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1 建筑幕墙防火概论建筑幕墙防火概论 高大永高大永 李蕴李蕴 摘要：摘要：随着我国经济的高速发展，建设量也蓬勃发展，建筑幕墙也随之被广泛应用。当 建筑物发生火灾时，建筑幕墙当受到火烧或受热时，易破碎，甚至造成大面积的破碎事 故，造成火势迅速蔓延，酿成大火灾，危害人身和财产的安全。而建筑幕墙由于其结构 及用材的特殊性，往往成为建筑防火中最薄弱的环节。目前国家规范对幕墙的防火性能 并没有详细的规定，幕墙行业内对幕墙具体的防火性能也没有达成共识。本文试图通过 对火灾行为和建筑幕墙构造及材料的的基本认识来探讨建筑幕墙防火的问题与对策，以 期作为幕墙行业同仁及相关单位设计参考。 关键词：关键词：建筑幕墙、室内火灾、建筑幕墙防火、防火材料、卷火、窜火、窜烟 2 目录目录 第一章、 火灾行为研究 . 3 一、 室内火灾的热流现象 3 二、 室内火灾发展阶段 3 三、 室内火灾的外部燃烧现象 5 第二章、 建筑幕墙构件在火灾中的破坏情况 . 7 一、 建筑幕墙基本构造 7 二、 幕墙构件破坏的标志 8 三、 建筑幕墙构件在火灾中破坏形式 9 第三章、 建筑幕墙及其材料的防火性能分析 10 一、 建筑幕墙的防火性能. 10 二、 普通幕墙材料的防火性能. 11 1、 建筑玻璃 11 2、 建筑钢材 12 3、 建筑用铝合金型材 12 4、 密封材料 13 三、 防火材料防火性能. 15 1、 防火玻璃 16 2、 防火涂料 18 3、 防火密封胶 19 第四章、 建筑幕墙防火设计 20 一、 建筑幕墙防火性能设计. 20 二、 建筑幕墙防火构造设计. 21 1、 幕墙防卷火 21 2、 幕墙防窜火、窜烟 24 3、 金属板和石材幕墙防火设计 25 第五章、 结束语 26 3 第一章、火灾行为研究第一章、火灾行为研究 研究建筑幕墙防火设计，必须了解火灾时室内外空气的温度的分布、随时间的变化、 对外墙的影响等。 一、一、 室内火灾的热流现象室内火灾的热流现象 正常情况下，室内空气基本维持在一个平衡状态，当室内有可 燃物燃烧时，发生的化学反应使起火点的温度升高，起火点四周空 气的温度低于起火点的温度，由于温度的差异会导致空气密度的差 异，而冷空气的密度大于热空气的密度，四周的冷空气下沉，相应 的对起火点的热空气形成浮力，使该处热空气上升。火灾发展阶段 墙面温度示意图如右所示： 起火点的持续燃烧使室内空气在此产成一个热流柱，热流柱在上升的过程中受到天花板 的阻力而沿着天花板水平向四周扩散，形成一个薄的热流环，在起火点热源的推动下，热空 气逐渐沿天花板向前推进至外墙和楼板的交接部位，被空间四周墙壁（包括外挂的建筑幕墙） 阻挡，在室内上部空间开始聚集，增强，并随之沿着墙壁向底层空间蔓延。这就是火灾初期 室内空气的热流情况。 火灾热流发展的模型如下图： 无开启窗的情况 有开启窗的情况 二、二、 室内火灾发展阶段室内火灾发展阶段 4 对于室内发生的火灾，其火势的发展进程大致可分为四个阶段：初期增长阶段（起火期 及成长阶段） 、轰然、全盛阶段、衰退阶段。 初期增长阶段：这个阶段一般火势比较小，形成的热量有限，且破坏较小。根据前文对 火灾热流的分析可知，除非起火点距离外墙比较近，否则此时的火灾对外墙的影响不大。然 而，外墙玻璃的破碎通常都发生在这一阶段，玻璃的破碎往往就预示着下一阶段的发生 轰燃。 轰燃：室内所有可燃物几乎在同一时间内同时开始剧烈燃烧即称为轰燃，或者叫闪燃。 由于轰燃持续的时间非常短，从严格意义上说，不能称其为一个独立的阶段，但是它的出现 标志着火灾发生了质的转变火灾由初期阶段进入全盛阶段，因此，我们把它单独提出。 轰然发生有两个基本条件：一、室内可燃物足够多，二、室内可燃气体浓度足够高。 