玻璃》的規則, A類、C類防火玻璃的耐火極限分為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h五個等級。防火玻璃在進行耐火功用實驗時應選用明火加熱,使試件遭到與實踐火災類似的火焰作用。實驗爐爐內溫度隨時刻而改變,其改變規則應滿意函數聯系:
T-T0= 345 lg(8t+1)
式中:
T—升溫到t時刻的均勻爐溫,℃;
T0—爐內的初始溫度,應在5 ℃-40 ℃規模之內;
t—實驗所閱歷的時刻,min 。
需求指出的是, 當防火玻璃用于擋煙垂壁時, 首要受熱煙氣影響, 其耐火功用要求與規范耐火實驗有必定差異, 一般要求按GB/T9978一2008《修建構件耐火實驗辦法》規則的升溫條件升溫至620℃, 并在620 ℃±20℃溫度條件下堅持30min時,防火玻璃擋煙垂壁應堅持完好性不損壞。
按結構, 防火玻璃可分為復合防火玻璃和單片防火玻璃。現在國內單片防火玻璃首要有兩種技術路線:選用綜合增強處理的高強度單片防火玻璃和特種防火玻璃(以硼硅酸鹽防火玻璃為主) 。復合防火玻璃是在兩片玻璃之間凝集一種通明而具有阻燃功用的凝膠,這種凝膠遇到高溫時發作吸熱分化反響,變為不通明,有隔絕火焰的作用。復合防火玻璃的出產辦法分為夾層法和灌漿法兩種,其長處是隔熱,缺陷是不能直接用于外墻,難于深加工,長時刻紫外線照射下易起泡、發黃乃至失透。與復合防火玻璃比較,單片防火玻璃的長處是耐候性好、強度高、易于深加工及裝置快捷等,但不隔熱。單片防火玻璃和復合防火玻璃因功用上的差異在修建使用上屬互補聯系。
硼硅酸鹽玻璃具有杰出的化學安穩性,較高的軟化點(約850℃左右) ,較低的熱脹大系數,可用作耐熱和防火玻璃,使用這種玻璃作為防火玻璃一般厚度為6mm-8mm為宜,在國外一些發達國家中使用較為廣泛。但硼硅酸鹽防火玻璃因為熔制溫度很高、成形溫度高、熔制時硼蒸發、易發作硼硅分持平問題以及熔窯耐火資料侵蝕速度快等技術難點,技術門檻及成本十分高。
除硼硅酸鹽防火玻璃外,特種防火玻璃還包含鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃及軟化溫度高于800 ℃以上的鈉鈣料優質浮法玻璃等。其一起特色是:玻璃軟化點較高,一般均在80℃以上,熱脹大系數低,在強火焰下一般不會因高溫而迸裂或變形,尤其是微晶防火玻璃,除具有上述特色外,還具有機械強度高、抗折、抗壓強度高及杰出的化學安穩性和物理力學功用。但特種資料的防火玻璃(硼、鋁硅酸鹽防火玻璃,微晶防火玻璃)價格較高,商場較難接受, 現在我國單片防火玻璃技術根本選用平板玻璃物理或化學增強技術來進步玻璃的強度,使玻璃能夠接受急熱(或急冷)時發作的應力,然后具有防火的功用。
高強度單片防火玻璃的耐火機理是經過進步鈉鈣硅玻璃強度,來抗衡熱應力進而避免玻璃外表微裂紋擴展構成的決裂。火災時玻璃受熱脹大,玻璃全體發作曲折變形,玻璃受火面的微裂紋遭到熱應力作用, 逐步擴展構成玻璃決裂;單片防火玻璃強度極高, 比一般鋼化玻璃有更大的預應力,改進了玻璃的抗熱應力功用,當玻璃受熱脹大,其外表的高預應力就會抵消發作的熱應力, 使微裂紋不再擴展致玻璃決裂,然后確保在火焰沖擊下或高溫下的耐火功用。當玻璃全體遭到的熱量大于背火面流失的熱量時,玻璃全體溫度逐步升高,沿高度方向,從受火面開端逐步進人軟化區,直到玻璃背火面的粘度不足以支撐玻璃自身的分量時,玻璃全體(或部分)崩塌而失掉完好性。
