耐火窗的制造与应用技术要点

论文题目耐火窗的制造与应用技术要点目录11127_WPSOffice_Level1摘要 I21512_WPSOffice_Level1第一章绪论 17995_WPSOffice_Level21.1耐火窗研究的背景及意义 129483_WPSOffice_Level31.1.1耐火窗研究的背景 129103_WPSOffice_Level31.1.2耐火窗研究的意义 130301_WPSOffice_Level21.2耐火窗系统的研究现状 223059_WPSOffice_Level1第二章相关概念及理论基础 216986_WPSOffice_Level22.1耐火窗相关概念及特征 221819_WPSOffice_Level32.1.1耐火窗相关概念 226535_WPSOffice_Level32.1.2耐火窗特征 31191_WPSOffice_Level22.2耐火窗理论基础 320619_WPSOffice_Level32.2.1耐火窗热工理论基础 325894_WPSOffice_Level32.2.2耐火窗耐火规范及检测标准 423475_WPSOffice_Level1第三章耐火窗玻璃选用及安装 517246_WPSOffice_Level23.1耐火窗耐火玻璃选用 512567_WPSOffice_Level33.1.1耐火窗玻璃类型及特点 59645_WPSOffice_Level33.1.1耐火窗玻璃选用 719159_WPSOffice_Level23.2耐火窗玻璃安装 724070_WPSOffice_Level1第四章耐火窗型材及辅材选用及安装 814885_WPSOffice_Level24.1耐火窗主型材选用及安装 819376_WPSOffice_Level34.1.1耐火窗主型材的选用 812421_WPSOffice_Level34.1.2耐火窗主型材的安装 821528_WPSOffice_Level24.2耐火窗五金件选用及安装工艺 922489_WPSOffice_Level34.2.1耐火窗五金件的选用 94883_WPSOffice_Level34.1.2耐火窗五金件的安装 106175_WPSOffice_Level1第五章结论与展望 101598_WPSOffice_Level25.1结论 108137_WPSOffice_Level25.2展望 1121604_WPSOffice_Level1参考文献 12第一章绪论1.1耐火窗研究的背景及意义1.1.1耐火窗研究的背景改革开放40多年以来，我国的建筑业发展取得了举世瞩目的发展成就，建筑业的发展为我国经济发展作出了巨大的贡献，推动了我国的现代化进程。而在新建建筑中，高层、超高层建筑已成为主流，与此同时高层建筑火灾发生次数也越发频繁，全国各地火灾新闻不绝于耳，而高层建筑一旦发生火灾，火势蔓延速度快，扑救难度高，严重威胁人民生命安全和财产安全，严重影响我国社会和谐发展的进程。为保卫公民生命财产安全和我国发展成果，在建筑设计中贯彻“预防为主,防消结合”的方针,制定了《建筑设计防火规范》GB50016-2014。规范中对高层建筑外墙的防火性能作出了明确的要求。多年来我国的门窗防火也有应用，大部分采用主要材料为钢制，但是由于其气密性、水密性及保温性能差，通常只在室内局部应用，并不适合在建筑外墙中使用。而气密性、水密性及保温性能好的铝合金及塑料门窗现在是建筑外墙主流应用门窗，但是其本身并不符合耐火完整性的要求。