关于铝合金耐火窗的实现途径
专栏:行业资讯
发布日期:2021-08-16
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作者:任杰 李明新 张志成
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防火玻璃组合成的中空玻璃尺寸不能过大,安装在节能门窗型材当中,其装配尺寸(玻璃两侧余隙、嵌入深度、边缘间隙)都需要符合JGJ 113《建筑玻璃应用技术规程》要求,玻璃支承块应采用硬质防火玻璃垫片。

摘要:随着2015年5月1日GB 50016-2014《建筑设计防火规范》的实施,对建筑外窗提出了更高的要求。不仅要满足节能、装饰等要求,同时在规定范围内要满足耐火完整性要求。本文从标准、规范要求、设计方案、制作安装三个方面阐述了铝合金外窗实现耐火完整性的方式,以及在耐火窗设计方案确定过程中框架系统、玻璃系统、五金系统、密封系统具体的实现途径。

  关键词:耐火窗;设计;安装

  随着我国建筑节能政策的进一步落实,建筑外墙外保温系统得到了广泛的应用。当建筑外墙外保温材料发生火灾时,普通建筑外窗在受火破坏后成为火焰的燃烧通道,使火灾在建筑内部蔓延,从而形成立体火灾,高层建筑一旦发生火灾,可能会造成较大的经济损失和人员伤亡事故。火灾中烟雾蔓延、缺氧窒息是致人死亡的首要原因。窗玻璃受火破裂后成为火灾的燃烧通道,并在建筑内部蔓延。建筑外窗作为建筑物内外联通的部位,是建筑消防设施必不可少的一环,其防火性能已成为防止建筑物火焰层间蔓延的关键因素。

  建筑设计方案根据建筑种类和高度通过提高外墙外保温材料的燃烧级别,选择节能型的防火窗、选择耐火型建筑节能外窗等途径满足GB 50016-2014《建筑设计防火规范》的要求。

  在综合考虑产品节能、装饰效果、性能等因素的影响,耐火窗方案相比防火窗方案具有较好的节能优势、装饰性优势以及性能优势。

  铝合金耐火窗是在普通节能铝合金窗的基础上进行耐火性改造,其外观与普通建筑外窗一致,装饰效果好,耐火性改造对整窗的保温性能影响很小,可以满足工程保温性能的要求。

  为了实现外窗的耐火完整性,应当将窗作为一个整体的耐火系统来考虑,保证整窗的耐火完整性,需从框架系统、玻璃系统、五金系统、密封系统等多方面考虑。经过实际检测验证后,才能在工程项目中推广应用。

  1.标准、规范要求

  GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第6.7.7条规定:

  当建筑的外墙保温系统采用燃烧性能为B1、B2级的保温材料时,应符合下列规定:

  除采用B1级保温材料且建筑高度不大于24m的公共建筑或采用B1级保温材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外,建筑外墙上门、窗的耐火完整性不应低于0.50h。

  GB/T 31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》规定了建筑幕墙、门窗的性能分类及选用、要求和试验。

  GB/T 38252-2019《建筑门窗耐火完整性试验方法》规定了建筑门窗耐火完整性试验方法的术语和定义、分级、试验装置、试件及安装、试验条件、试验程序、试验结果及判定、试验报告。

  2.铝合金耐火窗设计方案

  2.1框架系统

  窗框架中,中梃为受力最为集中的部位,是窗框架系统中最为薄弱的环节,试验失败的情况多发生在中梃部位。可采取增加断面尺寸或者在型材腔体内(主要是中梃型材)穿入增强型钢的方法提高其抗变形能力和连接强度,避免由于中梃变形过大造成整窗失去耐火完整性。

  断桥铝合金耐火窗框架30min级别:要求型材抗风压强度达到4000Pa以上,型材抗变形能力强,一般不需要特殊加强即可满足要求,型材角部外侧、内侧铝型材分别采用铝合金角码组角连接(机械连接),中梃端部用铝合金连接件用销钉、不锈钢自攻螺钉连接,强度满足要求。

  断桥铝合金耐火窗框架60min级别:要求型材抗风压强度达到6000Pa以上,型材强度如果不满足要求,可以采取增加断面尺寸或者在型材腔体内(主要是中梃型材)穿入钢芯、角部采用内角钢片和连接板的方式连接。铝合金腔体内加入吸热型防火材料,这种材料在高温条件下能吸收大量热量,降低铝合金型材温升速度,延迟耐火窗框架的耐火时间。选择吸热型防火材料时,应避免防火材料与型材内壁长期接触产生化学反应造成型材腐蚀。

