【趙西安】幕墻防火設(shè)計(jì)的一些新問題

　　近年來，已建和在建的幕墻工程頻頻發(fā)生火災(zāi)。僅今年以來，2月9日電視文化中心發(fā)生空前大火后，2月20日廣州富力城、4月6日北京新的中國科技館、4月19日南京50層中環(huán)大廈相繼因電焊引燃聚苯保溫板發(fā)生大火。幕墻的防火設(shè)計(jì)再一次引起我們的重視。


　　一、合理選用幕墻材料

　　1. 聚氨酯板和聚苯板的可燃性要認(rèn)真重視
　　聚氨酯板和聚苯板是目前正在推廣的高效節(jié)能保溫材料,尤其是擠塑聚苯板以其良好的熱工性能和施工方便的優(yōu)勢,已在幕墻工程中廣泛使用。但是其可燃性，甚至可向四周引火擴(kuò)大火災(zāi)范圍的危險(xiǎn)性并未引起重視。甚至以加入阻燃劑為由說聚苯板已經(jīng)是難燃材料，符合幕墻規(guī)范要求等等，對(duì)設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生誤導(dǎo)。

　　實(shí)際上，這兩種材料用打火機(jī)就能點(diǎn)燃，不要說電焊火花濺上了。一旦有火源，它們80度就會(huì)軟化，溫度再高就著火、融化，冒出熊熊火焰和濃濃的黑煙，帶著火苗的滴熔物滴到那里就燒到那里。板上很快燒出大洞，火焰沿洞邊迅速向外擴(kuò)展，象導(dǎo)火索一樣將火災(zāi)引向四面八方。這些保溫板甚至在金屬板的內(nèi)部封閉的條件下都可以不斷擴(kuò)大燃燒范圍，極難撲滅。2005年南京青少年科技活動(dòng)中心金屬屋面板下面大面積保溫聚苯板燃燒，只見冒煙不見火焰，不知往哪邊澆水。2008年7月和11月，濟(jì)南奧體中心體育館兩次屋面大火也出現(xiàn)相同的情況，每次都燒掉幾百甚至幾千平方米的金屬屋面。

　　聚苯板的易燃性從彩鋼板房最近連續(xù)發(fā)生大火災(zāi)也得到另一個(gè)角度的驗(yàn)證，僅2009年3月就有中央美院、上海國金大廈和重慶某工地三次聚苯板彩鋼板房大火災(zāi)，每次大火都把板材燒個(gè)精光，只留下彎彎扭扭的鋼骨架。

　　電視文化中心近十萬平方米的金屬屋面采用了擠塑聚苯板作為保溫材料，引出了這次空前大火，災(zāi)情慘烈，大家深以為教訓(xùn)。許多工程都改變設(shè)計(jì)，改用別的材料。大連貝殼博物館屋面采用巖棉；上海世博會(huì)中國館改用鋼板包封壓縮巖棉。

　　如果幕墻不得不采用這些保溫板，就必須在施工中采取嚴(yán)格的防火措施。某辦公樓鋼骨架焊接作業(yè)時(shí)，雖然多方預(yù)防，還是先后七次引燃聚苯板，實(shí)在無奈，只得在焊工旁邊配一個(gè)“棉被工”，抱著濕棉被盯著，一著火就捂死火苗。


　　2. 傳統(tǒng)保溫材料不要一概否定
　　巖棉、玻璃棉等傳統(tǒng)保溫材料已經(jīng)應(yīng)用多年，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明它們用于保溫節(jié)能還是有效的。當(dāng)然，相對(duì)于聚苯板、聚氨酯板這些新材料，保溫性能、施工環(huán)保和保護(hù)工人健康方面都存在缺陷，但是它們不著火，是難燃材料，用起來安心。

　　為改善其性能，應(yīng)在巖棉、玻璃棉外面用鋁箔或薄鋼板加以包封成板塊狀，不僅便于鋪設(shè)，保護(hù)施工人員，而且可以防止保溫棉、防火棉受潮、水濕，保持其保溫和防火能力。