1.1.2耐火窗研究的意义当下建筑外墙中广泛应用的高性能节能窗，由于气密性及节能型的要求采用的型材玻璃等无法像防火窗的框架材料主型材钢制材料、防火玻璃可耐1200度以上高温。铝合金型材本身熔点为600度，硼硅酸盐化学钢化防火玻璃为基片，软化点900度，单看这些是无法达到耐火完整性的要求。但是门窗系统制作不仅是玻璃及型材简单的装配组合，而是还包括五金、密封条、填充材料、冲压件等有机组合，通过技术手段进行处理，其渴望达到耐1000度高温，耐火完整性一小时以上的防火规范要求，然而这个稳定性仍然是没有达到推广生产的环节，还需要进一步的设计研究。如果节能门窗能够实现耐火完整性及稳定性，广泛推广应用于当前建筑，那么我国的建筑业将少了一大隐患，我国的人民生命财产安全得到更好的保护。1.2耐火窗系统的研究现状经过国内各大门窗企业的探索和研发，目前国内的节能型耐火窗还是取得了很大的进步的。但是由于目前国标的颁布时间短，未能达到强性监管要求，未能形成硬性需求，市场需求倒逼研发机制动力不足，企业研发成本、人才均投入不足，未能形成研发体系，多数产品设计没有团队研发，仍然是一线技术员自行摸索，没有成熟的理论基础，仍然达不到防火量产标准要求。大部分的门窗生产企业还没有成熟的具有技术和性能稳定性的耐火窗成品，仍然处于改进、设计，烧检再设计的阶段。笔者在中国知网上输入关键词“耐火窗”，从发表时间来看，文章数量呈现递增趋势，且以2014年为分界点，主要集中在2014新国标出台以后，从型材分类上主要分为对塑料耐火窗及铝合金耐火窗的研究；从耐火窗的组成系统方面主要研究方向有对耐火玻璃的研究，有对主型材铝合金或塑料的研究，有对填充材料的研究，有对其整体结构设计和技术进行的研究。本文将结合所查阅的资料及本单位对耐火窗的持续研究、烧检、总结的经验试分析耐火窗的制造与应用方面的一些重要的技术要点。第二章相关概念及理论基础2.1耐火窗相关概念及特征2.1.1耐火窗相关概念耐火窗定义：指在一定时间内，连同框架能满足耐火稳定性和耐火完整性要求的窗[[][]关大巍，严晓光.建筑设计防火图集与应用[M].化学工业出版社，2016耐火完整性：在GB/T31433-2015《建筑幕墙门窗通用技术条件》给出了定义，在标准耐火试验的条件下，建筑门窗的某一面受火时，能在一定时间内保持试验构件的完整性，即保持背火那一面不出现火焰的能力，或者背火面出现火焰,但火焰的持续燃烧时间可以在10秒以下即可自动熄灭。在试验中，当试验构件背火面有火焰或者烟雾从试验构件的缝隙处出现时，可以用棉垫去接触背火面来进行试火判定，如棉垫着火,则判定试验构件失去完整性。而如果被试构件在试验过程中垮塌，那么判定该试件失去完整性。耐火隔热性:在标准耐火试验的条件下，建筑构件一面受火时，其背火面的热辐射不能超过一定值。通常以平均升温值来作为判定标准，背火面平的均温升不超过140℃即视为满足隔热性要求。耐火指标：对建筑构件进行试验时，根据其保持稳定性、抵抗火焰及高温气体穿透以及抵抗热传递的能力来进行综合评价。而对建筑物构件的耐火性试验由专门的标准规定。被试构件在一个控温精确的加热炉内逐渐被加热检测。炉内的温度根据设置时间变化，尽量能够符合国际的标准时间-温度曲线。被试构件的耐火性则以时间来确定，从试验一开始，一直到检测的三项标准(完整性、稳定性、隔热性)其中任意一项失败为止。如若未发生试验失败，则试验就于3h后结束。按照被试构件、相对应的加热炉子分三种。第一种用于检测试验墙壁及防火门等的垂直型嵌板炉；第二种是用于检测试验楼板及梁的水平炉；第三种则是专用于试验柱的从四周方向加热的圆筒型加热炉。而在所有承重的被试构件都需要加上相应的荷载，以模仿现实中实物结构所实际承受的应力

