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高層建筑幕墻層間縫防火封堵新技術(shù)
更新時(shí)間：2021-04-12 18:21:33 字號(hào)：T|T
全球范圍內(nèi),對(duì)高層建筑火勢(shì)蔓延的研究由來(lái)已久。在過(guò)往幾十年里,對(duì)于如何控制火勢(shì)的蔓延已經(jīng)有很好的工程實(shí)踐。眾多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)對(duì)幕墻層...
全球范圍內(nèi),對(duì)高層建筑火勢(shì)蔓延的研究由來(lái)已久。在過(guò)往幾十年里,對(duì)于如何控制火勢(shì)的蔓延已經(jīng)有很好的工程實(shí)踐。眾多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)對(duì)幕墻層間縫的防火封堵工法采用了標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)。相關(guān)建筑及安全規(guī)范開(kāi)始對(duì)帶有幕墻的高層建筑作出規(guī)定,以確保生命和財(cái)產(chǎn)安全。
為了更好地理解火勢(shì)在帶有玻璃幕墻的高層建筑中如何蔓延,我們需要想象這樣-個(gè)場(chǎng)景:如果火災(zāi)發(fā)生在某個(gè)樓層,隨著火勢(shì)的蔓延,該樓層室內(nèi)壓力慢慢增大,幕墻中的玻璃在火焰的吞卷下破裂,從而使更多的氧氣補(bǔ)充到室內(nèi),助長(zhǎng)火勢(shì)進(jìn)一步增大,蔓延至上一樓層的板底和幕墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。而且,某束火苗可能從破碎的窗戶(hù)竄出,開(kāi)始侵襲上層幕墻結(jié)構(gòu)的外側(cè)。如果樓板和幕墻結(jié)構(gòu)之間存在縫隙,火焰會(huì)迅速地從這個(gè)層間縫上竄到上一樓層(參見(jiàn)圖1、對(duì)于這個(gè)挑戰(zhàn),需要合理地設(shè)計(jì)和安裝一個(gè)層間縫防火系統(tǒng),既可以在火災(zāi)全程保持穩(wěn)定,又可以滿(mǎn)足雙面受火,避免火勢(shì)豎向蔓延的要求。
由于很多幕墻結(jié)構(gòu)的建材并非耐火材料,所以進(jìn)一步加劇了火災(zāi)在高層建筑中的蔓延。諸如玻璃或鋁質(zhì)型材通常會(huì)被整合到現(xiàn)代的幕墻結(jié)構(gòu)中。通常情況下,這些材料會(huì)特意做得比較輕薄,從而削弱了他們的耐火性能。-般情況下,玻璃會(huì)在受火后5~15分鐘發(fā)生破碎,鋁質(zhì)型材在達(dá)到660° C時(shí)***會(huì)融化。盡管有時(shí)采用了被認(rèn)為耐火性能更好的材料,但是,這些材料在實(shí)際火災(zāi)中往往都出現(xiàn)失效的情況,例如,花崗巖、大理石、石灰華或灰沙石等石質(zhì)隔板或填充隔板本身是良好的耐火材料,不會(huì)燃燒。但是,在火災(zāi)中這些板材受熱后會(huì)產(chǎn)生破裂,甚至由于在各個(gè)方向產(chǎn)生的不同程度的延伸,或者石材內(nèi)含有一定的濕氣,受熱后發(fā)生******。難道這***意味著這些材料不能采用?事實(shí)絕非如此。
***可行的辦法是通過(guò)采用帶有高溫絕緣材料的簡(jiǎn)單系統(tǒng),提高這些構(gòu)件的耐火性能,同時(shí),正確安裝防火封堵系統(tǒng)。本文***相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討,并將相關(guān)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)作為分享。
（二）層間縫防火封堵系統(tǒng)介紹
層間縫防火封堵系統(tǒng),這一詞迅速成為了防止高層建筑火勢(shì)蔓延的同義詞。層間縫防火封堵系統(tǒng)包栝耐火樓板組件、外墻組件和安裝在外墻跟樓板間隙中的材料,這些材料避免了樓層與樓層間形成火勢(shì)蔓延的通道。
某些國(guó)家采用了一些試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估層間縫防火系統(tǒng)的相關(guān)性能。其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)的《層間縫耐火性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(ISMA)》ASTM E2307-10,該標(biāo)準(zhǔn)采用一個(gè)兩層的中等比例結(jié)構(gòu)模型來(lái)評(píng)估用于高層建筑的層間縫防火封堵系統(tǒng)的耐火時(shí)效(參見(jiàn)圖2及圖3、該模型的前面是一個(gè)玻璃幕墻結(jié)構(gòu);上層是觀察室,下層是實(shí)驗(yàn)室(火爐),上、下層間是鋼筋混凝土樓板。層間縫防火系統(tǒng)安裝在樓板與幕墻的分隔帶之間的水平縫隙中(參見(jiàn)圖4)