　　國家大劇院、世博中國館等工程仍然采用巖棉保溫，新建筑用老材料是經(jīng)過充分考慮的決策。


　　3．積極開發(fā)和應(yīng)用新型難燃性保溫材料
　　3．1 熱固性有機(jī)泡沫材料
　　聚氨酯板和聚苯板都是熱熔性材料，80度就熔滴，加快火災(zāi)的蔓延。現(xiàn)在已經(jīng)開始生產(chǎn)的酚醛泡沫保溫板則為熱固性材料，這種材料原來是用作返回式衛(wèi)星和返回艙穿過大氣層時(shí)的隔熱保護(hù)，可耐3000度高溫。這種材料不燃燒，高溫火焰燒烤下無火焰，不冒煙，不熔化，只是變成黑色的固體碳，屬于國標(biāo)規(guī)定的B級(jí)難燃材料。現(xiàn)在作為保溫板推向民用，耐火性能可適當(dāng)調(diào)低以降低成本，現(xiàn)在出廠價(jià)已降至略超過每平方米100元，為一般幕墻工程所能承受。其厚度為30mm~50mm，表面附有保護(hù)膜。

　　酚醛泡沫保溫板的主要性能為：

　　熱系數(shù) 0.028~0.035 W / m.-K
　　氧指數(shù) 大于38
　　防火等級(jí) 難燃B級(jí) ( GB 8624 – 2006)
　　煙密度等級(jí) 4
　　抗壓強(qiáng)度 200~400 N / mm2
　　抗彎強(qiáng)度 1.5~1.8 N / mm2
　　北京通州看守所辦公樓、廣州NBA體育館采用了這種新型保溫材料，效果良好。

圖1 泡沫酚醛保溫板高溫?zé)�烤后僅變色，無火焰無熔滴

　　3．2 無機(jī)泡沫保溫材料
　　上一個(gè)世紀(jì)中期發(fā)展起來的無機(jī)保溫材料泡沫混凝土和膨脹珍珠巖在工程上應(yīng)用多年，但由于自重大、施工不便，不能用于幕墻。目前泡沫玻璃等新型無機(jī)材料正在幕墻中試用。


　　4． 鋁塑板的火災(zāi)要引起注意
　　聚乙烯芯材的鋁塑板近年來多次發(fā)生火災(zāi)，因?yàn)榫垡蚁?0度失去黏著力，隨即燃燒、冒煙、熔滴，更高溫度下裂解為可燃?xì)怏w。上海一座20層大樓2008年發(fā)生火災(zāi)，30分鐘內(nèi)鋁塑板一樓燒到20樓；同年哈爾濱23層經(jīng)緯大酒店鋁塑板幕墻大火,再聯(lián)想2006年 烏魯木齊城市大酒店鋁塑板幕墻大火,不能不令人擔(dān)心鋁塑板幕墻的火災(zāi)安全性。由于容易發(fā)生火災(zāi)，我國幕墻公司在哈薩克承包的工程已被哈薩克政府通令停止使用鋁塑板。

　　作為鋁板幕墻的面板,應(yīng)優(yōu)先采用單層鋁板和蜂窩鋁板.,

　　二、防火分區(qū)之間的防火設(shè)計(jì)

　　多層建筑的每一個(gè)樓層是一個(gè)防火分區(qū)；同一個(gè)樓層面積大于2000平方米時(shí)，要用防火墻劃分為若干個(gè)面積不大于2000平方米的防火分區(qū)。這些防火分區(qū)之間的部位要有相應(yīng)的防火設(shè)施。


　　1．層間不燃燒墻體
　　樓層之間在樓板邊緣應(yīng)有高度不小于800毫米的不燃燒墻體，防止下一樓層的火焰卷入上一個(gè)樓層。可以計(jì)入這個(gè)高度的有：