[[][]陈维.汉英日消防技术词典[M].上海科学技术出版社，20052.1.2耐火窗特征而耐火窗的出现是在新国标制定后，根据里面对于耐火完整性的描述，那么耐火窗的定义则应该是建筑外窗加上耐火性，那么在标准上则应该同时兼具建筑外窗的技术标准和耐火完整性、稳定性、隔热性的标准。而建筑外窗又是建筑外围护结构构件，其作为建筑物的重要组成部分，建筑外窗则应具备抗风压、气密、水密、保温、隔声等性能。那么耐火窗除了应具有应对火灾风险时的耐火时间、保持耐火耐火完整性、稳定性、隔热性要求外，还应该兼具上述抗风压、气密、水密、保温、隔声等性能。2.2耐火窗理论基础2.2.1耐火窗热工理论基础建筑外墙传热指的是发生在建筑外墙的自身内部或者在建筑外窗室内外发生热量传递和转换的现象，其中室内外的温度差是发生热能传递的动力来源。在日常条件下，建筑物的室内外存在着温度差，从而就会发生热能的转移传递现象。根据传热原理，热能的传递方式有三种，分别是热传导、热对流和热辐射。热传导指的是由物质中的大量\t"/item/%E7%83%AD%E4%BC%A0%E5%AF%BC/_blank"分子自发的热运动而互相撞击，使得能量从物体的高温部分传递至低温部分，或者能量由高温物体传递给低温物体的过程。[[]葛新石，叶宏.传热和传质基本原理[M].化学工业出版社，2007]热辐射指的是具有温度的物体辐射\t"/item/%E7%83%AD%E8%BE%90%E5%B0%84/_blank"电磁波的现象，一切温度值高于绝对零度的物体总会产生热辐射向外界空间发出热辐射，同时又不间断地吸收其他物体向外界发出的热辐射，辐射传热是物体之间与外界环境在热平衡状态时，辐射传热量为零，温度值愈高，辐射产生的总能量就[]葛新石，叶宏.传热和传质基本原理[M].化学工业出版社，2007[]闫玉芹，李达新等.铝合金门窗[M].北京化学工业出版社，20152.2.2耐火窗耐火规范及检测标准耐火窗规范要求1.建筑高度高于100米的公共建筑的避难间、高层病房楼的避难间或者高于54米住宅建筑的每一户有一个房间都应当满足下列要求：（1）避难间或住宅内特定房间靠外墙设置，并且在该房间外墙一侧安装可开启窗；（2）避难间或者特定房间内外墙体的耐火完整性应至少达到1h，并且该房间应该使用乙级防火门，且应该具备防烟的功能，该房间外窗整体的耐火完整性也不能低于1h。2.建筑物的高度不高于24m情况下且使用了B1.B2级的保温材料，或者建筑高度不大于27m且使用了B1级保温材料的住宅，该建筑物的外墙上门和窗的耐火完整性都不应低于0.5h。[[][]宋丽，陶然.铝合金节能防火窗、耐火窗的相关规定及设计制作防火检测[J].消防技术与产品信息社，20耐火窗的检测判定标准放置在被试构件背火面的棉垫被点燃了或者是在背火面出现了窜火并且持续了10秒钟以上；在被测构件的背火面一侧产生了缝隙时，用试验所需的探棒可以通过缝隙伸入到加热炉中，并可以顺着产生的缝隙上下来回移动探棒，当探棒上下活动的距离大于150mm时，则被测构件视为丢失耐火完整性；或者可以直接用探棒通过缝隙伸入到加热炉中，也可以判定所被测构件不满足其耐火完整性。耐火窗的检测装置建筑防火窗、耐火窗的耐火试验检测所使用的耐火窗检测装置为全封闭燃气自动加热炉。选用的是全封闭式的垂直结构，由固定模块以及轻质活动模块共同构成。在固定模块的墙体内共计分布了20个燃气装置、5个炉内温度测温点以及3个压力测量点。[[]付萍，邓小波[]付萍，邓小波.