  2.2玻璃系统

  耐火窗必须选用防火玻璃,防火玻璃与其它玻璃组合形成中空玻璃,防火玻璃必须布置在背火面一侧,防火玻璃对整体玻璃的保温性能和可见光透过率影响不大,中空玻璃总体的保温性能和可见光透过率需要整体考虑。

  防火玻璃应符合GB 15763.1-2009 《建筑用安全玻璃 第1部分防火玻璃》的有关规定。

  实际应用较多的防火玻璃分为单片防火玻璃、复合防火玻璃,根据需要选用。

  单片防火玻璃(铯钾玻璃)是通过物理和化学方法对普通玻璃进行处理以改善玻璃热冲击性能,可以在30-90分钟内保证在火焰冲击和高温状态下部破裂,板面尺寸不受特殊限制,透光性好,没有方向性,两个表面均均有相同的防火效果,火中能够保持通透,在同样的厚度下,强度是普通浮法玻璃的6-12倍,钢化玻璃的1.5-3倍。

  但是单片防火玻璃(铯钾玻璃)不具备阻挡热辐射的能力,热量大量透过单片防火玻璃并长时间积累会导致低熔点的锌合金材料失效或阻燃密封材料燃烧,整窗便会失去耐火完整性。(见图4)目前单片防火玻璃多用于制作30min完整性耐火窗。

  复合防火玻璃是有多层浮法玻璃组合而成,中间夹有防火浆,火灾时受火面玻璃破裂,防火浆受热膨胀发泡形成隔热层(见图5)。耐火性能稳定并且具有一定的阻挡热辐射的能力,可以用于制作30min和60min完整性的耐火窗。

  但是复合防火玻璃耐久性、透光性差、面板尺寸有局限,受紫外线照射会发生变色、起泡等缺陷。

  防火玻璃组合成的中空玻璃尺寸不能过大,安装在节能门窗型材当中,其装配尺寸(玻璃两侧余隙、嵌入深度、边缘间隙)都需要符合JGJ 113《建筑玻璃应用技术规程》要求,玻璃支承块应采用硬质防火玻璃垫片。防火玻璃四周需要安装钢质卡件,用来限制防火玻璃在受火时向室外或室内侧的移动(铝型材等受温度影响而变软,降低限制玻璃向室外移动的能力)。

  钢质卡件通过不锈钢螺钉固定到背火面铝材或者钢衬上,这样能保证框架完整时玻璃处于正确的位置上,以保证整窗的基本完整。单侧卡件一般用于复合防火玻璃中(见图6),双侧卡件用于单片防火玻璃中(见图7)。

  2.3五金系统

  断桥铝合金耐火窗五金系统30min级别:推荐选用C槽结构五金,内开下悬五金因为锁闭点比内平开窗多,应优先选用内开下悬五金。五金件的承重级别应比非耐火窗级别适当加大,不需要特殊改进,即可满足耐火完整性30min要求。可适当采用增加合页数量、隐藏式中间锁、传动器侧的锁闭点数量等方法来提高框扇之间的结构强度。

  断桥铝合金耐火窗五金系统60min级别:推荐选用C槽结构五金,同样内开下悬五金要优于内平开五金。五金件的承重级别应比非耐火窗级别适当加大,并且对局部进行加强处理(见图8)。

  采用尼龙或压铸锌合金等低熔点材料的部件应采取加强措施。

  在合页的不锈钢轴与窗框铝合金合页瓣上增加一个紧定顶丝,防止因尼龙轴套软化导致的不锈钢轴脱落。在不影响整窗性能、外观的基础上也可以采用钢制合页(见图9)。

  将锌合金压铸的锁座替换成钢质材料的锁座;并将锁点、锁块固定在钢芯上。避免因高温造成锁块软化变形。

  满足上述要求才能够达到60min耐火完整性级别,试验中如果出现问题,要检查型材框架的抗变形能力(如中梃型材),及出现问题的五金件部位的密封和隔热材料的应用是否合理。

  2.4密封系统

  铝合金耐火窗的密封系统分为两种:

  第一种功能是受火焰高温影响状态,防火玻璃、型材框架等严重变形,缝隙变大,密封系统在高温情况下能够使缝隙密封,阻止火焰和烟气从受火面大量穿透到背火面。如:石墨基膨胀型防火条:遇火时可以膨胀至原有体积的15-30倍,填充周围的缝隙和孔洞,从而形成极为有效的防火防烟屏障。膨胀形成的碳泡具有粘性,不易灰化流失或者被吹落,烧蚀速度慢。可以与自粘胶带复合,方便安装,避免防火条脱落。