雖然與傳統的防火玻璃(如灌漿、復合防火玻璃)比較、單片防火玻璃有其無與倫比的優越性, 但在發作火災時, 因為單片防火玻璃不隔熱, 其熱輻射對防火分區外的可燃、易燃物以及人的安全經過會發作影響,怎么使單片防火玻璃在具有通透的外觀、確保杰出耐火功用的一起具有隔熱性成為規劃師重視的焦點。研究標明,經過對單片防火玻璃間隔施加主動噴淋維護系統能夠解決單片防火玻璃隔熱問題。經過在防火玻璃間隔上部邊際方位設置主動水噴淋系統,當火災發作后玻璃背火面空氣溫度到達噴淋噴頭動作溫度時,背火面主動噴淋系統啟動,玻璃背火面構成繼續水幕,帶走了因熱傳遞而使玻璃吸收的熱量,使防火玻璃即便在很高的火災荷載下也能維持較低的溫度。有關的實驗標明,在主動噴淋維護下,單片防火玻璃系統的隔熱功用得到顯著改進,熱輻射被有用隔絕, 玻璃耐火時刻大大延伸, 而背火面溫度在40 ℃以下,可徹底代替防火卷簾。
當防火玻璃結構系統無隔熱性要求時,可選用C類防火玻璃。當防火玻璃結構系統有隔熱性要求時,可選用A類防火玻璃或C類防火玻璃加水噴淋維護。
2. 2防火玻璃結構系統
防火玻璃結構系統首要由防火玻璃、耐火結構和防火密封資料組成,在必定時刻內滿意耐火完好性或隔熱性要求的非承重系統,包含防火玻璃幕墻、防火玻璃門窗、防火玻璃非承重隔墻、防火玻璃擋煙垂壁等。不同的結構系統對防火玻璃的耐火功用有不同影響。純鋁資料強度低,不能接受荷載。在純鋁中加人必定量的Mg,Mn,Si等元素后,可制成強度高的鋁合金。鋁合金框結構屬非焚燒體,在火災荷載作用下,跟著溫度的升高其強度逐步下降,當溫度超越250℃時,其強度急劇下降到原來的二分之一,370 ℃左右抗拉強度簡直悉數丟失,且鋁合金的熔點低(600℃-700 ℃) ,在火災荷載的作用下,結構系統會很快熔融、垮塌,進而導致火災延伸。因而鋁型材不能用作抗火結構,只合適用于30 min以下耐火等級要求的防火間隔、門窗,30min以上的耐火等級一般選用具有抗高溫氧化功用的耐熱鋼型材,鋼型材作為一種“輕質高強”的修建資料,是抱負的抗火結構。防火玻璃鋼結構為非承重結構,與主體承重鋼結構有較大不同, 實踐證明它在外表無防火涂料維護的狀況下仍可耐火180min及1200℃高溫下略有變形但堅持完好。而作為承重鋼結構在火災時,因為高溫作用,強度丟失很快,需求在外表加上混凝土或防火涂料等維護。
抱負的結構規劃是完結防火玻璃系統耐火功用的要害,而在規劃中合理地挑選防火密封資料是防火系統的確保。據有關資料統計,在火災中因受煙霧中毒、窒息而死亡的人占有較高的份額, 因而在防火系統中,密封是十分重要的環節。防火玻璃在裝置時, 除了鋼結構結構, 還需求耐火墊塊、防火脹大密封條、防火密封膠、門窗密封件等系列輔助資料, 這類資料應選用不燃或難燃資料,其焚燒功用應契合現行國家規范GB50222一2001《修建內部裝修規劃防火規范》、GBJ16一87 《修建規劃防火規范》和GB50045一2005《高層民用修建規劃防火規范》的規則。