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防火玻璃系统技术及使用

 
1 前言
修建防火是修建安全规划中一个十分重要的项目,修建防火分区的要求往往使修建师在修建美学与修建防火上进退维谷,但是玻璃作为现代修建的时髦,它所具有的通透性和富丽的作用,使得防火玻璃成为现代修建师们乐于追逐的方针,用防火玻璃作为防火分隔资料的优势不只在于提升了修建美感和采光作用,并且要比传统的墙体轻,可进步修建物的有用使用面积,便于施工。GB15763.1 《修建用安全玻璃防火玻璃》规范颁布实施以来, 单片防火玻璃逐步被人们知道和接受,与此一起, 系统防火的理念逐步得到树立, 防火玻璃系统技术得到开展, 并已成功使用于国内大型公共修建幕墙、防火分区、室外幕墙及门窗等修建部位。
2 防火玻璃系统技术
从技术角度讲,在发达国家,玻璃防火被看作为一个系统,要求防火玻璃与结构系统都具有防火功用。我国则存在知道上的误区,往往只重视玻璃自身的防火,这也导致我国防火玻璃全体配套水平与发达国家存在必定差距。功用再优异的防火玻璃,如果没有与之相匹配的防火结构和防火密封资料, 就不是完好的防火玻璃系统;反之亦然, 它们之间相得益彰。GB 15763.1一2001《修建用安全玻璃防火玻璃》第l号修正单就明确规则防火玻璃测验时试样应镶在与实践工程配套使用的结构系统内,便是强调了不同防火玻璃系统间的耐火功用差异性,这也直接催生了防火玻璃系统技术在我国的开展和逐步走向老练。
2.1防火玻璃的防火特性及使用现状
按耐火功用,防火玻璃可分为隔热型防火玻璃和非隔热型防火玻璃。隔热型防火玻璃是耐火功用一起满意耐火完好性和耐火隔热性(规范耐火实验中如背火面均匀温度超越初始温度140 ℃或背火面最高温度超越该点初始温度180 ℃,则以为试件失掉隔热性)的防火玻璃,即A 类防火玻璃`非隔热型防火玻璃是耐火功用仅能满意耐火完好性要求的防火玻璃,即C 类防火玻璃。
根据GB15763.1一2009( 修建用安全玻璃第l部分:防火玻璃》的规则, A类、C类防火玻璃的耐火极限分为0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h五个等级。防火玻璃在进行耐火功用实验时应选用明火加热,使试件遭到与实践火灾类似的火焰作用。实验炉炉内温度随时刻而改变,其改变规则应满意函数联系:
T-T0= 345 lg(8t+1)
式中:
T—升温到t时刻的均匀炉温,℃;
T0—炉内的初始温度,应在5 ℃-40 ℃规模之内;
t—实验所阅历的时刻,min 。
需求指出的是, 当防火玻璃用于挡烟垂壁时, 首要受热烟气影响, 其耐火功用要求与规范耐火实验有必定差异, 一般要求按GB/T9978一2008《修建构件耐火实验办法》规则的升温条件升温至620℃, 并在620 ℃±20℃温度条件下坚持30min时,防火玻璃挡烟垂壁应坚持完好性不损坏。
按结构, 防火玻璃可分为复合防火玻璃和单片防火玻璃。现在国内单片防火玻璃首要有两种技术路线:选用综合增强处理的高强度单片防火玻璃和特种防火玻璃(以硼硅酸盐防火玻璃为主) 。复合防火玻璃是在两片玻璃之间凝集一种通明而具有阻燃功用的凝胶,这种凝胶遇到高温时发作吸热分化反响,变为不通明,有隔绝火焰的作用。复合防火玻璃的出产办法分为夹层法和灌浆法两种,其长处是隔热,缺陷是不能直接用于外墙,难于深加工,长时刻紫外线照射下易起泡、发黄乃至失透。与复合防火玻璃比较,单片防火玻璃的长处是耐候性好、强度高、易于深加工及装置快捷等,但不隔热。单片防火玻璃和复合防火玻璃因功用上的差异在修建使用上属互补联系。