  第二种功能是非高温情况下的门窗正常使用状态,防火玻璃、型材框架等只受到窗本身重量、外界风压、五金件磨损等影响,有微小变形,这些缝隙有效密封,达到节能门窗较高的密封性能和保温性能,并且长时间使用性能衰减在可控制的合理范围内。如:阻燃型三元乙丙密封胶条或者阻燃型密封胶,形成常温状态下的密封系统。阻燃密封胶条包括防尘胶条、中间胶条、框扇密封条、玻外密封条、玻内密封条,可以起到正常使用状态下的严密密封。高温情况下不易燃烧,不会在背火面直接燃烧。阻燃胶条要求达到B1级燃烧等级。阻燃型密封胶符合标准GB/T 24267-2009《建筑用阻燃密封胶》,阻燃性能为FV-0级。阻燃型密封胶主要用于替代玻外密封胶条和玻内密封胶条。

  耐火窗系统30min配置:石墨基膨胀型防火条+阻燃型三元乙丙密封胶条。

  耐火窗系统60min配置:基本与耐火窗密封系统30min配置一致。可以在型材隔热条中间穿膨胀型防火条,阻挡热量从受火面型材向背火面型材的辐射,也可以在铝合金型材向火面部分的支臂背火面一侧增加一层陶瓷纤维材料的防火棉条,以减少热量通过空隙从向火面向背火面的热辐射。

  3. 铝合金耐火窗制作、安装要求

  3.1制作要求

  耐火窗制作前要进行相关的培训和技术交底。

  耐火窗制作前应检查相关材料是否合格,尤其是耐火、防火材料,不合格材料不能应用。合理安排好所增加的耐火、防火材料的安装顺序,避免窝工和返工现象。

  耐火窗的各加工工序,其加工精度应该严格要求,保证合理的搭接,良好的密封性能,能够更好地保证耐火完整性的达成。所有连接部位必须可靠,五金件调整后窗扇四周搭接量应一致,开启灵活,关闭密封严密。

  玻璃安装后周边间隙一致均匀,防火玻璃垫片和玻璃卡件既能限制玻璃移动失去正确位置,又不能卡得过紧,必须要预留合理的变形空间,以防止防火玻璃的非正常炸裂。

  所有耐火部件安装到位,达到设计要求。耐火窗的检验要增加相应的耐火材料的安装质量检验,保证批量产品符合设计要求。

  3.2安装要求

  耐火窗安装时必须保证每个安装点与墙体固定牢固可靠,不会产生窗框因火焰高温影响后,出现脱离墙体并产生较大透火透烟的通道现象。不允许把安装用螺钉或者膨胀螺栓固定在尼龙隔热条或塑芯上,必须要固定在室内侧铝合金型材,或者增强型钢上。

  耐火窗安装后,五金件调整后窗扇四周搭接量应一致,开启灵活,关闭密封严密。玻璃安装时周边耐火材料安装要到位,玻璃周边与型材间隙一致,防火玻璃垫片和玻璃卡件按要求安装并调节合适,既能限制玻璃移动失去正确位置,又不能卡得过紧。

  耐火窗安装后墙体缝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现密封漏洞。

  检查所有耐火材料安装到位,达到设计目标(窗框、窗扇之间的膨胀防火密封条等不能有丢失或脱落)。

  铝合金耐火窗安装系统设计主要考虑耐火窗的窗框与墙体必须要连接牢固,不应产生窗框因火焰高温影响后,出现脱离墙体,产生较大透火透烟的通道现象。安装材料本身必须采用阻燃型材料,避免由于安装材料导致的阻挡火焰失效。

  耐火窗安装系统配置:安装方式与普通节能门窗安装方式一致,固定点的数量符合规范要求。耐火窗与墙体之间填充水泥砂浆或者是阻燃型发泡胶(也可采用陶瓷纤维防火条)。耐火窗周边两侧与墙体缝隙采用阻燃型密封胶密封。

  

       结论:玻璃槽口应设置合理间隙,以协调玻璃与框架的变形。防止因玻璃脱框而产生窜火的缝隙。玻璃四周与构件凹槽底部应保持一定的空隙。所用加强钢或铝衬应连接成封闭的框架。玻璃不应与其他刚性材料直接接触,玻璃与框架之间的间隙用柔性不燃材料填充。耐火窗的使用是关乎生命、财产安全的大事,应该予以高度重视,相关加工工艺应严格遵守,并落实质量检验制度。


  参考文献

  [1] GB 50016-2014《建筑设计防火规范》

  [2] GB/T 31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》

  [3] GB/T 38252-2019《建筑门窗耐火完整性试验方法》

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

  [5] JGJ 113-2009建筑玻璃应用技术规程》

  [6] GB/T 24267-2009《建筑用阻燃密封胶》


本篇文章内容转自[中国幕墙网ALwindoor.com]

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