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關于鋁合金耐火窗的實現途徑

來源:2021論文集  作者:任杰 李明新 張志成  日期:2021-4-14
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  摘要:隨著2015年5月1日GB 50016-2014《建筑設計防火規范》的實施,對建筑外窗提出了更高的要求。不僅要滿足節能、裝飾等要求,同時在規定范圍內要滿足耐火完整性要求。本文從標準、規范要求、設計方案、制作安裝三個方面闡述了鋁合金外窗實現耐火完整性的方式,以及在耐火窗設計方案確定過程中框架系統、玻璃系統、五金系統、密封系統具體的實現途徑。
  關鍵詞:耐火窗;設計;安裝

  本篇文章內容由[中國幕墻網ALwindoor.com]編輯部整理發布:

  摘要:隨著2015年5月1日GB 50016-2014建筑設計防火規范(詞條“建筑設計防火規范”由行業大百科提供)》的實施,對建筑外窗提出了更高的要求。不僅要滿足節能、裝飾等要求,同時在規定范圍內要滿足耐火完整性要求。本文從標準、規范要求、設計方案、制作安裝三個方面闡述了鋁合金(詞條“鋁合金”由行業大百科提供)外窗實現耐火完整性的方式,以及在耐火窗設計方案確定過程中框架系統、玻璃系統、五金系統、密封系統具體的實現途徑。

  關鍵詞:耐火窗;設計;安裝

  隨著我國建筑節能政策的進一步落實,建筑外墻外保溫系統得到了廣泛的應用。當建筑外墻外保溫材料發生火災時,普通建筑外窗在受火破壞后成為火焰的燃燒通道,使火災在建筑內部蔓延,從而形成立體火災,高層建筑一旦發生火災,可能會造成較大的經濟損失和人員傷亡事故。火災中煙霧蔓延、缺氧窒息是致人死亡的首要原因。窗玻璃受火破裂(詞條“破裂”由行業大百科提供)后成為火災的燃燒通道,并在建筑內部蔓延。建筑外窗作為建筑物內外聯通的部位,是建筑消防設施必不可少的一環,其防火性能已成為防止建筑物火焰層間蔓延的關鍵因素。

  建筑設計方案根據建筑種類和高度通過提高外墻外保溫材料的燃燒級別,選擇節能型的防火窗、選擇耐火型建筑節能外窗等途徑滿足GB 50016-2014《建筑設計防火規范》的要求。

  在綜合考慮產品節能、裝飾效果、性能等因素的影響,耐火窗方案相比防火窗方案具有較好的節能優勢、裝飾性優勢以及性能優勢。

  合金耐火窗是在普通節能鋁合金窗的基礎上進行耐火性(詞條“耐火性”由行業大百科提供)改造,其外觀與普通建筑外窗一致,裝飾效果好,耐火性改造對整窗的保溫性能影響很小,可以滿足工程保溫性能的要求。

  為了實現外窗的耐火完整性,應當將窗作為一個整體的耐火系統來考慮,保證整窗的耐火完整性,需從框架系統、玻璃系統、五金系統、密封系統等多方面考慮。經過實際檢測驗證后,才能在工程項目中推廣應用。

  1.標準、規范要求

  GB 50016-2014《建筑設計防火規范》第6.7.7條規定:

  當建筑的外墻保溫系統采用燃燒性能(詞條“燃燒性能”由行業大百科提供)為B1、B2級的保溫材料時,應符合下列規定:

  除采用B1級保溫材料且建筑高度不大于24m的公共建筑或采用B1級保溫材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外,建筑外墻上門、窗的耐火完整性不應低于0.50h。

  GB/T 31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術條件》規定了建筑幕墻、門窗的性能分類及選用、要求和試驗。

  GB/T 38252-2019《建筑門窗耐火完整性試驗方法》規定了建筑門窗耐火完整性試驗方法的術語和定義、分級、試驗裝置、試件及安裝、試驗條件、試驗程序、試驗結果及判定、試驗報告。