硼硅酸盐玻璃具有杰出的化学安稳性,较高的软化点(约850℃左右) ,较低的热胀大系数,可用作耐热和防火玻璃,使用这种玻璃作为防火玻璃一般厚度为6mm-8mm为宜,在国外一些发达国家中使用较为广泛。但硼硅酸盐防火玻璃因为熔制温度很高、成形温度高、熔制时硼蒸发、易发作硼硅分持平问题以及熔窑耐火资料侵蚀速度快等技术难点,技术门槛及成本十分高。
除硼硅酸盐防火玻璃外,特种防火玻璃还包含铝硅酸盐防火玻璃、微晶防火玻璃及软化温度高于800 ℃以上的钠钙料优质浮法玻璃等。其一起特色是:玻璃软化点较高,一般均在80℃以上,热胀大系数低,在强火焰下一般不会因高温而迸裂或变形,尤其是微晶防火玻璃,除具有上述特色外,还具有机械强度高、抗折、抗压强度高及杰出的化学安稳性和物理力学功用。但特种资料的防火玻璃(硼、铝硅酸盐防火玻璃,微晶防火玻璃)价格较高,商场较难接受, 现在我国单片防火玻璃技术根本选用平板玻璃物理或化学增强技术来进步玻璃的强度,使玻璃能够接受急热(或急冷)时发作的应力,然后具有防火的功用。
高强度单片防火玻璃的耐火机理是经过进步钠钙硅玻璃强度,来抗衡热应力进而避免玻璃外表微裂纹扩展构成的决裂。火灾时玻璃受热胀大,玻璃全体发作曲折变形,玻璃受火面的微裂纹遭到热应力作用, 逐步扩展构成玻璃决裂;单片防火玻璃强度极高, 比一般钢化玻璃有更大的预应力,改进了玻璃的抗热应力功用,当玻璃受热胀大,其外表的高预应力就会抵消发作的热应力, 使微裂纹不再扩展致玻璃决裂,然后确保在火焰冲击下或高温下的耐火功用。当玻璃全体遭到的热量大于背火面流失的热量时,玻璃全体温度逐步升高,沿高度方向,从受火面开端逐步进人软化区,直到玻璃背火面的粘度不足以支撑玻璃自身的分量时,玻璃全体(或部分)崩塌而失掉完好性。
虽然与传统的防火玻璃(如灌浆、复合防火玻璃)比较、单片防火玻璃有其无与伦比的优越性, 但在发作火灾时, 因为单片防火玻璃不隔热, 其热辐射对防火分区外的可燃、易燃物以及人的安全经过会发作影响,怎么使单片防火玻璃在具有通透的外观、确保杰出耐火功用的一起具有隔热性成为规划师重视的焦点。研究标明,经过对单片防火玻璃间隔施加主动喷淋维护系统能够解决单片防火玻璃隔热问题。经过在防火玻璃间隔上部边际方位设置主动水喷淋系统,当火灾发作后玻璃背火面空气温度到达喷淋喷头动作温度时,背火面主动喷淋系统启动,玻璃背火面构成继续水幕,带走了因热传递而使玻璃吸收的热量,使防火玻璃即便在很高的火灾荷载下也能维持较低的温度。有关的实验标明,在主动喷淋维护下,单片防火玻璃系统的隔热功用得到显着改进,热辐射被有用隔绝, 玻璃耐火时刻大大延伸, 而背火面温度在40 ℃以下,可彻底代替防火卷帘。
当防火玻璃结构系统无隔热性要求时,可选用C类防火玻璃。当防火玻璃结构系统有隔热性要求时,可选用A类防火玻璃或C类防火玻璃加水喷淋维护。
2. 2防火玻璃结构系统
防火玻璃结构系统首要由防火玻璃、耐火结构和防火密封资料组成,在必定时刻内满意耐火完好性或隔热性要求的非承重系统,包含防火玻璃幕墙、防火玻璃门窗、防火玻璃非承重隔墙、防火玻璃挡烟垂壁等。不同的结构系统对防火玻璃的耐火功用有不同影响。纯铝资料强度低,不能接受荷载。在纯铝中加人必定量的Mg,Mn,Si等元素后,可制成强度高的铝合金。铝合金框结构属非焚烧体,在火灾荷载作用下,跟着温度的升高其强度逐步下降,当温度超越250℃时,其强度急剧下降到原来的二分之一,370 ℃左右抗拉强度简直悉数丢失,且铝合金的熔点低(600℃-700 ℃) ,在火灾荷载的作用下,结构系统会很快熔融、垮塌,进而导致火灾延伸。