耐火墊塊可選用硅酸鈣基或硅酸鋁基的不燃資料,裝置在防火玻璃的底邊鋼結構內,起到隔開玻璃和鋼構件、支撐玻璃的作用,并避免鋼構件導熱快、使玻璃邊部部分過熱而迸裂的狀況呈現。防火脹大密封條一般是根據可脹大石墨的脹大機理, 著火時約200℃左右可敏捷進行三維脹大,構成安穩的隔熱阻火層,起到防火防煙的作用;防火密封膠一般為單組分中性硅酮膠,首要用于接縫密封,并美化外觀。在規范耐火實驗中,如果背火面防火膠著火,會直接導致測驗失利。裝置方面,防火玻璃與結構不得直接觸摸,玻璃四周與結構凹槽底部應堅持必定的空地,每塊玻璃下部應至少放置兩塊彈性定位耐火墊塊,墊塊應能接受該分格玻璃的自重荷載。
2. 2.1防火玻璃幕墻及隔墻
玻璃幕墻的通透性增加了火災延伸的途徑,火災時火和煙會沿著幕墻外壁及內側向鄰近的樓層延伸,具有火勢延伸快、煙氣活動敏捷、分散補救困難等特色。防火玻璃幕墻的規劃及耐火要求,應遵循GB12513一2006《鑲玻璃構件耐火實驗辦法》、GB15763.1一2009《修建用安全玻璃第I 部分:防火玻璃》、GA97一1995 《防火玻璃非承重隔墻通用技術條件》等有關規則, 幕墻結構有必要與防火玻璃具有相同的耐火功用,一起具有杰出的防煙密封功用。防火玻璃幕墻結構上應選用明框方式,不該選用全隱框方式。其防火規劃應在不影響其通透性及觀賞性的基礎上進行,盡量選用防火玻璃及耐火鋼框(或鋼鋁組合結構) 。高精度鋼型材有高質量外觀及質感, 可獨立構成防火玻璃幕墻;鋼鋁組合防火玻璃幕墻則由防火玻璃(幕墻面板) 、冷彎鍍鋅鋼型材(抗火骨架) 、鋁合金型材(裝飾面材)及配件組成(見圖1 、圖2) , 兼有鋁合金玻璃幕墻裝置簡捷與鋼材的耐高溫功用、高強度長處,是防火幕墻最優組合。
防火玻璃隔墻與防火玻璃幕墻的結構類似,但無豎框防火玻璃隔墻的防火玻璃之間應選用金屬點構件,縫隙須選用耐火資料或防火膠等進行處理并滿意相應的耐火功用要求。
鋼鋁組合防火玻璃幕墻及隔墻具有優良的修建作用及較高的經濟性。鋁合金(6063-T5)強度規劃值85.5MPa,彈性模量E=0.7×10的五次方MPa ,鋼材(Q235B )強度規劃值215MPa ,是鋁合金的2.5倍;彈性模量E =2.l×10的五次方M Pa,是鋁合金的3.0倍,而有外表防腐處理的鋼材價格不到鋁合金的1/3。因而,較小截面尺度的鋼材能夠構成較大的幕墻分格,增加了玻璃幕墻的通透性;鋼型材加鋁合金裝飾蓋,在外觀上與鋁合金型材一樣美觀大方,具有較好的修建作用;施工上能夠沿襲鋁合
金玻璃幕墻的施工辦法, 避免了鋼型材施工需求現場電焊、噴漆的費事;產品系列化、系統化;此外,多種明框蓋板型材、多種五金及密封配件可通用交換,裝置簡潔。
2.2.2鋼質防火門窗