全盛阶段：这一阶段室内处在猛烈燃烧阶段，室内温度达到最高，向外的热对流和热辐 射最强。火焰有可能从通风口窜出室外，延烧到其他防火区域。根据燃烧的形式又可分为燃 料控制燃烧和通风控制燃烧。如果在通风控制燃烧时发生外墙玻璃碎裂形成新的通风口，就 可能使燃烧形式转变为燃料控制燃烧，从而会加剧火灾的破坏。 衰退阶段： 随着可燃物的减少， 火灾火势开始减小， 室内温度逐渐降低， 但保持在 200-300 左右，这一阶段持续的时间比较长。通常研究这一阶段对建筑幕墙来说已经没有意义。 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 起火期成长阶段轰燃全盛阶段衰退阶段 5 火灾发展各阶段基本特性 火灾现象与燃烧范围 经历时间 室内空气温度 初期增长 阶段 由起火点向四面八方延烧， 火焰 随热气上升至天花板， 并向四周 蔓延。 5-20 min 100-650 轰燃 室内所有可燃物在几乎同一时 间同时开始燃烧 瞬间 火灾房间地面热辐射强度达 到 2w/cm 2 全盛阶段 室内所有可燃物全燃烧 不一定 通风控制燃烧：600-900 燃料控制燃烧：600-1200 衰退阶段 可燃物燃烧速度开始减少至火 势熄灭 不一定 约 200-300 三、三、 室内火灾的外部燃烧现象室内火灾的外部燃烧现象 在建筑火灾发展阶段或者全盛阶段，如果火灾空间的通风口面积不足，室内的空气量不 足，未燃烧的燃料会随着烟气运动，流出窗户，然后与室外的新鲜空气混合并继续燃烧，这 就是建筑火灾的外部燃烧现象。 上图是火势由室内向室外发展后，外墙面温度分布的比较情况。左图为发生外部燃烧， 6 燃料消耗率为 0.045kg/s；右图为室内燃烧，燃料消耗率为 0.0345kg/s。由此可知，发生外 部燃烧现象时，室内外的温度都达到最大值，因此外部燃烧的危害相当大、它会引发二次火 灾，使得火灾向邻近的房间和楼层蔓延，火灾规模和损失会随之加大。 通过上面对建筑火灾行为的分析，结合国内对火灾行为的相关研究，可得到以下几个结 论： 1、如果火灾起火点不靠近外墙，则依据火灾热流的分析可以推断：火灾初期增长阶段对外墙 的影响并不大，基本不会发生幕墙的破坏现象。 2、室内火灾热流对自然层上部外墙和梁板交接部位的影响比较大，所以外墙内侧上部与主体 结构梁板连接的界面为火灾中最早受到影响并且为升温最块的地方， 是建筑幕墙防火特别 重要的地方。 3、室内外温度的差异会造成玻璃的破碎，通常在轰燃的前后发生，而轰燃本身所产生的瞬间 高压也有可能将玻璃冲破。 4、建筑外墙上的开口，包括开窗和火灾中碎裂的玻璃板块，是火灾垂直或者水平蔓延的重要 渠道，会使火灾的损害扩大。 7 第二章、第二章、建筑幕墙构件在火灾中的破坏情况建筑幕墙构件在火灾中的破坏情况 一、一、 建筑幕墙基本构造建筑幕墙基本构造 建筑幕墙：由面板与支撑结构体系（支撑装置与支撑结构）组成的、可相对主体结构有 一定位移能力或自身一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙（ 建筑幕墙 gb/t 21086-2007） 。按面板材料的不同，可分为玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙、人造板 材幕墙、瓷板幕墙、陶板幕墙、微晶玻璃幕墙等。本文只对常用的框架式玻璃幕墙、石材幕 墙及金属板幕墙进行研究。其他新型板材应根据厂家的相关参数，可参考本文进行分析。 玻璃幕墙详图 石材幕墙详图 点支玻璃幕墙详图 金属板幕墙详图 8 为了便于分析幕墙的防火设计，先对幕墙的基本构造进行简化和分区。根据幕墙各部位 在建筑结构防火中的重要性，及其在火灾中发生破坏可能造成的损失大小，将幕墙简化成六 个部位。如下图所示： a、主体结构梁（板）,为建筑主体完成，构件的非常重要，常用材料为高强度钢筋混凝 土或者高强度钢材。 