因而铝型材不能用作抗火结构,只合适用于30 min以下耐火等级要求的防火间隔、门窗,30min以上的耐火等级一般选用具有抗高温氧化功用的耐热钢型材,钢型材作为一种“轻质高强”的修建资料,是抱负的抗火结构。防火玻璃钢结构为非承重结构,与主体承重钢结构有较大不同, 实践证明它在外表无防火涂料维护的状况下仍可耐火180min及1200℃高温下略有变形但坚持完好。而作为承重钢结构在火灾时,因为高温作用,强度丢失很快,需求在外表加上混凝土或防火涂料等维护。
抱负的结构规划是完结防火玻璃系统耐火功用的要害,而在规划中合理地挑选防火密封资料是防火系统的确保。据有关资料统计,在火灾中因受烟雾中毒、窒息而死亡的人占有较高的份额, 因而在防火系统中,密封是十分重要的环节。防火玻璃在装置时, 除了钢结构结构, 还需求耐火垫块、防火胀大密封条、防火密封胶、门窗密封件等系列辅助资料, 这类资料应选用不燃或难燃资料,其焚烧功用应契合现行国家规范GB50222一2001《修建内部装修规划防火规范》、GBJ16一87 《修建规划防火规范》和GB50045一2005《高层民用修建规划防火规范》的规则。耐火垫块可选用硅酸钙基或硅酸铝基的不燃资料,装置在防火玻璃的底边钢结构内,起到隔开玻璃和钢构件、支撑玻璃的作用,并避免钢构件导热快、使玻璃边部部分过热而迸裂的状况呈现。防火胀大密封条一般是根据可胀大石墨的胀大机理, 着火时约200℃左右可敏捷进行三维胀大,构成安稳的隔热阻火层,起到防火防烟的作用;防火密封胶一般为单组分中性硅酮胶,首要用于接缝密封,并美化外观。在规范耐火实验中,如果背火面防火胶着火,会直接导致测验失利。装置方面,防火玻璃与结构不得直接触摸,玻璃四周与结构凹槽底部应坚持必定的空地,每块玻璃下部应至少放置两块弹性定位耐火垫块,垫块应能接受该分格玻璃的自重荷载。
2. 2.1防火玻璃幕墙及隔墙
玻璃幕墙的通透性增加了火灾延伸的途径,火灾时火和烟会沿着幕墙外壁及内侧向邻近的楼层延伸,具有火势延伸快、烟气活动敏捷、分散补救困难等特色。防火玻璃幕墙的规划及耐火要求,应遵循GB12513一2006《镶玻璃构件耐火实验办法》、GB15763.1一2009《修建用安全玻璃第I 部分:防火玻璃》、GA97一1995 《防火玻璃非承重隔墙通用技术条件》等有关规则, 幕墙结构有必要与防火玻璃具有相同的耐火功用,一起具有杰出的防烟密封功用。防火玻璃幕墙结构上应选用明框方式,不该选用全隐框方式。其防火规划应在不影响其通透性及观赏性的基础上进行,尽量选用防火玻璃及耐火钢框(或钢铝组合结构) 。高精度钢型材有高质量外观及质感, 可独立构成防火玻璃幕墙;钢铝组合防火玻璃幕墙则由防火玻璃(幕墙面板) 、冷弯镀锌钢型材(抗火骨架) 、铝合金型材(装饰面材)及配件组成(见图1 、图2) , 兼有铝合金玻璃幕墙装置简捷与钢材的耐高温功用、高强度长处,是防火幕墙最优组合。
防火玻璃隔墙与防火玻璃幕墙的结构类似,但无竖框防火玻璃隔墙的防火玻璃之间应选用金属点构件,缝隙须选用耐火资料或防火胶等进行处理并满意相应的耐火功用要求。
钢铝组合防火玻璃幕墙及隔墙具有优良的修建作用及较高的经济性。铝合金(6063-T5)强度规划值85.5MPa,弹性模量E=0.7×10的五次方MPa ,钢材(Q235B )强度规划值215MPa ,是铝合金的2.5倍;弹性模量E =2.l×10的五次方M Pa,是铝合金的3.0倍,而有外表防腐处理的钢材价格不到铝合金的1/3。因而,较小截面尺度的钢材能够构成较大的幕墙分格,增加了玻璃幕墙的通透性;钢型材加铝合金装饰盖,在外观上与铝合金型材一样美观大方,具有较好的修建作用;施工上能够沿袭铝合