　　不燃燒的實(shí)體墻（混凝土墻、磚墻等）；

　　位于樓板邊緣的混凝土梁板、有防火保護(hù)的鋼梁和組合樓板；

　　由防火材料組成的防火墻（如硅鎂防火板夾120毫米厚的防火巖棉等）；

　　單片防火銫鉀玻璃及其制成的中空玻璃、夾層玻璃。

　　圖2為防火材料組成的防火墻，高度大于800毫米，滿足要求。



　　圖3 的梁離樓板邊很遠(yuǎn)，必須在樓板邊緣設(shè)置防火墻，圖中僅設(shè)保溫巖棉是不滿足防火要求的。

　　圖3 梁離板邊太遠(yuǎn)應(yīng)另設(shè)不燃燒墻體，圖中豎向巖棉原標(biāo)示為保溫棉，應(yīng)改為防火棉

　　2．防火墻左右側(cè)的不燃燒墻體
　　防火分區(qū)之間的防火墻到了樓板邊緣，其左右兩側(cè)各1.0米范圍內(nèi)必須為不燃燒墻
　　體。實(shí)體墻、由不燃燒材料組成的墻體、單片防火玻璃及其制品等均可計(jì)入其寬度。

　　圖4為深圳證券交易中心交易大廳的防火分區(qū)處防火墻兩側(cè)的處理,是在中空玻璃幕墻平面外,采用單片防火玻璃在防火墻左右兩側(cè)各1.5米單獨(dú)設(shè)置不燃燒墻體。

　　圖4 防火分區(qū)兩側(cè)的銫鉀防火玻璃墻

　　3．樓層間的隔煙層
　　為了防止下部樓層的煙霧穿過幕墻與樓板間的空隙進(jìn)入上部樓層，兩個(gè)樓層間幕墻與樓板間的空隙應(yīng)設(shè)一道或兩道防煙隔斷。

　　隔煙層可以采用多種材料，如防火巖棉、防火板、單片防火玻璃等。最常用的做法是100毫米厚的防火巖棉用1.5mm鍍鋅鋼板承托（圖2）。

　　如果保溫材料采用擠塑聚苯板等可燃燒材料，則圖5所示的做法是不對(duì)的，因?yàn)橐坏┌l(fā)生火災(zāi)，保溫板首先被燒掉，隔煙防火巖棉與玻璃之間就出現(xiàn)空檔，隔煙層將失去作用。正確的做法如圖6 ，防火巖棉一直延伸到玻璃面或鋁橫梁，保溫板放在隔煙層之上。

　　圖5 保溫板一旦燒掉就出現(xiàn)空檔，隔煙層失效

　　圖6 保溫板在防煙層之上，即使燒掉也不會(huì)漏煙

　　有些消防和監(jiān)理部門要求用防煙材料填滿窗下幕墻板后面的全部空隙,這是不對(duì)的。規(guī)范要求100毫米厚的隔煙材料“充填密實(shí)”，沒有要求“全部塞滿”。塞滿后容易產(chǎn)生冷凝水，降低充填材料的保溫或防火性能；前面是玻璃板時(shí)，在陽光透射下會(huì)積聚熱量，使玻璃板因溫度升高而破裂。即使是做保溫，也應(yīng)離開玻璃板30mm~50mm。


　　4．實(shí)體墻上的隔煙措施
　　鋁板幕墻和石材幕墻后面往往是實(shí)體墻，實(shí)體墻一般是不透煙的。所以除可按一般幕墻做層間隔煙層外，也可以不設(shè)層間隔煙而做門窗洞口周邊隔煙。


　　5．樓層防火單元間的玻璃防火隔斷
　　樓層上防火單元間通常用防火墻分隔。當(dāng)建筑設(shè)計(jì)要求防火隔斷為透明時(shí)，可采用玻璃防火隔斷。

　　圖9 南寧國際會(huì)展中心玻璃防火墻

　　玻璃防火隔斷面板應(yīng)采用銫鉀單片防火玻璃及其制品。支承框架采用防火處理后的鋼結(jié)構(gòu)，并用防火密封膠密封。防火隔斷與主體結(jié)構(gòu)的后連接不應(yīng)采用化學(xué)螺栓，應(yīng)采用后切底機(jī)械錨栓。