从建筑设计和检测的角度分析建筑外窗的耐火完整性[J].消山东商业职业技术学院学报，2019.10第三章耐火窗玻璃选用及安装3.1耐火窗耐火玻璃选用玻璃占建筑外窗的总面积的比例高达70%左右，因此玻璃的选择应用对建筑外窗的整体耐火性能和节能性的影响也是最主要的。常用的玻璃种类有满足耐火完整性、耐火隔热性的复合型防火玻璃、灌注型防火玻璃；同时满足耐火完整性、热辐射强度的防火玻璃；只满足耐火完整性的单片防火玻璃。耐火极限时间也从0.5/1/1.5/2/2.5/3小时不等。3.1.1耐火窗玻璃类型及特点钢化玻璃。钢化玻璃是将普通浮法玻璃加热到700度左右，进行快速的冷却把，使得玻璃表面急剧收缩，产生压应力，而玻璃中间层冷却较慢，来不及收缩，故形成张应力，这样操作后使玻璃获得更高的强度，形成钢化玻璃。在现实使用中钢化玻璃存在自爆的现象，通过提高玻璃的纯度或者使用超白玻璃，生产过程通过化学置换反应，可消除玻璃内部杂质硫化镍；提高玻璃加工设备精度，保证玻璃内部应力均匀稳定；对玻璃提前进行热浸处理。这些技术手段可以减少钢化玻璃的自爆率。2.防火玻璃。防火玻璃是在普通玻璃或者钢化玻璃经过加工后，再进行化学方法处理，加上对防火的一面进行化学防火液的喷涂，喷涂时保证防火液体与与玻璃表面进行稳定渗透反应，确保将硅酸盐玻璃内钠离子进行均匀的置换从而降低玻璃表面的膨胀系数，形成低膨胀硅酸盐玻璃。[[]刘程，李江华等.表面活性剂应用手册[M].北京：化学工业出版社，2004]这样一来它就拥有量防火功能。防火玻璃[]刘程，李江华等.表面活性剂应用手册[M].北京：化学工业出版社，20043.防火中空玻璃。防火中空玻璃采用单片防火玻璃作为基片，在外墙保温材料发生火灾时，可抵御1000度高温0.5h、1h的烧烤，不会发生垮塌现象，保证门窗在0.5h、1h内不发生窜烟，窜火现象，且能保证玻璃不爆。防火中空玻璃根据不同的需求通过配置不同的中间隔条，组成不同规格防火中空玻璃，两玻中空、三玻两中空。防火中空玻璃密封胶需要具有阻燃防火功能。防火面涂层不得发生划伤现象。根据加温炉温升曲线图中的温升曲线不难看出门窗耐火测试时，试验最初升温梯度相当大，五分钟即可达到600℃玻璃框架均产生极大地热应力而变形，由与框架材料与防火玻璃存在线性膨胀系数的差异，在防火结构设计和安装不合理的情况下，极易导致防火玻璃的突然破碎。玻璃受火面接受的热量大于背火面散发的热量，玻璃主体温度升高，沿玻璃高度方向，从受火面开始逐渐进入软化，直到玻璃背火面的粘度不足以支撑玻璃自身的重量时，玻璃上部及边部脱框，进而整体(或局部)坍塌而失去完整性。从受火过程的动态表现可以看出，玻璃与框架的结合是否紧密，受火时是否协调防火玻璃与框架变形是保证耐火窗完整性的关键。3.1.1耐火窗玻璃选用根据专家研究发现，气体间隔层尺寸对中空玻璃K值影响较大，气体间隔层尺寸增大，玻璃的K值减小，但当气体间隔层尺寸增大到16mm以上时，K值变化化缓慢，所以中空玻璃气体间隔层尺寸应该选择在9-15mm之间选择较好；中空玻璃气体间隔层层数增加，玻璃的K值会越来越低。但是在我们目前与开发商之间的普遍合作应用中，不会选择太多层，这样会增加大量建筑成本，不符合现实成本的选择。结合我们在实践中已经摸索的，现在我们多选用两玻单腔或三玻两腔的结构。3.2耐火窗玻璃安装在火灾发生时，玻璃对烟气的阻隔至关重要，一旦玻璃失效，耐火窗将会失去全部作用，通过我参与的单位的实际烧检全过程及结果的跟踪后续分析，我们发现耐火窗最终失败的均为玻璃原因导致的失败，而我们现在所选用的玻璃多采用的山东泰安晶盾的防火玻璃，其耐火稳定性是得到保证的，然而我们单位在多次烧检过程中均出现失败，上角窜火，而在检测站也有其他玻璃炸裂的，但是我们均是上角窜火收场。