b、防火封堵，是主体结构梁或者板的延伸部分，其防火重要性仅次于主体结构梁、板， 其防火性能要求可按建筑楼板的防火要求降低一个级别。通常采用岩棉、矿棉、玻璃棉、硅 酸铝棉等不燃烧材料。当其外墙面采用耐火极限不低于 1.00h的墙体时，填充材料也可采用 阻燃泡沫塑料等难燃材料。 c、幕墙龙骨，作为建筑幕墙的主要构件，通常采用铝合金型材，大跨度或者有防火功能 要求的幕墙也采用钢型材作为龙骨，点支撑玻璃幕墙多采用拉索、拉杆或者玻璃肋作为幕墙 的主要受力构件。 d、e幕墙内侧受火面，作为建筑外维护构件，幕墙的保温、采光、防风、挡雨性能是必 须满足的，因此建筑幕墙的面板多采用中空玻璃，单层玻璃或者夹胶玻璃等。 f、防火封堵：通常只考虑防烟功能。 二、二、 幕墙构件破坏的标志幕墙构件破坏的标志 失去支持能力非承重构件失去支持能力的表现为自身解体或垮塌；梁、楼板等受弯 承重构件，挠曲率发生突变，为失去支持能力的情况，当简支钢筋混凝土梁、楼板和预应力 9 钢筋混凝土楼板跨度总挠度值分别达到试件计算长度的 2%、3.5%和 5%时，则表明试件失去支 持能力。 完整性破坏楼板、隔墙等具有分隔作用的构件，在试验中，当出现穿透裂缝或穿火 的孔隙时，表明试件的完整性被破坏。 失去隔火作用具有防火分隔作用的构件，试验中背火面测点测得的平均温度升到 140（不包括背火面的起始温度） ；或背火面测温点任一测点的温度到达 220时，则表明 试件失去隔火作用。 三、三、 建筑幕墙构件在火灾中破坏形式建筑幕墙构件在火灾中破坏形式 根据第一章的分析，在密闭的起火空间里幕墙内侧和梁板相接的部位（梁底防火封堵） 是受火灾影响最严重的地方。在有开口的起火空间里，开口部位上方附近的温度可达 850， 远超过普通幕墙构件所用材料安全使用的范围。火灾中建筑幕墙构件的破坏形式如下： 1、防火封堵脱落 2、建筑幕墙龙骨严重变形 3、幕墙板块碎裂 4、建筑幕墙密封材料受热破坏 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 起火期成长阶段轰燃全盛阶段衰退阶段 密封衬垫材料 玻璃板材 铝料 钢材、紧固件 10 第三章、第三章、建筑幕墙及其材料的防火性能分析建筑幕墙及其材料的防火性能分析 一、一、 建筑幕墙的防火性能建筑幕墙的防火性能 建筑幕墙的防火性能可用耐火极限来定义，根据高层民用建筑设计防火规范所述， 耐火极限为“建筑构件耐火极限系指对一建筑构件按时间一温度标准曲线进行耐火试验，从 受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时止的这段时间，以小 时计。 ” 标准升温曲线 随时间变化的升温表 11 根据我国相关防火规范， 耐火等级为一级和二级的建筑之非承重外墙耐火极限为 1 小时， 耐火等级为三级的建筑之非承重外墙耐火极限为 0.5 小时，耐火等级为四级的建筑之非承重 外墙可采用燃烧体，并且与楼层及高度无关。并且规范解释说“建筑物非承重外墙的耐火极 限对于建筑物之间火灾的相互蔓延起到一定作用，但不是主要的，考虑到一般建筑火灾时的 外部扑救和重要建筑内的消防设施与外部扑救要求，规定了该部分构件的耐火极限” 。但是此 规定并不适于建筑幕墙，特别是玻璃幕墙。 二、二、 普通幕墙材料的防火性能普通幕墙材料的防火性能 1、建筑玻璃建筑玻璃 常温下玻璃的热传导率是 0.0018-0.0028cal/cm-sec-，为热的不良导体。玻璃在常温 时，为脆性材料，单加热后渐渐软化，最后变成液体。玻璃幕墙固定的熔点，温度增高，玻 璃会变软，玻璃软到可以流动的温度称谓玻璃的软化点，成分的不同，玻璃的软化点温度也 不相同，一般在 500-700。但是玻璃在到达软化点以前已经失去玻璃常温时的强度，玻 璃的安全使用温度约比软化点低 200。 