防火玻璃在高层建筑幕墙中应用的思考

贵州防火玻璃厂浅析防火玻璃在高层建筑幕墙中应用的思考 

0 前言

北京央视“2·9”重大火灾和上海“11·15”特大火灾发生后，建筑外墙玻璃防火安全问题引起社会各界的普遍关注。为防止类似悲剧再度上演，国内一些专家纷纷提出在建筑中推广应用防火玻璃。

2011 年2 月3 日，沈阳皇朝万鑫火灾A 塔楼和B 塔楼由于外墙玻璃分别选用防火玻璃和普通玻璃，火灾中火势蔓延和灾后损失都存在巨大差异，火灾事实充分说明在高层建筑中推广应用防火玻璃对于防灾减灾具有积极的意义。

防火玻璃是一种在规定的耐火试验中能够保持其完整性和隔热性的特种玻璃，防火玻璃在平常状态下具有象普通玻璃一样的光学性能和力学性能，在火灾情况下还能减缓热量传播、阻缓烟气和火势蔓延，最大限度地降低火灾损失。在一些有特殊要求的重要场合，防火玻璃发挥着举足轻重的作用。

1 防火玻璃的类型及耐火性能

防火玻璃经过十几年的发展，生产工艺以及产品性能尤其是耐火性能发生了很大变化。在建筑消防安全中发挥的作用也越来越大。建筑用防火玻璃按生产工艺和结构组成不同分为夹层防火玻璃、夹丝防火玻璃和单片防火玻璃。

1． 1夹层防火玻璃

夹层防火玻璃是由两层或两层以上玻璃片材经防火胶粘剂复合而成，或由一层玻璃片材与有机耐火隔热材料复合而成，或在两片或两片以上的单层玻璃的四周先用边框条密封好，然后由灌注口灌入防火胶复合而成的，并满足相应耐火性能要求的特种玻璃。在室温下和火灾发生初期，夹层防火玻璃和普通平板玻璃一样具有透光性能和装饰性能，发生火灾后，随着火势的蔓延扩大，火灾温度升高，夹层防火玻璃防火夹层受热膨胀发泡，形成很厚的防火隔热层，起到防火隔热和防火分隔作用。但夹层防火玻璃在生产中会产生微小的气泡，在紫外线照射及火焰高温作用下很快变成乳白色，失去了玻璃通透这个基本功能，影响其在建筑幕墙构造中的推广应用。

1． 2夹丝防火玻璃

夹丝防火玻璃是在两层玻璃中间的有机胶片或无机浆体夹层中夹入金属丝网构成的复合体。丝网加入后不仅提高防火玻璃的整体抗冲击强度，而且能与电加热和安全报警系统相连接，起到多种功能的作用，但夹丝防火玻璃内部的金属网丝影响了防火玻璃的透光率和视觉效果。无法实现玻璃幕墙应达到的建筑物和周围环境情景交融、建筑立面流光溢彩的美感要求。

1． 3单片防火玻璃

单片防火玻璃是在一定耐火时限内具有耐火完整性、能够有效阻隔火焰及烟雾蔓延但不具备隔温绝热功效的单层透明特种玻璃，是我国近年才引进的防火玻璃生产技术。

单片防火玻璃中的单片铯钾高强防火玻璃是对单片的普通浮法平板玻璃通过特殊的物理化学处理，在高温高压状态下进行20 多小时离子交换替换玻璃表面的金属钠，经再生产制成的高强度高耐火、能抵抗强度的快速变化和热浪冲击的特种安全玻璃。单片铯钾高强防火玻璃的强度是普通玻璃的6～ 12 倍，是钢化玻璃的1. 5 ～ 3 倍。单片铯钾高强防火玻璃通过国家防火建筑材料质量监督检验中心的检测，其防火性能达到并超过GB15763． 1—2001《建筑用安全玻璃防火玻璃》所规定的C 类I 级的要求，在1000℃火焰冲击下能保持96 ～ 183 分钟不炸裂，从而有效地阻止火焰与烟雾蔓延，有利于第一时间发现火情，使人们有足够时间撤离现场，并为救灾工作争取时间。单片铯钾高强防火玻璃由于表面的内应力效果，当玻璃破碎时碎块呈现微小钝形颗粒状态减少对人体造成伤害。单片铯钾高强防火玻璃与夹层防火玻璃、夹丝防火玻璃相比，除了高强度高耐火性能之外，最大的特点是高透光性和耐候性。在紫外线及火焰高温作用下不会生成乳化变白隔热层，依然保持通透功能。由于单片铯钾防火玻璃高强度、高耐火性、高通透性和优秀的耐候性，可广泛应用于高层建筑外幕墙代替传统幕墙玻璃，提高建筑玻璃幕墙的消防安全水平。