試驗(yàn)結(jié)構(gòu)安裝完畢后,點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)室中的火爐(參見(jiàn)圖5)。5分鐘后,玻璃幕墻外用于模擬窗戶(hù)破碎后火焰上竄的另一個(gè)火源被點(diǎn)燃(參見(jiàn)圖6)。也***是說(shuō),幕墻結(jié)構(gòu)外部構(gòu)件直接受火的同時(shí),內(nèi)部的火源已經(jīng)襲擊到幕墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)件、樓板的底部和層間縫防火封堵系統(tǒng)的相關(guān)材料。試驗(yàn)終止是按試驗(yàn)失效現(xiàn)象出現(xiàn)或達(dá)到預(yù)期的耐火時(shí)效后終止。試驗(yàn)失效,是指在觀察室出現(xiàn)火焰穿過(guò)了防火封堵系統(tǒng)的現(xiàn)象。另外,如果出現(xiàn)任何熱點(diǎn),也視為試驗(yàn)失效。通過(guò)在觀察室的層間縫防火系統(tǒng)上覆蓋一張棉褥,并保持30秒來(lái)觀察防火封堵系統(tǒng)是否存在裂縫或孔洞。如果棉褥產(chǎn)生燃燒,防火封堵系統(tǒng)也被認(rèn)為是失效的。如果封堵系統(tǒng)不能有效減少過(guò)熱的玻璃傳來(lái)的熱量,棉褥會(huì)過(guò)早燃燒(參見(jiàn)圖7及8)。
在試驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)監(jiān)測(cè)背火面的溫度來(lái)分析熱量的擴(kuò)散情況。檢驗(yàn)出來(lái)的耐火時(shí)效和耐熱時(shí)效是根據(jù)ASTM E2307-10的相關(guān)步驟得出的。耐火時(shí)效,是防火封堵系統(tǒng)阻礙火焰通過(guò)的時(shí)間;耐熱時(shí)效,是測(cè)量系統(tǒng)中熱量傳遞的效果。大部分幕墻防火封堵系統(tǒng)由于采用了導(dǎo)熱性能良好的鋁質(zhì)型材或錨固件,其耐熱時(shí)效不超過(guò)15到30分鐘,耐火時(shí)效通?？蛇_(dá)2小時(shí)或以上。
（三）層間縫防火封堵系統(tǒng)的構(gòu)造
2,1礦棉隔板的安裝
***常見(jiàn)的帶傳統(tǒng)(難燃材料,如玻璃、鋁材或石材)分隔帶的鋁質(zhì)框架幕墻結(jié)構(gòu)采用耐高溫的礦棉隔板。礦棉隔板采用礦渣棉或巖棉做成,能夠抵受高達(dá)100度的高溫。通常用礦棉隔板(通常密度為96～128kg/m3)包裹分隔帶周?chē)粔蚣艿呢Q向和水平構(gòu)件。(參見(jiàn)圖9)有各種不同的方法來(lái)安裝礦棉板。有時(shí)采用鋼板,但是,通常情況下鋼板的作用只是美化分隔帶的造型;有時(shí)通過(guò)在豎向構(gòu)件之間的分隔帶上會(huì)安裝一系列水平的鋼構(gòu)件;或者通過(guò)一些鋼夾具和鋼釘來(lái)安裝固定礦棉板。除了用鋼錨釘和保護(hù)罩固定礦棉板外,通常還可以在搭接處用帶大號(hào)鋼墊圈的鋼螺栓或杯形焊釘把礦棉板固定在角鋼、鋼板或槽鋼上。這個(gè)幕墻的礦棉隔板是-個(gè)至關(guān)重要的構(gòu)件。在幕墻外部的保溫層掉落后,盡管周?chē)匿X質(zhì)型材和隔板隨之受熱融化掉落,但礦棉隔板仍可在防火封堵系統(tǒng)受火的整個(gè)過(guò)程中保持完整性。
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另一個(gè)必須安裝的構(gòu)件是水平緊箍槽。將其置于豎向框架之間,固定于圍邊角鋼、豎向框架或采用點(diǎn)焊或縫焊于鋼背板上。緊箍槽的位置直接與將要安裝防火封堵系統(tǒng)的位置共線(xiàn),所以應(yīng)將其安裝在樓板的一半厚度處。緊箍槽可以用槽鋼、鋼立筋或兩個(gè)拼成'T' 的角鋼構(gòu)造。緊箍槽是在安裝其他的礦棉支撐槽(角鋼或背襯板)時(shí)-起安裝,并安裝在幕墻的保溫層后面。其主要作用是******防火封堵系統(tǒng)(中的礦棉)受火時(shí)處于壓緊狀態(tài)。
2,2水平縫的防火封堵