温度急剧变化会引起玻璃的破碎，这一情况发生在玻璃面板上的最大温差处，是由此处 产生的热膨胀差造成玻璃内部张应力大于玻璃强度值所致。而玻璃所能承受这种温度剧变的 能力称为耐热性。 由上图可知：玻璃膨胀系数越小、抗张强度越大、热传导率越大的玻璃，其耐热性也越 好。 在幕墙设计的选材上，对于温度变化不是很剧烈的场所，采用普通钢化玻璃即可，普通 热钢化玻璃可以抵挡 150-200的温差，而钢化玻璃表面的压应力可以中和一部分由于温 玻璃受火之时间-应力曲线(min) 12 度差造成的张应力，这对玻璃来说是有利的。对于容易产生温度剧变的场所，宜选择高纯硅 玻璃。 因为 96高纯硅玻璃的热膨胀系数是 5.510 -7， 而普通玻璃的热膨胀系数是 9010-7。 2、建筑钢材建筑钢材 钢型材在大跨度或者有防火要求的玻璃幕墙，以及没有采光要求的建筑幕墙（如石材幕 墙、金属板幕墙）应用较多。钢材虽然是不燃材料，但是钢材不耐高温。研究资料（见下图） 显示：当温度达到 400时，钢材的屈服强度为室温时的一半；在 600时钢材已基本丧失全 部的强度和刚度。因此，在火灾中没有防火措施的钢结构是无法满足结构要求的。 低碳钢恒载升温应力-应变曲线 低碳钢各温度下的应力-应变曲线 3、建筑用铝合金型材建筑用铝合金型材 铝合金建筑型材是铝合金玻璃幕墙的主材，目前使用的主要是 30 号锻铝（6061）和 31 号锻铝 （6063、 6063a） ， 由高温挤压成型、 快速冷却并人工时效 （t5） 或经固溶热处理 （t6） 状态的型材，通常采用阳极氧化（着色） 、或电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳化喷涂等表面处理方 式。 13 常用铝合金化学成份 和钢材一样，铝料也是不燃材料，但温度升高至超过一定范围后，铝料的强度也会显著 下降，铝料一般在 250300左右即失去承载能力（见下图） ，并发生不可接受的变形而 无法使用。 由于铝是热的良导体， 且铝的导热率随温度的升高而上升； 然而高纯铝的熔点约是660.24 ，工业铝的熔点约是 650.0，所以在火灾中火场温度通常远高于铝的熔点。但是从目前 已有火灾案例来看，幕墙铝料的破坏多为在高温下严重变形而无法使用，烧融的现象并不多 见。 4、密封材料密封材料 建筑密封胶的分类包括：硅酮胶、聚氨酯胶、聚硫胶、丙烯酸胶、丁 其 他 牌号 si fe cu mn mg cr zn ti 单个 合计 al 6061 （ld30） 0.40.8 0.7 0.15 0.4 0.15 0.81.2 0.04 0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余 量 6063 （ld31） 0.20.6 0.35 0.10 0.10 0.450.9 0.10 0.10 0.10 0.05 0.15 余 量 6063a 0.30.6 0.15 0.35 0.10 0.15 0.60.9 0.05 0.15 0.10 0.05 0.15 余 量 0 40 60 80 100 120 02004006008001000120014001600 铝合金 抗 拉 强 度 温度 c 铝合金抗拉强度与温度关系 14 基胶、沥青及油性树脂改性产品、等。其中硅酮胶、聚硫胶、聚氨酯胶三大室温固化 弹性密封胶在我国应用最广泛，尤其是硅酮密封胶产品。 硅酮类密封胶由于其特殊的分子结构，其分子结构兼备无机和有机两类聚合物的特性。 硅酮胶的原胶是由为主链的聚合体。其键能为，而通常的 高分子材料的和键能均较小，分别为和，换言 之，若打断化学键，必然需要较高的能量，因此硅酮胶稳定，具有超群的抗、 耐臭氧、耐气候老化和耐温性的应用特点，有单组分、双组分等多种形式，同时可以根据建 筑的需要制造出不同性能要求的产品，尤其在隐框玻璃幕墙的结构粘结应用中是其它材料无 可取代的。