从现场观看受火过程的动态表现可以清楚的看出，玻璃与框架四周的结合是否紧密，受火时是否协调耐火玻璃与框扇变形是保证耐火窗完整性的关键。那么我们玻璃安装是目前存在的最主要问题。在对门窗进行设计时，玻璃槽口应该设置合理的间隙，用来协调玻璃与框扇的变形，采取一些受火后能够保证或者防止玻璃脱落的必要措施，玻璃四周与构件凹槽底部保持一定的空间，门窗的耐火玻璃不应与其他的刚性材料直接接触，因此可在玻璃与框扇之间的间隙采取柔性不燃材料填充，具体有以下注意事项。1.玻璃的安装间隙。考虑到玻璃热胀冷缩的实际表现，中空玻璃安装时凹槽实际宽度应该等于前部余隙加上玻璃公称及后部余隙，凹槽的深度应该等于边缘间隙加上嵌入深度[[][]严双峰.公路隧道火灾通风控制技术的数值模拟研究[D].四川.西南交通大学，20082.玻璃垫块安装的必要性。在耐火窗玻璃的安装过程中，应当要避免玻璃与框扇的构件产生直接的接触，需要做到将玻璃与框扇隔开来，使得中空玻璃的重量分布均匀，起到将玻璃支撑起来的作用，并且要注意防止因为构件传热快而导致边部局部过热而造成玻璃炸裂，所以玻璃的安装过程中必须要使用防火玻璃垫块。3.玻璃卡件的使用。耐火玻璃在检测中心烧检过程中最早20分钟就发生了软化，这个时候玻璃自身和框扇不能够再继续支撑整块玻璃，玻璃就出现坍塌，上角窜火，耐火试验失败，如果装上卡件，则可以很好的避免玻璃与框扇发生脱落，但是要注意的是卡件很坚硬需要在它们与玻璃之间加上防火棉，避免硬碰硬。第四章耐火窗型材及辅材选用及安装4.1耐火窗主型材选用及安装4.1.1耐火窗主型材的选用耐火窗的主型材约占窗整体的30%左右，因而耐火窗主型材的热工性能、耐火性能对耐火整体影响非常大。并且主型材制作的框架结构对于整个窗户起到支撑作用，而整体的协调稳定对于玻璃的性能稳定也起着至关重要的作用。比如我前面说到的我们公司现在所选用的玻璃已经耐火达标，但是在烧检过程中仍然多以失败告终。究其原因就是框架的结构失衡。所以主型材的耐火性也是整体耐火性的关键所在。耐火窗的主要型材有保温隔热铝合金型材、塑钢型材、玻璃钢型材。利用金属材料的各项物理性能、机械强度，制成门窗的支撑整体、载体，满足建筑对门窗抗风压、气密性、水密性、保温隔热隔声门窗的基本功能功能需求。铝合金的熔点一般在550-650℃，当火灾发生时，在5分钟内温度即可达到500℃以上，这时的铝合金窗框己开始软化燃烧。因此要保证耐火窗0.5h、1h耐火完整性就必须解决这一技术难题。4.1.2耐火窗主型材的安装根据专家对门窗型材系统的研究，同样的门窗型材，窗框的厚度及隔热条尺寸的变化对型材耐火性能的影响是不一样的，而隔热形式及暖边技术对型材的耐火性能也是有影响的。[[][]万成龙，王洪涛等.铝合金窗热工性能影响因素模拟研究[J].建筑科技.2011年第一期62-651.第一种方法是在铝合金的窗框内填充吸热支撑材料，具体是由阻燃剂及凝胶剂以及交联剂等组成的，遇火时框内所填充的吸热支撑材料会迅速膨胀并且硬结，最后形成坚硬的防火性胶棒，它还可以吸收大量的火焰的热量，从而阻止高温由受火面向背火面传导，延长背火面框扇的支撑时间[[][]张彦，李军等.双面抛光运动的数学建模及轨迹优化[J].光学技术2011年3月第37卷2.