　　三、防止火勢蔓延的措施

　　1． 內(nèi)庭的防火設(shè)計(jì)

圖7 電視文化中心96米高內(nèi)庭不設(shè)玻璃

　

圖8 北京電視中心240米高內(nèi)庭用防火幕墻防火玻璃包封

圖9 廣州西塔中庭40層高，用鉆石形防火玻璃幕墻包封

　　內(nèi)庭跨越許多樓層，形成巨大的室內(nèi)空間，拔火作用明顯，很容易將一個(gè)樓層的火焰引向其他樓層，使火災(zāi)迅速蔓延擴(kuò)大。所以內(nèi)庭周邊必須形成一道防火墻。

　　一種做法是將內(nèi)庭周邊的建筑墻體按防火墻設(shè)計(jì)，采用不燃性墻體材料，防火門窗。火災(zāi)時(shí)關(guān)閉門窗后內(nèi)庭的火焰不會(huì)向樓層室內(nèi)蔓延。圖7 為電視文化中心的內(nèi)庭，就采用了這種防火設(shè)計(jì)，可惜這次火災(zāi)時(shí)尚在裝修，防火門窗還沒全部裝上，火災(zāi)中沒能起隔斷火災(zāi)的作用。

　　另一種做法是單獨(dú)設(shè)置玻璃防火隔斷。整個(gè)內(nèi)庭由防火墻包封。北京電視中心、上海金茂大廈和廣州珠江新城西塔等工程都采用這種防火措施（圖8、圖9 ）。


　　2．阻斷危險(xiǎn)的豎向孔道
　　電視文化中心金屬幕墻的鈦鋅面板均作成豎向肋形線條，尺寸為500mmX500mm，這就在保溫板上排滿了160米高的通風(fēng)管，保溫板燃燒時(shí)源源不斷提供充足的新鮮空氣，助長了火勢，使保溫材料在鋅板下有足夠氧氣充分燃燒，火災(zāi)不斷擴(kuò)大（圖10）。

　　當(dāng)建筑設(shè)計(jì)存在這類危險(xiǎn)的豎向通風(fēng)孔道時(shí)，應(yīng)每隔若干樓層予以封堵。深圳證卷交易中心大廈的柱子，外包夾膠玻璃面板，玻璃與混凝土之間有70mm的空隙，高達(dá)240m，火災(zāi)時(shí)會(huì)形成通風(fēng)管道，所以每10層用防火玻璃封堵一次。

　　
　　圖10 電視文化中心鈦鋅板為突肋狀，形成無數(shù)通風(fēng)管

　　3． 可燃保溫材料應(yīng)劃分防火分區(qū)

　　這次電視文化中心保溫層燃燒面積達(dá)十萬平方米，無法控制，造成巨大的損失。其中一個(gè)原因是為了節(jié)能，消除冷橋，讓保溫連續(xù)鋪設(shè)。這樣一來，一旦起火，就火燒連營七百里，不可收拾。先前也有過南京科技中心、濟(jì)南奧體中心金屬屋面保溫大面積火災(zāi)的教訓(xùn)。目前在建的工程許多保溫面積達(dá)20萬~30萬平方米，如果連續(xù)鋪設(shè)，一旦發(fā)生火災(zāi)，勢必?zé)o限蔓延。

　　因此，采用可燃性保溫材料時(shí)，應(yīng)劃分面積不超過2000平方米的防火分區(qū)，分區(qū)的邊界應(yīng)采用不燃材料予以阻隔。一旦某一分區(qū)著火，火勢也局限在個(gè)別分區(qū)內(nèi)，不至于無限制到處蔓延，造成重大損失。