并且我国在硅酮密封胶生产的原料工业发展相对聚硫、聚氨酯要规模大和成熟， 目前硅酮类建筑密封胶产品占我国建筑密封胶使用量的以上。国外改性硅酮产品在建 筑中应用也比较多，目前我国仅限于其它领域。 建筑用聚硫密封胶早在世纪年代应用于飞机、航空等领域的耐油、耐溶剂方面 的粘接密封，在年代在我国也应用于建筑接缝的密封，由于原料的生产成本过高，目前 已基本被硅酮产品取代。但是聚硫密封胶具有良好的防透气性能和耐油、耐溶剂的特性，仍 广泛应用于中空玻璃的制造，部分用于建筑接缝污水、垃圾场、储油结构和钢结构防腐密封 等。 聚氨酯分子结构的多样性，可以制造模量范围很宽的不同产品，适用于很多材料的粘结。 又由于其具有柔性的分子链，它的耐震动性和疲劳性能很好，特别适合不同材料的粘结及对 柔性材料的粘结，并且还有非常优异的耐低温性能，在许多工业中应用非常广泛。在建筑领 域该材料在美国、日本、德国等发达国家的应用接近硅酮产品，目前在我国由于原料工业的 落后，密封胶产品的发展受到一定的制约。 另外还有包括丁基、丙烯酸、沥青及油性树脂改性的弹性较小的密封膏产品。该类产品 的弹性小，主要用于建筑接缝机械位移要求低的部位。 常用密封剂对温度稳定性及耐高温性能比较： 硅酮胶 silicone 聚硫胶 poly sulfide 聚氨脂胶 poly urethane 硬度 佳 差 差 弹性 佳 差 差 抗拉强度 良 良 良 对温 度的 稳定 性 变形能力 佳 良 差 耐高加热质量损失 佳 差 良 15 弹性 佳 良 差 定伸粘结性 佳 佳 佳 变形能力 佳 差 差 温性 弹性恢复 佳 差 差 常用密封剂抗拉强度与温度关系： 由上表及上图可知，硅酮胶对温度稳定性及耐高温性都比其他密封胶要好，一般聚硫胶 的实用温度范围为-4082，硅酮胶的实用温度范围为-54170，并能在-100315温 度范围内保持良好的物理性能。足以抵抗普通自然条件下的温度变化。但一般密封剂并不具 备防火功能。 三、三、 防火材料防火性能防火材料防火性能 防火材料可分为两大类，一类是防火型防火材料，即以防止火灾的发生为目的的防火材 料，一般以材料的燃烧性能进行评价，如防火板、防火铝塑板。另一类是措施型的防火材料， 即以限制火灾造成影响措施为目的的防火材料，常以阻燃性或耐火性能进行评价，如防火涂 料、防火玻璃等。 防火型的防火材料燃烧性能分级 级 别 名 称 材料特性描述 材料种类 a 不燃 材料 它们在火中不会燃烧，大部分不会产生塑料形变，不 会释放出有害的烟和气体。 它们具有最好的防火性能。 常见无机物如石材、 玻璃、金属、水泥 -40 2 4 6 -20020406080100 温度 c 密封剂抗拉强度与温度之关系 50%抗拉强度 聚硫胶 聚氨脂胶 硅酮胶 16 b1 难燃 材料 指不容易被点燃和产生持续燃烧的材料。 在火灾初期， 它们的燃烧量较小，会出现一些烟和气体，但不会很 大影响人员的避难逃生。 合成高分子材料类 如：聚苯板、人造纤 维等 b2 可燃 材料 在燃烧时发生的烟和气体较多，材料会出现部分融溶 现象。但只要适当限制它们的使用面积，则它们产生 的危害是有限度的。 b3 易燃 材料 它们极易被点燃，并且燃烧速度十分快，可释放出大 量的浓烟和有毒气体，它们产生的危害是很大的。 自然或者合成高分 子材料如木制品、纸 制品、纺织品 1、防火玻璃防火玻璃 防火玻璃，其在防火时的作用主要是控制火势的蔓延或隔烟，是一种措施型的防火材料， 其防火的效果以耐火性能进行评价。 防火玻璃是一种在规定的耐火试验中能够保持其完整性和隔热性的特种玻璃，按耐火性 能等级分为三类，如表 2。 防火玻璃耐火性能分类 表 2 类别 特 性 主要用途 a 类 同时满足耐火完整性、 耐火 隔热性要求的防火玻璃。 