建筑幕墙层间防火设计分析

随着城市化建设进程的加快,促使高层建筑不断地增加，玻璃幕墙将建筑美观、建筑结构、建筑功能等因素有机地结合起来，在建筑设计中起到了重要作用。在现行国家行业标准《玻璃幕墙工程计术规范》JGJ102-2003中关于玻璃幕墙的安全规定共有十三条，其中七条涉及玻璃幕墙防火。可见玻璃幕墙防火设计对玻璃幕墙安全至关重要。本文结和工程实践针对规范中的4.4.10条，4.4.11条对玻璃幕墙的层间防火设计进行讨论。

玻璃幕墙的防火设计主要是防止大火燃烧时产生的有害气体，通过玻璃幕墙与主体结构间的缝隙由低层向高层传播。对于不同结构的玻璃幕墙防火设计各不相同，下面我们分框架式玻璃幕墙、单元式玻璃幕墙和点式玻璃幕墙逐一进行阐述。

一、框架式玻璃幕墙的层间防火设计

当建筑主体结构有窗槛墙时，玻璃幕墙的水平防烟带应设在窗槛墙上端与幕墙结构之间。

当建筑主体结构没有窗槛墙时，玻璃幕墙的水平防烟带应设在结构梁上端与幕墙结构之间。并在楼板外沿设置耐火极限不低于1小时、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙。

以上两种形式都是将水平防烟带设置在与幕墙相邻的主体结构上端。当一层建筑着火时必然导致同层的幕墙玻璃全部破坏。考虑卷焰效应相邻上一玻璃也将损坏，将水平防烟带设置在结构上端才能保证有害气体不会在短时间内窜入上一层建筑。

如果将水平防烟带设置在主体结构的下端如图三所示，在建筑遇火时由于A、B两块玻璃会在短时间内破坏。有害气体将通过幕墙与主体结构间的缝隙C窜入上一层建筑。这样的设计虽然表面上满足了幕墙防火规定却达不到建筑防火要求。

对于没有窗槛墙的建筑主体结构，在楼板外沿设置耐火极限不低于1小时、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙，是出于卷焰效应的考虑。由于普通建筑层间结构约为0.6m小于一般民用建筑遇火的卷焰半径(1.2m)。增加0.8m的不燃烧实体裙墙后这一距离约为1.4m，大于卷焰半径。如果不设置0.8m的不燃烧实体裙墙，。在建筑遇火时A、B两块玻璃会在短时间内破坏。有害气体将从B玻璃的破损处窜入上一层建筑。

二、单元式玻璃幕墙的层间防火设计

由于单元式玻璃幕墙的安装要求，采用单元式玻璃幕墙的建筑主体结构一般没有窗槛墙。层间防火宜采用拼装方式。

三、点式玻璃幕墙与层间防火

点式幕墙的玻璃多采用钢化白玻，玻璃透光率较高;而其支撑杆件较为复杂。不易设置水平防烟带，即便设置了水平防烟带也会对幕墙的外视效果产生极大的破坏。因此不建议使用跨越防火分区的点式玻璃幕墙。

我国现行规范中对于建筑物防火材料的要求是确保建筑物在火灾中不会在短时间内倒塌。因此，建筑物应根据其耐火等级来选定构件材料和构造方式，保证结构的耐火稳定性，并使建筑物在火灾过后易于修复。

四、 建筑幕墙的防火材料

现行规范对幕墙的材料的要求是除填充棒和双面胶带等少量辅材外，均应采用不燃(A级)或难燃(B1)级材料。随着国家对建筑节能的重视，外墙普遍进行了保温处理，目前幕墙防火的问题主要出在保温材料上，最近的几起特重大火灾，无论是“央视大火”还是上海“11.15大火”，都是与保温材料的耐火等级不符合要求有关。因此在“央视大火”后，公安部联合住建部，颁布了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号(下简称46号文)，对建筑幕墙的保温材料做了明确的规定。即：a)建筑高度大于等于24m时,保温材料的燃烧性能应为A级。b)建筑高度小于24m时,保温材料的燃烧性能应为A级或B1级。其中,当采用B1级保温材料时,每层应设置水平防火隔离带。c)保温材料应采用不燃材料作防护层。防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mm。d)采用金属、石材等非透明幕墙结构的建筑,应设置基层墙体,其耐火极限应符合现行防火规范关于外墙耐火极限的有关规定;玻璃幕墙的窗间墙、窗槛墙、裙墙的耐火极限和防火构造应符合现行防火规范关于建筑幕墙的有关规定。f)基层墙体内部空腔及建筑幕墙与基层墙体、窗间墙、窗槛墙及裙墙之间的空间江苏海澜国贸大厦幕墙设计效果图，应在每层楼板处采用防火封堵材料封堵。

