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玻璃幕墙防火设计中的几个实际问题

作者:幕墙工程网 时间:2010-05-12 14:28:27

文章摘要:玻璃幕墙防火设计中的几个实际问题

  随着建筑业的发展,玻璃幕墙得到了广泛使用。建筑外墙做成玻璃幕墙,利用玻璃的反射功能,充分解释利用光与影转换的机理,使得整个建筑物和周围环境达到情景交融,建筑立面更具有一种溢光流彩的美感。玻璃幕墙外表华贵而又不失庄重,选材优质考究也是一个建设单位经济实力雄厚的最佳象征,虽然造价昂贵,建设单位和建筑师还是乐意大量采用这种装饰形式。由于种种原因,我国城市建设中装饰工程目前还处于一种不规范的管理状态中,玻璃幕墙的设计和安装以及监督互相脱节,常常会因设计、安装人员对防火规范的理解不同甚至于缺乏安全方面的知识而在工程上遗留下许多问题,应得到建筑设计防火审核工作人员的充分注意,及早发现及时处理,以免留下后患。总结日常工作中遇到的具体实例,常见的主要有以下几个方面的问题:

  一、玻璃幕墙下的疏散出入口一定要设计防护挑檐。

  玻璃幕墙在外墙装饰上具有明显的优越感并且可以减轻建筑物的结构荷载而倍受设计师的青睐,因而一进入中国建筑市场便得到迅速的推广作用。设计中建筑师非常注重立面装饰的整体效果,强调建筑形体的完美统一,立面给人的视觉感受,力求建筑的使用空间和艺术空间的有机结合,但却常常忽视了玻璃幕墙在火灾情况下的安全性设计,不能严格遵守《高层建筑设计防火规范》的规定:建筑物在通室外的安全出口上方,应设置宽度不小于1米的防护挑檐。其含义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。很多玻璃幕墙设计以及建筑物后期改造施工中都没有考虑设置挑檐。玻璃幕墙的具体型式因结构型式不同而分为四种:有框式(也叫明框式)玻璃幕墙、隐框式玻璃幕墙、有骨架玻璃幕墙和无骨架玻璃幕墙。骨架材料有钢材、铝合金等。现在采用比较广泛的是铝合金型材骨架隐框玻璃幕墙。钢材和铝合金型材的耐火性能都比较差,钢型材在300℃~400℃高温下强度下降,600℃时失去承载能力,而铝合金结构型材的耐火性能更差,受热条件下极易发生结构变形,250℃~300℃左右既失去承载能力。目前的玻璃幕墙结构设计中虽然考虑了玻璃和铝合金在温度骤变情况下因变形伸缩不一致而发生的“冷桥”现象,玻璃和铝框中间采用橡胶、聚乙烯泡沫材料相隔,但是能承受的温度变化范围仅在-40℃~+50℃之间。建筑物内发生火灾,辐射热、高温烟气都使结构温度变化范围远远大于+50℃,结构受热膨胀变形过大,造成玻璃破碎、脱落。另外隐框玻璃幕墙的玻璃用硅硐胶、橡胶与铝合金框胶合,硅硐胶的耐高温程度也只有200℃,超过了200℃胶的作用即会发生变化,粘合力降低也会使玻璃脱落。火灾过程中,高温烟气、辐射热使幕墙结构升温非常快,常常等不到人员在建筑物内疏散完毕,就已达到结构极限,发生结构破坏,向下掉落各种结构碎片。因此疏散出口上方作玻璃幕墙的公共高层建筑,一定要在安全出口上方设置防护挑檐。

  根据目前的设计实例来看,有许多设计人员对规范中这一要求理解得尚不是很准确,多在建筑方面造型设计上忽略这一点,普遍存在着不设计防护挑檐,防护挑檐宽度不足,多个安全出口只有部分安全出口设置防护挑檐等问题,甚至有的设计人员将这一要求理解为把玻璃幕墙整体外挑、门洞内凹即可,从而留下隐患。再一种现象比较普遍就是设计人员设计了挑檐,但因幕墙多由专业装饰队伍施工,往往在施工中建设单位领导擅自根据自己欣赏的好恶将挑檐取消,人为地留下缺陷。设计上的遗漏可以及早发现进行弥补,在施工中结构上的改动则很难及时发现,所以需要建审人员及时掌握工地情况,严格规范,避免不合格的“门面”工程出现。此外非火灾原因和胶体老化也会导致出现玻璃脱落伤人事故,设计一个防护挑檐将是多方面安全因素的需要。