第二种方法加入内置钢衬来提高窗框的耐火完整性，即将加工好的钢衬加入到型材中，并且在框架的角部增加角码，通过五金螺钉将型材以及衬在型材中的钢衬和角码连接形成一个整体，而此时穿入型材内部的钢衬依然能够保持原有状态，托住框扇及玻璃，保证整个窗户不会发生坍塌，保持窗体系统的耐火完整性，达到窗框框架耐火目的[[][]辛崇飞，尹强.建筑节能耐火窗的结构设计与技术研究[J].中国会议，2017年7月第36卷4.2耐火窗五金件选用及安装工艺4.2.1耐火窗五金件的选用五金件是将门窗框扇连接起来的部件，是门窗系统不可或缺的组成部分，有“门窗心脏”之称，五金件的选用及安装技术要点对门窗的各项物理指标有着重要的影响，框架及玻璃的稳定性都取决于五金件的装配。耐火窗五金件的选择配置既要考虑门窗的一般五项物理性能，同时还要考虑火灾发生时，因温度升高产生压力作用，及框、扇型材受热变形造成的锁点位移，关闭失效框扇在压力下脱离，火焰侵入室内。因此，耐火窗五金件锁闭部分需要选用不锈钢制锁点，结构选用具有防松脱、防撬的蘑菇型锁点。采用多锁点环形锁闭，窗框、扇通过锁闭系统组成一个整体，高温高压下没有明显薄泄漏弱点，保证框架受热不发生位置移动[[][]赵宗凯.建筑节能耐火窗技术研究[D].山东建筑大学，20184.1.2耐火窗五金件的安装锁点的安装：根据日常车间反复推敲结合先进企业既有经验，我们可以得出当平开窗选用两个锁闭点时，两个锁闭点安装位置可以在距离窗上下部1/6处，这样既可以保证窗的变形量相对小，同时又能很好地保证变形的均匀性，从而保证窗扇和玻璃的稳定协调性，在受火烤时不容易坍塌。随着锁点的增加可以使得窗扇受力更均匀，而且密封胶条也不容易变形，可以提高窗的密封性能和保温性能。[[][]程先胜，蒋月萍等.塑料耐火门窗系统技术分析[J].中国建筑金属结构.2017年第5期54-55合页的安装：如若安装两个合页，两个合页应该分别安装于距离靠近上方和下方的窗框处；而当安装三个合页时，中间合页的位置选定很重要，根据软件数据分析及实际应用，得出中间合页安装在距离上部合页1/4处，平开窗的下沉量最小。综上耐火窗应选择具有耐火性的五金件，五金件承重部件则必须紧密的与框扇的增强型钢进行有效连接，在五金件的各个锁闭部件中，传动器应和窗扇型材增强型钢有效连接，锁座则应和框扇的增强型钢有效连接。第五章结论与展望5.1结论本文对耐火窗的系统进行了粗浅的研究。对耐火窗的概念进行明晰，界定为隔热性耐火窗区别于传统意义上的防火窗。在文章的主体部分对窗户的玻璃系统的分类进行了对比及选用，对比了钢化玻璃与单片防火玻璃及中空组合防火玻璃，并且分析玻璃的安装技术要点，得出选用防火中空玻璃，两玻中空、三玻两中空的结论，并且在安装技术上要注意三个事项即玻璃的安装间隙要适宜；必须安装玻璃垫块将玻璃与框扇隔开来；使用玻璃卡件可以很好的避免玻璃与框扇发生脱落。而在主型材的选用上通过对比木、钢、塑钢等材料，推荐使用铝合金材料，并且通过填充吸热材料进行阻燃处理、增加支撑材料、加固等方式，提髙铝合金窗框的耐火性，在铝合金窗框内置钢衬的同时，局部填充吸热支撑材料，既增加了整体框架的强度、耐火完整性，同时又减少了窗体的总体质量，具有更好的实用性。在安装的时候在窗户型材设计中应该尽量保持框扇与玻璃处在同一中心线上。最后耐火窗五金件锁闭部分需要选用不锈钢制锁点，结构选用具有防松脱、防撬的蘑菇型锁点。采用多锁点环形锁闭，窗框、扇通过锁闭系统组成一个整体，高温高压下没有明显薄泄漏弱点，保证框架受热不发生位置移动。耐火窗由玻璃、型材、密封材料、五金件等组成，而任一部件出现问题都会影响耐火窗的耐火完整性。因此安全耐火门窗需要选用符合标准的玻璃及型材、五金及阻燃材料，并且在各个生产安装环节做到精益