此类玻璃具有透光、防火（隔烟、隔火、遮挡热 辐射） 、隔声、抗冲击性能适用于建筑装饰钢木防 火门、窗、上亮、隔断墙、采光顶、挡烟垂壁、 透视地板及其他需要既透明又防火的建筑组件 中。 b 类 同时满足耐火完整性、 热辐 射强度要求的防火玻璃。 此类防火玻璃多为复合防火玻璃具有透光、 防火、 隔烟特点。 c 类 只满足耐火完整性要求的 防火玻璃。 此类玻璃具有透光、防火、隔烟、强度高等特点。 适用于无隔热要求的防火玻璃隔断墙、防火窗、 室外幕墙等。 从结构上分，防火玻璃分为复合防火玻璃与单片防火玻璃。 复合防火玻璃是一种在两片透明夹层玻璃之间灌注一种可遇火发泡膨胀的无色透明的特 殊耐火化学物质，经硬化后制成。根据灌注化学物质的不同，复合玻璃可做成a类或b类防火 玻璃。 17 当火灾发生时，灌注固化在防热辐射型复合防火玻璃中间的特殊透明化学物质大量地吸 收火焰中的热量而发泡膨胀，同时变成不透时的白色，从而阻止玻璃迎火面火焰的热辐射向 背火面传递，并在一定程度上降低迎火面向背火面传递热量。在此过程中玻璃整体保持完整， 形成一个可以阻隔火焰、烟雾和燃烧产生毒气扩散与蔓延的屏障。 复合防火玻璃在紫外线长期照射下会变成乳白色及产生汽泡， 失去玻璃的透明功能。 因而不太适合在外墙上使用，但对于有耐火隔热性要求和防热辐射要求的防火隔断中采用。 单片防火玻璃是一种具有防火功能的建筑外墙用的幕墙或门窗玻璃。它同时采用物理与 化学的方法对浮法玻璃进行强化而得到的。它在 1000火焰冲击下能保持 90120 分钟不炸 裂，从而有效地阻止火焰与烟雾的蔓延，有利于第一时间发现火情，使人们有足够长的时间 撤离现场，并进行救灾工作。 单片铯钾防火玻璃不单具备卓越的防火功能，而且在强度上更胜一筹，在同样的厚度下， 它的强度是浮法玻璃的 68 倍，是钢化玻璃的 1.53 倍。 单片铯钾防火玻璃强度设计值（由广东金刚玻璃科技股份有限公司提供） 18 低辐射防火玻璃技术参数（由广东金刚玻璃科技股份有限公司提供） 单片铯钾防火玻璃与传统的灌浆或夹层防火玻璃相比，除了强度高之外，最大的特点是 高耐候性。单片铯钾防火玻璃同普通玻璃一样在紫外线照射下，不发生任何变化。它同时还 有很好的可加工性，能加工成为夹层安全玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃、点式幕墙玻璃。它还 可以作为室内对隔热和辐照要求不高的防火隔断和逃生通道。 但是，它受热同时具有的较高的热辐射照度，着火的一侧的热量会很快地辐射到背火的 一侧，直接影响到背火侧的防火，使它的应用受到较大的限制。严格地讲此类防火玻璃称为 “隔烟玻璃”要更恰当些。从这个意义上说，它具有防火功能，属c类防火玻璃。 2、防火涂料、防火涂料 防火涂料的防火是利用涂料在火灾时的化学反应,对所涂覆的结构或构件起到隔热保 护作用,从而保持结构的完整性。防火涂料是一种措施型的防火材料。通常根据涂料在高温下 变化情况分为膨胀型和非膨胀型两种。膨胀型防火涂料又称谓薄型防火涂料（超薄） ，厚度 0.57mm。其基料为有机树脂，配方中还含有发泡剂、碳化剂等成分，遇火后自身会发泡膨 胀，形成比原涂层厚度大十几倍甚至几十倍的多孔碳质层。多孔碳质层可阻挡热源对基材的 传热。用于钢结构防火时，耐火极限可达 0.52.0 小时。 非膨胀型防火涂料，主要成份为无机绝热材料，遇火不膨胀，自身具有良好的隔热性能， 19 故又称谓隔热型防火涂料。其涂层厚度 25mm50mm,耐火极限一般在 2.5 小时以上。 防火涂料的分类 防火涂料的耐火极限（由苏州吴越合成化工厂提供） 类型 超薄型 薄型 厚型 涂层厚度(mm) 0.5 1.6 2.1 1.2 3.5 5.1 25 以上 耐火极限(h) 0.5 1.5 2.0 0.5 1.5 2.0 2.5 以上 3、防火密封胶防火密封胶 防火密封胶是一种封堵用的密封材料，粘稠状胶体材料，能粘结在多种建材表面，在空 气中硬化。