介紹完幕墻結(jié)構(gòu)礦棉隔板和相關(guān)支承系統(tǒng)的安裝后,必須介紹如何封堵水平的層間縫。(參見(jiàn)圖9)正確封堵該水平縫的方法是在縫隙中塞入輕質(zhì)(通常密度為64kg/m3)礦棉條。把礦棉板切成一定的寬度的礦棉條,若干條礦棉條拼在一起,大概比層間縫寬25%～33%,這樣可獲得20%～25%的壓縮率。安裝的時(shí)候,礦棉條要保持平整,通常礦棉表面與樓板持平。一般情況下,礦棉只需要擠壓緊密,不需要額外的支承構(gòu)件。安裝完礦棉后,在礦棉表面做一層防火封堵層或打上防火封堵膠。這些產(chǎn)品通常是乳膠基材,大部分可以涂刷或采用噴機(jī)噴涂。這一層防火封堵層至關(guān)重要,一方面,可以把之前的各種構(gòu)件(若干條礦棉條、幕墻的框架和樓板邊緣)粘合在一起,形成一個(gè)系統(tǒng);另一方面,這是一層既能******礦棉的整體性,又能隔絕高溫?zé)煔獾拿芊鈱?有些時(shí)候,硅膠基材同樣可以用來(lái)做防水。
對(duì)于某些設(shè)計(jì)而言,層間縫防火封堵系統(tǒng)中***后一步需要做的是幕墻豎框的保護(hù)或包裹。對(duì)于采用同樣的礦棉做成的幕墻的保溫層來(lái)說(shuō)這是很少的一部分。通過(guò)用礦棉板包裹樓板上下的豎框,既可以提高保溫性能,又可以把幕墻的保溫層連接起來(lái),形成一個(gè)連續(xù)的防火分隔帶。
（四）防止煙氣的擴(kuò)散
火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),煙氣是一個(gè)致命的因素。正確的層間縫防火封堵系統(tǒng)能夠有助于減少煙氣的傳播。通常,幕墻結(jié)構(gòu)的保溫層在分隔帶處是帶有鋁箔的。另外,防火封堵層或防火封堵膠是作為一個(gè)連續(xù)的構(gòu)件用來(lái)封堵煙氣在空隙中的傳播。許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)有專(zhuān)門(mén)檢測(cè)防火封堵層或防火封堵膠的氣密性實(shí)驗(yàn)室。******的防火封堵系統(tǒng)能夠達(dá)到單位長(zhǎng)度上每秒的釋放量小于1升。
發(fā)生火災(zāi)時(shí),起火區(qū)域的壓力慢慢增加,比空氣要輕的煙霧和燃燒的副產(chǎn)物開(kāi)始在天花板處積聚。如果壓力繼續(xù)增加,哪些煙霧和燃燒的副產(chǎn)物會(huì)被擠壓到一些沒(méi)有封堵的孔洞那里。另外,高層建筑中,由于室內(nèi)外溫差引起的壓力差異,造成氣流運(yùn)動(dòng)形成煙囪效應(yīng)。煙囪效應(yīng)被認(rèn)為是煙氣豎向運(yùn)動(dòng)的主要原因,建筑的高度越高,煙囪效應(yīng)越明顯。采用一些氣密性較好的產(chǎn)品有助于應(yīng)對(duì)煙氣的豎向傳播。
（五）工程案例
2009年2月9日位于美國(guó)麥迪遜大街510號(hào)的商住樓在改建施工過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)(參見(jiàn)圖1Ol,火勢(shì)被有效控制在起火樓層(2樓X參見(jiàn)圖11),該大樓采用了美國(guó)ST丨特種技術(shù)有限公司提供的防火封堵系統(tǒng)。而值得思考的是在同一天中國(guó)剛落成的央視大樓北配電樓也發(fā)生火災(zāi),但火勢(shì)蔓延面積厲害,幾乎整座大樓過(guò)火。
（六）結(jié)論
本文介紹的防火方案主要是為了限制火勢(shì)、煙霧和燃燒的副產(chǎn)物在層間縫中的傳播。由于幕墻結(jié)構(gòu)本身的豎向構(gòu)造方式,一條相當(dāng)大的幕墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)鏈接件與樓板之間的縫隙很自然地存在,有時(shí)可能是為了水管的安裝或獨(dú)立隔墻的平整。樓板通過(guò)層間縫防火封堵系統(tǒng)有效******防火分區(qū)的作用可以延伸至建筑的外墻?，F(xiàn)代的防火封堵系統(tǒng)旨在設(shè)計(jì)一種既安全又簡(jiǎn)單的層間縫防火系統(tǒng),同時(shí)可以滿(mǎn)足其他需要。當(dāng)然有些地區(qū),例如中國(guó),并沒(méi)有建立一套完整的層間縫封堵系統(tǒng)的檢測(cè)方案,但是,可以通過(guò)有資質(zhì)的工程人員提供的相關(guān)工程指引,來(lái)讓該地區(qū)的民眾能夠采用更合適的層間縫防火封堵系統(tǒng),建造更安全的用于生產(chǎn)生活的建筑。典型的防火封堵產(chǎn)品通常(在其發(fā)售前)需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定在不同工況下進(jìn)行幾千上萬(wàn)次試驗(yàn),并且有相關(guān)性能的試驗(yàn)報(bào)告證實(shí)其可用于各種具體的情況。使用這些產(chǎn)品,在施工成本不增加的情況下,除了可以起到防火阻燃的作用外,還可以達(dá)到保溫、節(jié)能、防潮、防霧和隔音的效果。