  2.鋁合金耐火窗設計方案

  2.1框架系統

  窗框架中,中梃為受力最為集中的部位,是窗框架系統中最為薄弱的環節,試驗失敗的情況多發生在中梃部位。可采取增加斷面尺寸或者在型材腔體內(主要是中梃型材)穿入增強型鋼的方法提高其抗變形能力和連接強度,避免由于中梃變形過大造成整窗失去耐火完整性。

  斷橋鋁合金耐火窗框架30min級別:要求型材抗風壓強度達到4000Pa以上,型材抗變形能力強,一般不需要特殊加強即可滿足要求,型材角部外側、內側鋁型材分別采用鋁合金角碼組角連接(機械連接),中梃端部用鋁合金連接件銷釘不銹鋼自攻螺釘連接,強度滿足要求。

  斷橋鋁(詞條“斷橋鋁”由行業大百科提供)合金耐火窗框架60min級別:要求型材抗風壓強度達到6000Pa以上,型材強度如果不滿足要求,可以采取增加斷面尺寸或者在型材腔體內(主要是中梃型材)穿入鋼芯、角部采用內角鋼片連接板的方式連接。鋁合金腔體內加入吸熱型防火材料,這種材料在高溫條件下能吸收大量熱量,降低鋁合金型材溫升速度,延遲耐火窗框架的耐火時間。選擇吸熱型防火材料時,應避免防火材料與型材內壁長期接觸產生化學反應造成型材腐蝕

  2.2玻璃系統

  耐火窗必須選用防火玻璃,防火玻璃與其它玻璃組合形成中空玻璃,防火玻璃必須布置在背火面一側,防火玻璃對整體玻璃的保溫性能和可見光透過率影響不大,中空玻璃總體的保溫性能和可見光透過率需要整體考慮。

  防火玻璃應符合GB 15763.1-2009 《建筑用安全玻璃 第1部分防火玻璃》的有關規定。

  實際應用較多的防火玻璃分為單片防火玻璃復合防火玻璃,根據需要選用。

  單片防火玻璃(銫鉀玻璃(詞條“銫鉀玻璃”由行業大百科提供))是通過物理和化學方法對普通玻璃進行處理以改善玻璃熱沖擊性能,可以在30-90分鐘內保證在火焰沖擊和高溫狀態下部破裂,板面尺寸不受特殊限制,透光性好,沒有方向性,兩個表面均均有相同的防火效果,火中能夠保持通透,在同樣的厚度下,強度是普通浮法玻璃的6-12倍,鋼化玻璃的1.5-3倍。

  但是單片防火玻璃(銫鉀玻璃(詞條“鉀玻璃”由行業大百科提供))不具備阻擋熱輻射的能力,熱量大量透過單片防火玻璃并長時間積累會導致低熔點鋅合金材料失效或阻燃密封材料燃燒,整窗便會失去耐火完整性。(見圖4)目前單片防火玻璃多用于制作30min完整性耐火窗。

  復合防火玻璃是有多層浮法玻璃組合而成,中間夾有防火漿,火災時受火面玻璃破裂,防火漿受熱膨脹發泡形成隔熱層(見圖5)。耐火性能穩定并且具有一定的阻擋熱輻射的能力,可以用于制作30min和60min完整性的耐火窗。

  但是復合防火玻璃耐久性、透光性差、面板尺寸有局限,受紫外線照射會發生變色、起泡等缺陷。

  防火玻璃組合成的中空玻璃尺寸不能過大,安裝在節能門窗型材當中,其裝配尺寸(玻璃兩側余隙、嵌入深度、邊緣間隙)都需要符合JGJ 113《建筑玻璃應用技術規程》要求,玻璃支承塊應采用硬質防火玻璃墊片。防火玻璃四周需要安裝鋼質卡件,用來限制防火玻璃在受火時向室外或室內側的移動(鋁型材等受溫度影響而變軟,降低限制玻璃向室外移動的能力)。