在高温或火灾环境下，体积膨胀，并表面碳化。具有防火、防烟和隔热性能。 防火密封胶是一种高分子的塑胶材料，因而对其防火等级的评价常采用塑料燃烧性能 试验方法氧指数法 （gb/t2406-93） 、 塑料燃烧性能试验方法水平法和垂直法 （gb/t2408-1996） 。 氧指数指在规定条件下，固体试样在氧、氨混合气流中，维持平衡燃烧所需的最低氧含 量，以氧所占的体积百分比数值表示。采用氧指数（oi）评价时，应用gb/t2406-93 进行样 品试验，计算确定氧指数。材料的氧指数(oi)与其阻燃性的对应关系如下：oi23 可燃，oi 在 2428 之间稍阻燃，oi在 2935 之间为阻燃，oi36 为高阻燃。 采用gb/t2408-1996 进行评价时，密封胶一般采用垂直法进行试验，按试验效果从高到 低分为fv-0，fv-1，fv-2 三级。 20 第四章、第四章、建筑幕墙防火设计建筑幕墙防火设计 一、一、 建筑幕墙防火性能设计建筑幕墙防火性能设计 （一）必要性 通过对建筑火灾行为及对组成建筑幕墙构件的材料分析，我们可以看到：普通的建筑幕 墙特别是玻璃幕墙是不具备防火能力的。简单对幕墙的防火性能进行定义是没有意义也是不 科学的。 （二）目标 建筑幕墙防火设计的目标就是使幕墙构件的耐火时间大于或者等于规定的耐火极限。 （三）前提 建筑幕墙防火设计前，首先要确认幕墙各构件需满足怎样的防火要求：是防火、隔火还 是隔烟；其次要明确耐火极限要求等。 幕墙防火设计应该在参考整个建筑防火要求的的基础上，参考幕墙在建筑中位置来确定 其防火性能。 （四）防火性能设计的注意事项 针对我国相关防火规范的内容，在建筑幕墙防火性能的设计中应符合如下要求： 1、建筑楼层部位应设耐火极限不低于 1.00h，高度不小于 800 的窗槛墙。 无窗槛墙或窗槛墙高度小于 0.80m的建筑幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于 1.00h、高度不低于 0.80m的不燃烧体裙墙或防火玻璃裙墙。且该墙或防火玻璃裙墙必须固定 于耐火极限不小于 1.00h的建筑构件上（钢筋混凝土梁、板，普通建筑幕墙一般无法满足此 要求） 。如果此部位设置间隔 2 米的喷头消防装置时此要求可以适当放宽。水喷淋的降温保护 可以使铝合金骨架保持结构的稳定性，提供必要的保护措施。还有一个更重要的作用就是防 止楼层之间火灾相互蔓延，起到降温灭火和防火隔墙的作用。 2、水平方向跨过两个防火分区的幕墙耐火极限须达到 1.00h. 当建筑物的外墙为难燃烧体时，防火墙应凸出墙的外表面 0.4m 以上，且在防火墙两侧 的外墙应为宽度不小于 2m 的不燃烧体，其耐火极限不应低于该外墙的耐火极限。 当建筑物的外墙为不燃烧体时，防火墙可不凸出墙的外表面。紧靠防火墙两侧的门、窗洞口 之间最近边缘的水平距离不应小于2m； 但装有固定窗扇或火灾时可自动关闭的乙级防火窗时， 该距离可不限。 3、玻璃幕墙下的疏散出入口一定要设计防护挑檐。 高层建筑设计防火规范规定：建筑物在通向室外的安全出口上方，应设置宽度不小 21 于 1 米的防护挑檐。其目的是为了防止在通向建筑物的出入口处由于发生火灾期间从高处落 下的窗扇、玻璃碎片等对疏散人员造成的次生灾害。一般出入口处设置雨篷可以替代此挑檐， 如果替代挑檐的雨篷为玻璃雨篷时，雨篷玻璃须为夹胶玻璃。为了防止全钢化夹胶玻璃在破 碎时整体脱落的危险，可以采用单片钢化夹胶玻璃，全钢化夹胶玻璃宜采用点支撑方式固定。 4、建筑幕墙防排烟设计。 除建筑高度超过 50m的一类公共建筑和建筑高度超过 100m的居住建筑外，靠外墙的防烟 楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室，宜采用自然排烟方式。 