近年來央視大樓、沈陽皇朝萬鑫等高層修建火災帶給人們的反思,除了修建物外圍護結構所選定的保溫資料有必要具有牢靠的防火功用外,莫過于火災向高空敏捷延伸時, 消防救援設備受高度所限導致的無法救援, 這就需求在倡議修建節能減排的一起, 強化修建物的自救辦法。這兒的自救辦法首要有兩種:主動自救辦法和被迫自救辦法。主動性辦法指直接約束火災發作和開展的技術, 如火災勘探報警技術、噴水救活等;被迫性辦法指進步或增強修建構件或資料接受火災損壞才干的技術,如進步修建構件耐火功用的技術等。這些完善的自救辦法,比消防隊員更能敷衍突發火災。門窗作為修建物外圍護的開口部位,是修建消防設備必不可少的一環,其防火功用已成為避免高層修建火焰層間延伸的要害因素,防火門窗質量的好壞直接影響修建物抗御火災的才干。鋼質防火門窗是一種薄壁、截面面積大、形狀雜亂的空腹結構, 這種鋼結構特別合適選用接連冷彎出產。國內傳統的鋼質防火門窗因為受技術和設備的約束,一般均選用多個部件別離進行冷軋后再焊接而成,這種出產方式的鋼結構一個顯著的弊端是結構的出產需求經過多個人工過程,產品因為焊接熱變形后精度不高,并且難以加工出產雜亂斷面的門窗型材。鋼質防火門窗型材冷彎成型技術是一種節約資料、節約能源、高效率的金屬成型工藝,它是選用優質的熱軋或冷軋鋼材作為原資料,常溫下經拉拔、沖壓、折彎或輥式曲折成型機組加工而成。其制品出產工藝包含:冷彎資料準備、開卷工藝、矯平工藝、成型工藝、焊接工藝、堵截收集工藝等。根據老練的冷彎成型基礎理論支撐,利用CAD/CAM對鋼質防火門窗進行產品工藝規劃以及冷彎設備的輥型規劃,出產出的鋼質防火型材具有產品外觀精度高、斷面尺度精度高、機械功用杰出、分量輕等特色。一起。經過其空腹結構規劃,能下降門窗結構吸熱速度,進一步進步其防火時刻,使得鋼質防火門窗防火功用與防火玻璃防火功用愈加配套,充沛發揮防火門窗全體防火功用。傳統以為鋼門窗的結構截面小、強度低,實踐上則恰恰相反,以門窗的主受力構件中立挺為例,在中立挺的抗風壓強度核算中,常常選用以下資料力學公式:
[σ] ≤M/W
[σ]—資料的許用應力;
M—作用于主受力構件上的彎矩;
W—資料截面的抵抗距。
W=I/Y
式中:I—型材截面的主慣性矩;
Y—型材截面型心距主慣性矩軸方向外概括面兩個間隔的最大值。
鋼材的許用應力是[σ] =210 MPa;鋁合金的許用應力是[σ] =70 MPa,正好是3倍之差。因為[σ]與I呈線性聯系,當作用于主受力構件上的彎矩必定,使用鋼質型材時,截面的主慣性矩僅需鋁合金型材的1/3即可,而鋁型材的厚度需求到達鋼質型材的3倍才干接受相同的荷載。
現在,國家在大舉推廣修建外墻保溫的節能行動,但是在當前大部分修建保溫資料焚燒功用未到達A級的狀況下,選用防火玻璃門窗與現在尚在很多使用的(例如B1、B2級)外墻保溫資料結合使用的計劃,是阻撓火災延伸、削減火災損壞、為生命和產業供給保證的一個經濟、有用的解決辦法。當高層修建外墻發作火災時,防火玻璃門窗能夠有用阻撓火勢和煙霧向修建內部延伸及滲透,避免了一般門窗玻璃受火決裂后成為焚燒通道,引發內部火災并演變成復合型火災,保證修建內部的生命和產業安全。
前期央視熱播的《超級工程》,上海中心大廈給人留下了深刻的印象,該修建的規劃計劃由美國Gensler修建規劃事務所完結,主體修建結構高度為580 m,總高度632 m,總投入超越148億元,將于2015年全面建成并啟用,成為世界第一綠色摩天樓房。上海中心大廈內幕墻系統是現在在建高層修建工程中最為雜亂的修建幕墻系統之一,初次使用了從未呈現在350 m以上超高層修建中的雙層玻璃幕墻,幕墻類型首要為單元式、結構式防火玻璃幕墻系統,而內幕墻所遇到的防火技術難題也是前所未有的,上海中心大廈的內幕墻工程是真實意義上的防火玻璃幕墻,該項目將使用近10萬m2的單片防火玻璃,并配以精細鋼鋁型材支架系統。