金玻璃幕墙的施工办法, 避免了钢型材施工需求现场电焊、喷漆的费事;产品系列化、系统化;此外,多种明框盖板型材、多种五金及密封配件可通用交换,装置简洁。
2.2.2钢质防火门窗
近年来央视大楼、沈阳皇朝万鑫等高层修建火灾带给人们的反思,除了修建物外围护结构所选定的保温资料有必要具有牢靠的防火功用外,莫过于火灾向高空敏捷延伸时, 消防救援设备受高度所限导致的无法救援, 这就需求在倡议修建节能减排的一起, 强化修建物的自救办法。这儿的自救办法首要有两种:主动自救办法和被迫自救办法。主动性办法指直接约束火灾发作和开展的技术, 如火灾勘探报警技术、喷水救活等;被迫性办法指进步或增强修建构件或资料接受火灾损坏才干的技术,如进步修建构件耐火功用的技术等。这些完善的自救办法,比消防队员更能敷衍突发火灾。门窗作为修建物外围护的开口部位,是修建消防设备必不可少的一环,其防火功用已成为避免高层修建火焰层间延伸的要害因素,防火门窗质量的好坏直接影响修建物抗御火灾的才干。钢质防火门窗是一种薄壁、截面面积大、形状杂乱的空腹结构, 这种钢结构特别合适选用接连冷弯出产。国内传统的钢质防火门窗因为受技术和设备的约束,一般均选用多个部件别离进行冷轧后再焊接而成,这种出产方式的钢结构一个显着的弊端是结构的出产需求经过多个人工过程,产品因为焊接热变形后精度不高,并且难以加工出产杂乱断面的门窗型材。钢质防火门窗型材冷弯成型技术是一种节约资料、节约能源、高效率的金属成型工艺,它是选用优质的热轧或冷轧钢材作为原资料,常温下经拉拔、冲压、折弯或辊式曲折成型机组加工而成。其制品出产工艺包含:冷弯资料准备、开卷工艺、矫平工艺、成型工艺、焊接工艺、堵截收集工艺等。根据老练的冷弯成型基础理论支撑,利用CAD/CAM对钢质防火门窗进行产品工艺规划以及冷弯设备的辊型规划,出产出的钢质防火型材具有产品外观精度高、断面尺度精度高、机械功用杰出、分量轻等特色。一起。经过其空腹结构规划,能下降门窗结构吸热速度,进一步进步其防火时刻,使得钢质防火门窗防火功用与防火玻璃防火功用愈加配套,充沛发挥防火门窗全体防火功用。传统以为钢门窗的结构截面小、强度低,实践上则恰恰相反,以门窗的主受力构件中立挺为例,在中立挺的抗风压强度核算中,常常选用以下资料力学公式:
[σ] ≤M/W
[σ]—资料的许用应力;
M—作用于主受力构件上的弯矩;
W—资料截面的抵抗距。
W=I/Y
式中:I—型材截面的主惯性矩;
Y—型材截面型心距主惯性矩轴方向外概括面两个间隔的最大值。
钢材的许用应力是[σ] =210 MPa;铝合金的许用应力是[σ] =70 MPa,正好是3倍之差。因为[σ]与I呈线性联系,当作用于主受力构件上的弯矩必定,使用钢质型材时,截面的主惯性矩仅需铝合金型材的1/3即可,而铝型材的厚度需求到达钢质型材的3倍才干接受相同的荷载。
现在,国家在大举推广修建外墙保温的节能行动,但是在当前大部分修建保温资料焚烧功用未到达A级的状况下,选用防火玻璃门窗与现在尚在很多使用的(例如B1、B2级)外墙保温资料结合使用的计划,是阻挠火灾延伸、削减火灾损坏、为生命和产业供给保证的一个经济、有用的解决办法。当高层修建外墙发作火灾时,防火玻璃门窗能够有用阻挠火势和烟雾向修建内部延伸及渗透,避免了一般门窗玻璃受火决裂后成为焚烧通道,引发内部火灾并演变成复合型火灾,保证修建内部的生命和产业安全。