2 推广防火玻璃幕墙

在国外发达国家和地区，防火玻璃幕墙的应用已有较长的历史，在我国，由于受防火玻璃技术的限制，防火玻璃主要用在防火窗、防火门及一些内部防火分隔中，在玻璃幕墙构造中推广应用防火玻璃工程不多。但近年来，全国各地大中城市先后出现了争相建造超高建筑热。这一发展动态已引起建设主管部门对高层建筑在防火玻璃使用方面的高度重视。

北京央视“2·9”重大火灾和上海“11·15”特大火灾发生后，贵州防火玻璃厂建筑外墙玻璃防火安全问题引起社会各界的普遍关注。为防止类似悲剧再度上演，国内一些专家纷纷提出，在建筑中推广应用防火玻璃和防火玻璃幕墙代替普通玻璃幕墙。

普通幕墙玻璃均不耐火，普通浮法玻璃遇火破裂损坏时间仅为1 分钟，钢化玻璃仅为5 分钟，而在由框架、密封胶条、玻璃共同组成的幕墙构造体系中，玻璃在250℃左右即会炸裂，当幕墙玻璃炸裂掉落后，火焰可从幕墙外侧窜到上层墙面烧裂上层玻璃幕墙后，窜入上层室内。而且垂直幕墙与水平楼板之间往往存在缝隙，如果未经处理或处理不合理，火灾初起时，浓烟、高温和火焰会通过该缝隙向上层蔓延扩散。

1988 年美国洛杉矶第一洲际银行大楼起火后，由于幕墙玻璃很快炸裂，火焰沿外墙上卷延烧，造成十分惨重的损失。1994 年1 月30 日，上海沪西文化宫二楼火灾，由于外墙面玻璃幕墙无防火处理，火灾10 ～ 15 分钟后幕墙框架构件熔化掉落，玻璃炸裂，整个建筑全部受灾。2011 年2 月3 日，沈阳市标志性建筑沈阳皇朝万鑫酒店由于燃放烟花爆竹引燃塑料草坪和可燃胶条引发了一起震惊全国的大火，B 塔楼使用的是普通外窗玻璃，火灾蔓延B塔楼的保温材料完全燃烧殆尽，外窗玻璃几乎完全破裂掉落，B 塔楼内部完全被烧毁。A 塔楼选用了单片铯钾高强防火玻璃，火灾蔓延A 塔楼的保温材料完全燃烧殆尽，但外窗玻璃完好无损，A 塔楼内部没有受到火灾影响，依然富贵华丽，依然正常营业。

其火灾情况对比见表1。

通过对比分析可以认为，A 塔楼使用的防火玻璃有效的阻止了外保温层的火灾烟雾向建筑内部的蔓延渗透，而B 塔楼使用的普通玻璃破裂形成火灾蔓延的通道，火势由外向内迅速发展为复杂的立体燃烧大火，使消防扑救和火势控制变得极其困难。提高建筑外窗和外墙防火性能，可有效阻止火势蔓延，是降低火灾损失和减少人员伤亡的重要措施。安装防火玻璃将成为高层建筑阻止火势蔓延的重要手段。

3 防火玻璃幕墙的设计要求

防火是建筑安全设计中的一个十分重要的项目，一座建筑物的各个区域必须按照建筑规范设计防火等级，在这些区域使用的玻璃构件必须等于或高于该区域要求的防火级别，只有这样才能将火焰和烟气限制在某一区域、防止其蔓延，同时也可为尽快扑灭火灾提供有利条件，虽然玻璃幕墙本身一般不具有防火性能，但是它作为建筑的外围护结构，是建筑整体中的一部分，其防火设计应与建筑整体防火要求相适应。普通玻璃幕墙作为建筑物外围护结构的墙体部位，是火势通过外部向内蔓延的重要通道。但随着防火玻璃技术的发展，单片铯钾防火玻璃已经能应用到外墙幕墙构造中，发挥更好的防火、阻火作用。