上海中心大廈的表里幕墻之間,構成超大空間的中庭結構(圖3),中庭自上至下分為7段,作為防火分隔設備的防火幕墻坐落內幕墻,其作用是經過防火幕墻這道防火分隔使不同的樓層構成獨立關閉的防火分區,進而避免火焰的層間延伸。內幕墻防火規劃的根據是國家規范對中庭有相關規則,即中庭與修建內部的防火分隔設備為幕墻系統時,作為防火分隔設備修建維護構件其耐火極限不該低于1.0 h并設置主動噴水救活系統進行維護。
上海中心大廈庭體量大,最高到達61.9 m,在功用化評價階段,根據中庭大體量對煙氣的容納、緩沖作用,其在真實火災條件下的受火面積及影響與規范實驗有必定差異(圖4):內幕墻溫度較高的區域(B8幕墻系統),火災時不只受煙氣影響,并且直接暴露在火源輻射規模內;其它區域(B1幕墻系統)鑒于離火源較遠,FDS模仿中顯現除頂部遭到煙氣影響外,B1幕墻系統在8 MW火災荷載下溫度均在240 ℃以下,溫度較低。考慮到這些差異,在斷定B1幕墻測驗計劃時,開始是考慮選用等效曝火時刻或選取挨近實踐火災的條件進行實驗:
①選用規范實驗爐進行測驗。等效曝火時刻為中10min(根據規范實驗曲線函數及8 MW火災升溫函數,求積分核算得出),若等效曝火時刻內構件能維持完好性,即以為在模仿的8 MW火災下,遠離火源的構件能堅持完好性;
②模仿實踐火場設置實驗參數。參閱相關實驗數據,單位面積油盤火的火災規模到達1.37MW,本項目8MW火災可按6m油盤火考慮,構件離火源最近間隔按10 m規劃,實驗時刻為1 h,觀測構件能否在1 h內堅持完好性。
規劃團隊終究斷定,B1幕墻系統選用規范耐火實驗條件,升溫到240 ℃恒溫1 h;B8幕墻仍選用規范耐火實驗,耐火時刻1 h。
經充沛證明及很多實驗驗證,對于1 h防火要求的上海中心內幕墻,B1幕墻系統終究選用鋁合金幕墻外加室內噴淋維護,玻璃選用夾層中空防火玻璃,即外片選用6 mm超白半鋼化玻璃+0.89 SGP夾膠層+6mm超白半鋼化玻璃(出于防玻璃自爆考慮),內片選用8 mm超白防火玻璃; B8幕墻系統終究選用精細鋼鋁型材結構(圖5、圖6),玻璃選用雙面中空防火玻璃,即中空玻璃的表里片均選用8mm超白防火玻璃,整個防火幕墻系統能夠供給完好、對稱防火功用,不再設置噴淋維護系統。
3 結語
防火玻璃及系統技術是修建防火的重要環節,而抱負的結構規劃是完結防火玻璃系統耐火功用的要害,以防火玻璃及鋼型材(或鋼鋁結合型材)為主體的防火玻璃系統可滿意修建門窗、幕墻和隔墻等的不同防火要求,跟著全社會對修建防火問題的益發重視,防火玻璃及結構系統已開端在上海中心大廈這一標志性修建得到突破性使用,這也預示著我國防火玻璃及系統技術的杰出開展空間和前景。
 
                        文章源自:防火玻璃       www.8fy0.com
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