  鋼質卡件通過不銹鋼螺釘固定到背火面鋁材或者鋼襯上,這樣能保證框架完整時玻璃處于正確的位置上,以保證整窗的基本完整。單側卡件一般用于復合防火玻璃中(見圖6),雙側卡件用于單片防火玻璃中(見圖7)。

  2.3五金系統

  斷橋鋁合金耐火窗五金系統30min級別:推薦選用C槽結構五金,內開下懸五金因為鎖閉點比內平開窗(詞條“平開窗”由行業大百科提供)多,應優先選用內開下懸五金。五金件(詞條“五金件”由行業大百科提供)的承重級別應比非耐火窗級別適當加大,不需要特殊改進,即可滿足耐火完整性30min要求。可適當采用增加合頁(詞條“合頁”由行業大百科提供)數量、隱藏式中間鎖、傳動器側的鎖閉點數量等方法來提高框扇之間的結構強度

  斷橋鋁合金耐火窗五金系統60min級別:推薦選用C槽結構五金,同樣內開下懸五金要優于內平開五金。五金件的承重級別應比非耐火窗級別適當加大,并且對局部進行加強處理(見圖8)。

  采用尼龍壓鑄鋅合金等低熔點材料的部件應采取加強措施。

  在合頁的不銹鋼軸與窗框鋁合金合頁瓣上增加一個緊定頂絲,防止因尼龍軸套軟化導致的不銹鋼軸脫落。在不影響整窗性能、外觀的基礎上也可以采用鋼制合頁(見圖9)。

  將鋅合金壓鑄的鎖座替換成鋼質材料的鎖座;并將鎖點、鎖塊固定在鋼芯上。避免因高溫造成鎖塊軟化變形。

  滿足上述要求才能夠達到60min耐火完整性級別,試驗中如果出現問題,要檢查型材框架的抗變形能力(如中梃型材),及出現問題的五金件部位的密封和隔熱材料的應用是否合理。

  2.4密封系統

  鋁合金耐火窗的密封系統分為兩種:

  第一種功能是受火焰高溫影響狀態,防火玻璃、型材框架等嚴重變形,縫隙變大,密封系統在高溫情況下能夠使縫隙密封,阻止火焰和煙氣從受火面大量穿透到背火面。如:石墨基膨脹型防火條:遇火時可以膨脹至原有體積的15-30倍,填充周圍的縫隙和孔洞,從而形成極為有效的防火防煙屏障。膨脹形成的碳泡具有粘性,不易灰化流失或者被吹落,燒蝕速度慢。可以與自粘膠帶復合,方便安裝,避免防火條脫落。

  第二種功能是非高溫情況下的門窗正常使用狀態,防火玻璃、型材框架等只受到窗本身重量、外界風壓、五金件磨損等影響,有微小變形,這些縫隙有效密封,達到節能門窗較高的密封性能和保溫性能,并且長時間使用性能衰減在可控制的合理范圍內。如:阻燃型三元乙丙密封膠條或者阻燃型密封膠,形成常溫狀態下的密封系統。阻燃密封膠條包括防塵膠條、中間膠條、框扇密封條、玻外密封條、玻內密封條,可以起到正常使用狀態下的嚴密密封。高溫情況下不易燃燒,不會在背火面直接燃燒。阻燃膠條要求達到B1級燃燒等級。阻燃型密封膠符合標準GB/T 24267-2009《建筑用阻燃密封膠》,阻燃性(詞條“阻燃性”由行業大百科提供)能為FV-0級。阻燃型密封膠主要用于替代玻外密封膠條和玻內密封膠條。

  耐火窗系統30min配置:石墨基膨脹型防火條+阻燃型三元乙丙密封膠條。

  耐火窗系統60min配置:基本與耐火窗密封系統30min配置一致。可以在型材隔熱條中間穿膨脹型防火條,阻擋熱量從受火面型材向背火面型材的輻射,也可以在鋁合金型材向火面部分的支臂背火面一側增加一層陶瓷纖維(詞條“纖維”由行業大百科提供)材料的防火棉(詞條“防火棉”由行業大百科提供)條,以減少熱量通過空隙從向火面向背火面的熱輻射。