前期央视热播的《超级工程》,上海中心大厦给人留下了深刻的印象,该修建的规划计划由美国Gensler修建规划事务所完结,主体修建结构高度为580 m,总高度632 m,总投入超越148亿元,将于2015年全面建成并启用,成为世界第一绿色摩天楼房。上海中心大厦内幕墙系统是现在在建高层修建工程中最为杂乱的修建幕墙系统之一,初次使用了从未呈现在350 m以上超高层修建中的双层玻璃幕墙,幕墙类型首要为单元式、结构式防火玻璃幕墙系统,而内幕墙所遇到的防火技术难题也是前所未有的,上海中心大厦的内幕墙工程是真实意义上的防火玻璃幕墙,该项目将使用近10万m2的单片防火玻璃,并配以精细钢铝型材支架系统。
上海中心大厦的表里幕墙之间,构成超大空间的中庭结构(图3),中庭自上至下分为7段,作为防火分隔设备的防火幕墙坐落内幕墙,其作用是经过防火幕墙这道防火分隔使不同的楼层构成独立关闭的防火分区,进而避免火焰的层间延伸。内幕墙防火规划的根据是国家规范对中庭有相关规则,即中庭与修建内部的防火分隔设备为幕墙系统时,作为防火分隔设备修建维护构件其耐火极限不该低于1.0 h并设置主动喷水救活系统进行维护。
上海中心大厦庭体量大,最高到达61.9 m,在功用化评价阶段,根据中庭大体量对烟气的容纳、缓冲作用,其在真实火灾条件下的受火面积及影响与规范实验有必定差异(图4):内幕墙温度较高的区域(B8幕墙系统),火灾时不只受烟气影响,并且直接暴露在火源辐射规模内;其它区域(B1幕墙系统)鉴于离火源较远,FDS模仿中显现除顶部遭到烟气影响外,B1幕墙系统在8 MW火灾荷载下温度均在240 ℃以下,温度较低。考虑到这些差异,在断定B1幕墙测验计划时,开始是考虑选用等效曝火时刻或选取挨近实践火灾的条件进行实验:
①选用规范实验炉进行测验。等效曝火时刻为中10min(根据规范实验曲线函数及8 MW火灾升温函数,求积分核算得出),若等效曝火时刻内构件能维持完好性,即以为在模仿的8 MW火灾下,远离火源的构件能坚持完好性;
②模仿实践火场设置实验参数。参阅相关实验数据,单位面积油盘火的火灾规模到达1.37MW,本项目8MW火灾可按6m油盘火考虑,构件离火源最近间隔按10 m规划,实验时刻为1 h,观测构件能否在1 h内坚持完好性。
规划团队终究断定,B1幕墙系统选用规范耐火实验条件,升温到240 ℃恒温1 h;B8幕墙仍选用规范耐火实验,耐火时刻1 h。
经充沛证明及很多实验验证,对于1 h防火要求的上海中心内幕墙,B1幕墙系统终究选用铝合金幕墙外加室内喷淋维护,玻璃选用夹层中空防火玻璃,即外片选用6 mm超白半钢化玻璃+0.89 SGP夹胶层+6mm超白半钢化玻璃(出于防玻璃自爆考虑),内片选用8 mm超白防火玻璃; B8幕墙系统终究选用精细钢铝型材结构(图5、图6),玻璃选用双面中空防火玻璃,即中空玻璃的表里片均选用8mm超白防火玻璃,整个防火幕墙系统能够供给完好、对称防火功用,不再设置喷淋维护系统。
3 结语
防火玻璃及系统技术是修建防火的重要环节,而抱负的结构规划是完结防火玻璃系统耐火功用的要害,以防火玻璃及钢型材(或钢铝结合型材)为主体的防火玻璃系统可满意修建门窗、幕墙和隔墙等的不同防火要求,跟着全社会对修建防火问题的益发重视,防火玻璃及结构系统已开端在上海中心大厦这一标志性修建得到突破性使用,这也预示着我国防火玻璃及系统技术的杰出开展空间和前景。
 
                        文章源自:防火玻璃       www.zgyklt.com
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