  二、玻璃幕墙内侧构造设计中需要注意的问题。

  高层建筑、大型公共场所内部空间大,功能齐全,装饰非常豪华,人员密集,其采用的装饰材料、家具多为可燃、有毒烟的化工产品、木材等等,一旦发生火灾,蔓延比较迅速,给人员的疏散和扑救带来很大的困难,因此应从设计上尽可能地杜绝一切可能造成危害人员的不当之处。火灾情况下,当铝合金受热超过耐火极限,就会受热变形失去承载能力,发生玻璃脱落现象,使大楼的立面围护结构部分或全部丧失,被困在楼内急于逃生,拥挤的人群被大火和烟雾逼到建筑空间的边缘或被光亮和新鲜空气吸引到玻璃幕墙边,因此人们需要有所保护,既能避免坠落楼下而伤亡又能提供短暂地安全保护避免为火灾而伤。现行《高层建筑设计防火规范》对此没有具体要求,新的尚未得到批准的高规中规定必须在玻璃幕墙内边缘设置80cm高的栏板墙或加设间隔2米的喷头保护。水喷淋的降温保护可以使铝合金骨架保持结构的稳定性来提供必要的保护措施。栏板和喷淋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。

  玻璃幕墙内侧构造设计需要注意的另一点就是大面积的玻璃幕墙多跨越数层甚至几十层楼。数个防火分区,如此便因玻璃幕墙的结构形式,在幕墙与楼板、幕墙与防火墙之间肯定会留下5~10cm的空隙,应根据要求将这些空隙用非燃材料严密堵实。经检查许多楼宇,玻璃幕墙与其它结构部分的空隙没有进行封堵。目前已经封堵的建筑也多是为了防水和隔音进行的封堵,所用材料多为橡胶,泡沫塑料,木夹板等,与规范要求相差甚远。另外多板建筑实际使用中,为了使空间尽可能宽敞,家具等办公用品等多紧靠幕墙布置,这样一旦发生火灾,这些空隙即成为火灾蔓延的途径,造成不应有的损失,因此图纸审核、工程验收、防火检查中应立足细致认真,不放过这不“引人注目”的角落。图纸会审中常常会听到设计人员抱怨没有对这些缝隙进行封堵的最佳材料,在此根据经验向设计人员推荐“防火毡包法”,就是用玻璃棉等材料压实,然后外包铝泊纸包严,塞到缝隙中间,下面用铁皮、铁丝或钢筋固定,上面用非燃材料如铁皮等固定罩住,然后再适当做些粉刷装饰可以满足防火要求。

  三、立面采用玻璃幕墙装饰应加强对大空间公共场所防排烟设计的分析。

  大型公共场所尤其是商场因其纵深大,空间布置多样、紧凑无法利用自然通风,而且内部人员密集,所以其内部通风依赖于集中空气调节系统,要求整个建筑物的空间密封性好,基于这一方面的考虑,建筑玻璃幕墙上和其它围护墙上都尽量少作开启窗。玻璃幕墙本身因玻璃尺寸和骨架模数的要求,也很少在幕墙上开窗。开窗必将增加玻璃幕墙结构的复杂性,并且使造价提高,还影响立面效果。所以即便开窗,为窗体结构的安全,尺寸做得很小,并且多为上悬窗,开启角度不能超过45°。一则面积较小;二则窗开在每层的上部,幕墙每层的下半部不开窗,容易形成负压,在火灾情况下基本起不到排烟的功能;三则开窗位置多在人站着能够开启的高度以上,紧急情况下无法及时开启。因此审查图纸和设计应参考《高层建筑设计防火规范》(报批稿)规定:“面积超过100m^2,且经常有人停留,可燃物较多的房间应考虑排烟设施和措施”的要求,具体情况具体分析,不能因玻璃幕墙采光似窗而视之为窗,忽略了排烟设计上的不足。设计人员往往因加设机械排烟系统需增加不少的管道和设备,增加设计工作的复杂性而不愿改动设计。建设单位则怕增加投资而不愿意增加排烟措施,从而多以保证在玻璃幕墙上加足够排烟面积的开启窗扇来答复。经过认真的理论分析和实际观察,在玻璃幕墙上开足够大面积的窗是很难做到的,这里面的原因有两个:一是实际施工过程中,玻璃幕墙的施工因技术和材料的原因一般被建设单位或施工单位包给装饰公司或厂家安装,这些单位的施工人员缺乏必要的防火意识,很难将玻璃幕墙的施工做得既合乎施工规范要求又符合防火规范要求;而且装饰队伍和土建队伍的配合也不够,常常是各顾各的施工,所用图纸都可能不一样。第二个原因就是从玻璃幕墙本身的结构安全性上来讲,幕墙上开窗面积总和要小于幕墙面积的10%,尤其是隐框结构窗开得越少越好。因此审核有玻璃幕墙的大型公共建筑、高层建筑时,一定要根据具体空间的布置情况和实际开窗面积来计算分析实际排烟能力,与设计人员、建设单位的负责人员充分论证,必要情况下增加机械排烟设施,切勿留下隐患。在施工中发现施工队伍擅自更改设计,减少排烟面积的要追究责任,严格按照审核论证后的设计图纸施工。