目前，我国已经有一些建筑正在使用防火玻璃幕墙。根据建筑设计防火规范对建筑幕墙防火设计的规定，笔者认为，防火玻璃幕墙的设计应符合以下要求。

3． 1 防火玻璃幕墙主龙骨的选择

我国玻璃幕墙设计施工时，采用比较广泛的是铝合金骨架隐框玻璃幕墙。但由于铝合金型材的耐火性能比较差，铝合金结构型材在250℃～ 300℃左右即失去承载能力。另外，隐框玻璃幕墙玻璃用硅硐胶、橡胶与铝合金框胶合，硅硐胶的耐高温程度也只有200℃，超过200℃胶的粘合力降低也会使玻璃脱落，影响防火玻璃幕墙的完整性和稳定性。钢材作为一种“轻质高强”的不燃性建筑材料，其火灾高温力学性能并不是很好，钢结构如作为建筑承重结构时，钢构件在火灾高温作用下强度损失很快，需要在表面涂覆防火涂料加以保护。但钢材在防火玻璃幕墙体系中作为非承重的幕墙横向、竖向龙骨构件时，通过试验表明，钢龙骨在表面无防火涂料保护情况下可在1200℃高温下耐火180 分钟仍保持完整只是略有变形，但不影响防火玻璃幕墙的支撑稳定和整个幕墙体系的完整。因此，在确定使用防火玻璃幕墙作为建筑的外维护工程之时，钢龙骨成为防火玻璃幕墙中主龙骨的必然选择。

3． 2防火玻璃幕墙玻璃的选择

防火玻璃幕墙中的防火玻璃除满足耐火要求以外，还应满足城市对建筑外墙立面美学效果及建筑使用人员对玻璃幕墙透光性等视觉效果的要求，即幕墙外视及内视效果也必须保证与普通玻璃幕墙一致。因此，选用的防火玻璃应满足普通幕墙玻璃的透光性和高耐候性，而夹丝防火玻璃内部的金属网丝影响了防火玻璃的透光率和视觉效果。夹层防火玻璃在紫外线照射及火焰高温作用下很快生成乳白色隔热层，影响了玻璃幕墙的透视效果。单片铯钾 高强防火玻璃与夹层防火玻璃、夹丝防火玻璃相比，除了高强度高耐火性能之外，最大的特点是高透光性和优秀的耐候性。单片铯钾防火玻璃幕墙具有与传统玻璃幕墙相近的外视和内视效果。

目前，我国多个防火玻璃幕墙均选用的是单片铯钾高强防火玻璃，如正在施工中的上海中心大厦的内幕墙玻璃。

4 防火玻璃幕墙的耐火性能检测

防火玻璃幕墙的设计、选材、施工是否满足工程消防安全要求，应通过耐火性能试验检测，我国的防火玻璃测试标准滞后于发达国家。根据建设部门借鉴英、美、日等国的相关标准修订的《建筑用安全玻璃防火玻璃》标准，参考上海中心工程实例，笔者认为，防火玻璃幕墙的耐火性能检测应注意以下几点。

4． 1 防火玻璃幕墙框架系统的耐火检测

防火玻璃幕墙在发达国家的防火测试中，强调的是防火玻璃和框架结构整个系统的耐火完整性，而不是抛开框架结构单纯进行防火玻璃的测试。也就是说，在耐火测试过程中哪怕防火玻璃可坚持2小时，但如果幕墙框架出现穿火现象，或者辅助材料( 如耐热胶条) 出现火苗，那么防火玻璃幕墙框架系统都算不合格。检测时必须以一式两套相同的防火玻璃系统分别进行耐火性能测试，其中一套防火玻璃系统检测正面的耐火极限，另一套检测反面的耐火极限，在上海中心的实际工程测试时，防火玻璃幕墙的检测也是按照防火玻璃和框架结构系统的耐火完整性进行的。

4． 2 防火玻璃幕墙玻璃受火尺寸的要求

日本标准强调了防火玻璃测试样品与工程实际安装尺寸1∶ 1的关系，受检试样应选择实际使用的最大尺寸，工程中实际使用的防火玻璃均在测试样品的尺寸范围覆盖之内，我国新修订的《建筑用安全玻璃防火玻璃》标准也规定了受检玻璃的受火尺寸要按照实际使用的最大尺寸按1∶ 1进行试验，大尺寸可覆盖小尺寸，小尺寸不能覆盖和代表大尺寸，同时规定了受火尺寸不得小于1100mm × 600 mm。检测机构和消防部门均应严格按照修改标准的规定进行测试、审查和验收。

5 结语

随着贵州防火玻璃厂技术的提高和超高建筑的快速发展，更加安全的防火玻璃幕墙必将受到更广泛的关注，国外在建筑幕墙中推广应用防火玻璃的成功经验，也为我国在高层建筑中推广应用防火玻璃幕墙奠定了理论和实践基础。目前，公安部正在和有关部门制定建筑防火设计规范，此规范出台之后，必将推动防火玻璃幕墙的新发展。