采用自然排烟的开窗面积应符合下列规定： 1 防烟楼梯间前室、消防电梯间前室应设防烟设施，高层建筑应符合可开启外窗面积不 应小于 2.00m2，合用前室不应小于 3.00m2 的要求。 2 靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和不应小于 2.00m2。 3 长度大于 40 米的疏散走道。高层建筑长度不超过 60m的内走道可开启外窗面积不应小 于走道面积的 2%。超过 60 米的应设机械排烟设施。 4 需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的 2%。 5 净空高度小于 12m的中庭可开启的天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的 5%， 净空高度大于 12 米的中庭应设置机械排烟设施。 5、采光顶等玻璃屋面结构： 屋顶金属承重构件应采用外包敷不燃烧材料或喷涂防火涂料等措施，耐火等级为一级的 建筑耐火极限为 1.5h，耐火等级为二级的建筑耐火极限为 1.0h，如果不能满足此要求应设置 自动喷水灭火系统。如果屋顶为上人屋面，考虑到火灾中人员可能从屋顶疏散，所以屋面板 的耐火极限也应符合此要求。 二、二、 建筑幕墙防火构造设计建筑幕墙防火构造设计 1、幕墙防卷火幕墙防卷火 卷火是指建筑火灾中指高温火焰或者高温烟气从起火区域向另一个区域蔓延的现象。根 据其与建筑幕墙的关系可分为垂直卷火和水平卷火。 （1）垂直卷火（如下图示意） ： 22 垂直卷火在建筑火灾中最常见的火焰蔓延形式，防卷火措施可由建筑主体结构来代替， 如钢筋混凝土梁（实际耐火极限 2.0h3.5h） 、钢筋混凝土板（实际耐火极限 1.0h1.5h） 。当 楼板外沿的建筑主体结构无法满足要求时， 就必须采用相应的防火构件以达到防卷火的目的。 具体措施有设置防火裙墙和采用防火幕墙。 防火裙墙如上图c所示， 防火裙墙可设在楼板上面、 跨楼板、挂与楼板下。采用的材料可采用防火岩棉、玻璃棉，硅酸铝板、硅酸钙板等。考虑 当建筑有通透性要求时也可采用防火玻璃代替。选用防火玻璃作为防火构件时，须注意c类防 火玻璃只可挂于板底，当它用于楼面时由于它受热同时具有的较高的热辐射照度，着火的一 侧的热量会很快地辐射到背火的一侧，严重时会将上一层室内可燃物点燃。a类防火玻璃和b 类防火玻璃可不受此限制。 a 垂直卷火b 结构满足防卷火 c 防火裙墙防卷火d 防火幕墙防卷火 23 防火裙墙的形式： 实体防火裙墙 玻璃防火裙墙 玻璃防火裙墙 设计防火构件时，除考虑构件板材的防火耐久性能外，其支承结构和各元素也必须满足 耐火的需要，如防火玻璃裙墙的支撑构件就须采用钢材，铝材就无法满足要求。 （2）水平卷火 水平卷火的防火措施主要设置在不同防火分区的分界线，如防火墙和建筑幕墙相交接的 部位。 处在防火墙外侧的幕墙必须是不燃外墙，其耐火极限不小于 1.0h。那么此幕墙必须为防 火幕墙。 防火幕墙的板材可采用防火玻璃中的a、 b、 c类， 除考虑构件板材的防火耐久性能外， 其支承结构-幕墙龙骨及其他构成部分也须是防火的。常见的做法是钢龙骨，且钢龙骨内用保 温材料填实。或者钢龙骨外涂防火涂料一道。如果幕墙处在可看到部位，钢龙骨的防火涂料 应采用薄型或者超薄型，耐火极限不小于 1.0h。由于目前常用的硅酮结构胶的使用温度在 150以内，即便阻燃型密封胶的耐高温也仅达到 200，远远低于建筑火灾现场的温度，所 以板材采用结构胶连接的幕墙不能用作防火幕墙，如肋支撑全玻幕墙、隐框玻璃幕墙等。 e 水平卷火示意f 不防火幕墙g 防火幕墙 24 2、幕墙防窜火、窜烟幕墙防窜火、窜烟 为防止火灾在建筑内蔓延，保证建筑防火封堵的质量和建筑防火分隔的完整性。 建筑幕墙与楼板、窗间墙或窗槛墙之间的建筑缝隙，应采用具有伸缩能力的防火封堵材 料进行封堵，如有机堵料防火封堵漆或防火填缝胶等。