  3. 鋁合金耐火窗制作、安裝要求

  3.1制作要求

  耐火窗制作前要進行相關的培訓和技術交底。

  耐火窗制作前應檢查相關材料是否合格,尤其是耐火、防火材料,不合格材料不能應用。合理安排好所增加的耐火、防火材料的安裝順序,避免窩工和返工現象。

  耐火窗的各加工工序,其加工精度應該嚴格要求,保證合理的搭接(詞條“搭接”由行業大百科提供),良好的密封性能,能夠更好地保證耐火完整性的達成。所有連接部位必須可靠,五金件調整后窗扇四周搭接量應一致,開啟靈活,關閉密封嚴密。

  玻璃安裝后周邊間隙一致均勻,防火玻璃墊片和玻璃卡件既能限制玻璃移動失去正確位置,又不能卡得過緊,必須要預留合理的變形空間,以防止防火玻璃的非正常炸裂。

  所有耐火部件安裝到位,達到設計要求。耐火窗的檢驗要增加相應的耐火材料的安裝質量檢驗,保證批量產品符合設計要求。

  3.2安裝要求

  耐火窗安裝時必須保證每個安裝點與墻體固定牢固可靠,不會產生窗框因火焰高溫影響后,出現脫離墻體并產生較大透火透煙的通道現象。不允許把安裝用螺釘或者膨脹螺栓固定在尼龍隔熱條或塑芯上,必須要固定在室內側鋁合金型材,或者增強型鋼上。

  耐火窗安裝后,五金件調整后窗扇四周搭接量應一致,開啟靈活,關閉密封嚴密。玻璃安裝時周邊耐火材料安裝要到位,玻璃周邊與型材間隙一致,防火玻璃墊片和玻璃卡件按要求安裝并調節合適,既能限制玻璃移動失去正確位置,又不能卡得過緊。

  耐火窗安裝后墻體縫隙的填充和密封按照要求施工到位,不能采用非阻燃材料和出現密封漏洞。

  檢查所有耐火材料安裝到位,達到設計目標(窗框、窗扇之間的膨脹防火密封條等不能有丟失或脫落)。

  鋁合金耐火窗安裝系統設計主要考慮耐火窗的窗框與墻體必須要連接牢固,不應產生窗框因火焰高溫影響后,出現脫離墻體,產生較大透火透煙的通道現象。安裝材料本身必須采用阻燃型材料,避免由于安裝材料導致的阻擋火焰失效。

  耐火窗安裝系統配置:安裝方式與普通節能門窗安裝方式一致,固定點的數量符合規范要求。耐火窗與墻體之間填充水泥砂漿或者是阻燃型發泡膠(也可采用陶瓷纖維防火條)。耐火窗周邊兩側與墻體縫隙采用阻燃型密封膠密封。

  結論:玻璃槽口應設置合理間隙,以協調玻璃與框架的變形。防止因玻璃脫框而產生竄火的縫隙。玻璃四周與構件凹槽底部應保持一定的空隙。所用加強鋼或鋁襯應連接成封閉的框架。玻璃不應與其他剛性材料直接接觸,玻璃與框架之間的間隙用柔性不燃材料填充。耐火窗的使用是關乎生命、財產安全的大事,應該予以高度重視,相關加工工藝應嚴格遵守,并落實質量檢驗制度。

  參考文獻

  [[1]] GB 50016-2014《建筑設計防火規范》

  [2] GB/T 31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術條件》

  [3] GB/T 38252-2019《建筑門窗耐火完整性試驗方法》

  [4] GB 15763.1-2009《建筑用安全玻璃 第1部分 防火玻璃》

  [5] JGJ 113-2009建筑玻璃應用技術規程》

  [6] GB/T 24267-2009《建筑用阻燃密封膠》

作者單位:北京嘉寓門窗幕墻股份有限公司

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原文地址:http://www.52mqw.com/info/2021-4-14/48204-1.htm
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