五、建筑幕墙的防火构造

合理的幕墙防火构造设计可有效的阻隔烟气对人体的伤害、降低火情的蔓延速度、延长逃生的时间和提高安全的机率。《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005版)对建筑幕墙的设置提出了具体的要求即：

1)窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃烧材料。当外墙采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃烧材料。

2)无窗槛墙或窗槛墙高度小于0.80m的建筑幕墙，应再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。

3)建筑幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用防火封堵材料封堵。

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003对建筑幕墙防火规定如下：

1)玻璃幕墙与其周边防火分隔构件间的缝隙、与楼板或隔墙外沿间的缝隙、与实体墙面洞口边缘间的缝隙等，应进行防火封堵设计。

2)玻璃幕墙的防火封堵构造系统，在正常使用条件下，应具有伸缩变形的能力、密封性和耐久性;在遇火状态下，应在规定的耐火时限内，不发生开裂或脱落，保持相对稳定性。

3)玻璃幕墙防火封堵构造系统的填充材料及其保护性面层材料，应采用耐火极限符合设计要求的不燃烧材料或难燃烧材料。

4)无窗槛墙的玻璃幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.8,m的不燃烧实体裙墙或防火玻璃裙墙。

5)玻璃幕墙与各层楼板、隔墙外沿间的缝隙，当采用岩棉或矿棉封堵时，其厚度不应小于100mm，并应填充密实;楼层间水平防烟带的岩棉或矿棉宜采用厚度不小于1.5mm的镀锌钢板承托;承托板与主体结构、幕墙结构及承托板之间的缝隙宜填充防火密封材料。当建筑要求防火分区间设置通透隔断时，可采用防火玻璃幕墙设计，其耐火极限应符合设计要求。

6)同一玻璃幕墙单元，不宜跨越建筑物的两个防火分区。

六、各种不同类型建筑幕墙的防火构造设计

综合以上分析，提供以下防火构造的方案供幕墙设计及施工人员参考：

6.1 竖向防火分区构造设计要点

1)无窗槛墙的玻璃幕墙应保证不燃体实体墙的高度不低于 800mm，如达不到，不足部分建议考虑上翻一个砼踢脚线，或在梁底加设防火岩棉带;当玻璃为大面全玻或点支承幕墙时石材幕墙装饰缺点，则采用铯钾防火玻璃加高。

2)层间防烟封堵采用100mm岩棉，1.5mm厚镀锌钢板承托，对可能造成烟雾漫延的缝隙处打防火密封胶;

3)层间面板分格不宜跨越两个防火分区。

4)有实体墙的金属与石材幕墙的保温材料应采用不燃材料作防护层。防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mm可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆，同时应按表3.1在每层设防烟封堵。防火保护层可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆。

表3.1 有实体墙幕墙保温防火的构造要求

6.2水平防火分区构造设计要点

1)在水平防火分区的实体防火墙两侧设置幕墙时，距离防火墙两侧各1m的部位不应有门窗洞口，若设置洞口，则应采用防火窗;

2)当在水平防火分区设置玻璃幕墙时，玻璃幕墙应采用铯钾防火玻璃和带经防火涂料处理的钢龙骨外包铝合金形式。

3)防火分区隔断与主体结构的后连接宜采用后扩底锚栓或通过耐高温测试的化学锚栓。主要是因为国内一些产品中化学药剂含有大量的苯乙烯，该物质遇热后不稳定。

6. 3 消防逃生设计

夹层玻璃虽然是安全玻璃，可是如果整座建筑都用夹层玻璃，又没有设置足够的疏散通道和充分的自动室内消防设施，就会变成可怕的安全隐患。依靠外部消防的公共场所和低层办公、住宅建筑如果全用夹层玻璃，一旦发生火灾，消防人员无法击碎玻璃，难以施救。因此可采用以下措施：

1)每层采用不少于2块，间距不大于20m，宽度不小于1.2米，高度不小于1.0米的非夹层玻璃作为应击碎玻璃，作出明显的警示标志;

2)在紧急出口的玻璃幕墙室内，建议设置可方便逃生的装置（如缓降器等）。

参考文献：

「1」《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号

「2」《建筑设计防火规范》GB50016-2006

「3」《 高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)

「4」《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154：2003

「5」《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

「6」《建筑构造及材料的耐火性能方法》ASTME119

「7」《中间刻度多楼层测试仪器测定围护失火屏障系统的耐火性的试验方法》ASTM E2307-04

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