　　四、擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)在幕墻中的應(yīng)用

　　鋁的熔點(diǎn)約為700度，鋅的熔點(diǎn)約為 400度，都遠(yuǎn)低于鋼的熔點(diǎn)1450度。這次電視文化中心火災(zāi)后，現(xiàn)場可見鈦鋅板和保溫層全部燒失，惟有鋼骨架和鋼板雖然變形扭曲，但依然在位。許多幕墻火災(zāi)都出現(xiàn)過20分鐘鋁骨架熔化，面板失去支撐而掉下的現(xiàn)象。

　　防火玻璃必須采用鋼骨架，已經(jīng)成為公認(rèn)的做法。鋁板幕墻和石材幕墻采用型鋼骨架也越來越多。一般玻璃幕墻則仍然以鋁型材為主，但是大型公共建筑的玻璃幕墻和玻璃采光頂已普遍采用鋼結(jié)構(gòu)支承。

　　近年來冷成型薄壁型鋼開始在玻璃幕墻中應(yīng)用，并且相當(dāng)成功。幕墻專用薄鋼型材外觀上已可與鋁型材比美，壁厚也做到了1.5mm~2.5mm，斷面形式多樣，可以滿足各種玻璃幕墻和玻璃采光頂的要求(圖11)。

　　
　　圖11 幕墻用冷成型薄壁型鋼斷面

　　

　　圖12 北京奔馳汽車公司辦公樓

　　目前許多高檔玻璃幕墻工程采用了薄鋼型材。圖12為北京奔馳汽車公司，此外還有鳥巢貴賓廳、上海通用汽車公司辦公樓和展覽館等許多工程。


　　五、不要讓建筑變成火的牢籠

　　沒有絕對(duì)安全的玻璃，用玻璃就會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn)。問題是合理使用，求得最大的安全。有些文件把鋼化玻璃和夾層玻璃定義為安全玻璃，其實(shí)是不妥當(dāng)?shù)摹２ＡЯ骸⒉Ａе�和玻璃地板用單片鋼化玻璃就極其危險(xiǎn)。

　　同樣，夾層玻璃打不穿、不飛散，可謂安全。但是如果用得不當(dāng)，就非常危險(xiǎn)。

　　在建筑的超高層部分，消防只能靠自身的內(nèi)部消防系統(tǒng)，既不能靠外部水源灌救，室內(nèi)人員也不可能破窗逃命。這種情況下幕墻全部采用夾層玻璃并不影響消防的安全性，因而是可以的。但是在低層部分和裙房，以及大量的公共建筑，有些沒有設(shè)置內(nèi)部消防系統(tǒng)，外部救援和破窗逃生是重要的求生手段；即使有內(nèi)部消防設(shè)施，多一條生路就可以更多人獲救。 如果全部采用所謂安全玻璃的夾層玻璃，無疑就斷了這條生路，使建筑成為火的牢籠。一旦起火，外無救援之通道，內(nèi)無逃生的洞口，非常危險(xiǎn)。

　　這并不是杞人憂天，2004年北京京民大廈火災(zāi)，被困的人員就是從打破的窗口逃生的（圖13） ，如果這些玻璃都是夾層玻璃，打不破，砸不爛，那將會(huì)出現(xiàn)多么可怕的結(jié)果！

　　2005年，北京華貿(mào)中心電焊作業(yè)引燃保溫材料，發(fā)生火災(zāi)，煙霧太大，無法救火，最后打破幕墻玻璃，排除濃煙才救熄了大火（圖14 ）。如果這幕墻全部是夾層玻璃那就麻煩了。

　　
　　圖13 北京京民大廈火災(zāi),室內(nèi)人員

　　
　　圖14 北京華貿(mào)中心打碎玻璃排煙破窗逃生

　　小結(jié)

　　火災(zāi)教育了我們，使我們在幕墻設(shè)計(jì)中更加重視防火問題。要合理選用防火的材料，按規(guī)范要求作好各部位的防火構(gòu)造設(shè)計(jì)，盡力避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)和安全漏洞，提高幕墻抵抗火災(zāi)的能力，并在萬一發(fā)生火災(zāi)時(shí)也能盡量減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。