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一 引言
國家經濟的不斷發展，城市化進程加快，人口聚集性明顯，隨之帶來的建筑越來越高，使得高層建筑對防火（詞條“防火”由行業大百科提供）的要求也很高。再者節能要求的提升，建筑廣泛需要采用外墻保溫（詞條“外墻保溫”由行業大百科提供），這也對建筑防火（詞條“建筑防火”由行業大百科提供）提出了更高的要求，建筑門窗是建筑物不可或缺的外圍結構，一定數量上的火災也因建筑門窗耐火性能的不齊備而導致災情趨于嚴重。
二 國家現行標準規定以及在編標準新規定
1、現行國家標準規定
為了解決高層建筑的消防安全并同時兼顧建筑節能要求，國家強制性標準GB 50016-2014《建筑設計防火規范》中對建筑外墻上的建筑外窗提出了耐火完整性的要求。相關章節具體要求如下：
5.5.32 建筑高度大于54m的住宅建筑，每戶應有一間房間符合下列規定：
1. 應靠外墻設置，并應設置可開啟外窗;
2. 內、外墻體的耐火極限（詞條“耐火極限”由行業大百科提供）不應低于1.00h，該房間的門（詞條“門”由行業大百科提供）宜采用乙級防火門， 外窗的耐火完整性不宜低于1.00h。
6.2.5 當上、下層開口之間設置實體墻確有困難時，可設置防火玻璃墻，但高層建筑的防火玻璃墻的耐火完整性不應低于1.00h ，多層建筑的防火玻璃墻的耐火完整性不應低于0.5h。外窗的耐火完整性不應低于防火玻璃墻的耐火完整性要求。
6.7.7 除本規范第6.7.3條規定的情況外，當建筑的外墻外保溫系統按本節規定采用燃燒性能為B1、B2級的保溫材料時，應符合下列規定：
1、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、窗的耐火完性不應低于0.50h。
2、最新標準動態
現在暫無完全適用的、現行的建筑外窗耐火完整性檢測判定標準。目前國家標準《建筑門窗耐火完整性試驗方法及判定要求》正在報批中。充分考慮受火面的問題(室內側受火還是室外側受火)，因此確定了兩條溫度-時間曲線，其中Ⅰ型曲線適用模擬室外側受火，Ⅱ型曲線適用于模擬室內側受火。
三 耐火門窗整體解決方案
從前面的報批標準的判定標準中，我們了解到對于門窗整體的耐火完整性是有很嚴格的要求的。面對上述挑戰，現有的建筑外窗要滿足耐火完整性性能要求，有哪些困難?如何解決?
要談門窗耐火完整性，首先需了解門窗制作主材與燃燒相關的知識。
門窗主材主要指：型材（詞條“型材”由行業大百科提供）、玻璃、密封材料、五金
火形成的三要素：可燃物、達到燃點的溫度、助燃氧氣
下面以一樘建筑外窗為例，來認識下門窗中的各類主材。
門窗各主材實現耐火完整性所面臨的問題
上述九個問題，可通過解析“四大類”門窗主材來分析具體的耐火完整性的解決方案
1.型材方面
面臨的問題：PVC型材耐高溫性弱、PVC型材腔體多，空間大，熱傳遞速度快。
PVC型材為聚合物，其氧指數為38%以上，而空氣中的氧氣占比約為20%，所以型材可以稱之為難燃材料。但由于型材的維卡軟化點≥75℃，遠遠低于可燃燒的溫度。PVC型材維卡軟化點低，腔體空間大，熱傳導速度快，一受火后迅速變形(見下圖)失去完整性，所以需要延長型材軟化、變形時間，提升其阻燃等級。
圖4 型材受火變形示意圖
解決思路：解決型材易軟化變形的問題可通過在腔體內增加相應的耐火材料：
圖5型材耐火解決方案示意圖
下面針對這幾類耐火材料的特性做簡單說明：
1.1 耐火膨脹條
圖6 耐火膨脹條產品圖
耐火膨脹條是以可膨脹石墨、耐火礦物原料為基礎研發的一種新型防火產品。其遇火后可膨脹到原體積的20倍到60倍，形成致密的防火保護層，有效地實現防火防煙。 其特點如下：
1. 無公害：產品自然狀態下無氣味，遇火后無毒煙氣體排放;
2. 膨脹快：起始膨脹溫度約180°C，隨著溫度的上升2-3分鐘 可完成膨脹;
3. 聚合高：膨脹條過火后，有較高的聚合度不會灰化，不易 被空氣或火的壓力吹散。
1.2 耐火灌注料
圖7 耐火灌注料原料圖
耐火灌注料由無機非金屬化合物經過特定的設備磨制而成。產品與水本身并無化學反應，遇水變稠，成流體狀，能很好地吸收熱量并耐火燒，燒后成固塊狀，有一定的強度，對整個框架（詞條“框架”由行業大百科提供）起支撐作用，且具有以下特點：
1. 吸熱：高溫變成糊狀，可大量吸收熱量;
2. 耐火：可長時間耐火燒(二個小時以上);
3. 強度：遇火固化后能提高型材的整體機械強度。
1.3 防火棉條
圖8 防火棉條產品圖
防火棉條是由多種無機耐火材料與陶瓷纖維通過專用的設備制成的帶狀材料，具有自粘性，便于安裝。且具有以下特點：
1. 耐火：可耐火1200°C以上;其特點如下：
2.隔熱：產品是熱的不良導體，可阻止熱量傳遞;
3.防煙：棉條為致密材料，可阻止煙氣進到屋內;
4.隔音：棉條本身具有隔音性能。
2 密封方面
面臨的問題：膠條耐高溫性弱
統計顯示，火災產生的傷亡中67%是被煙霧窒息，33%是燒傷，門窗中密封結構是實現室內、外氣密性的重要構造。密封膠條多為有機聚合物，可通過調整配方來實現其難燃、離火自熄、遇火膨脹的性能，從而達到耐火的作用。在耐火完整性功能實現時密封結構是要將受火面產生的熱與煙阻隔在外。主要的實現方案見下圖
圖9 密封膠條耐火解決方案示意圖
表2 三元乙丙材料特性及用途分析一覽表
此外，在安裝工藝上也推薦使用“膠角”的方式(圖10)及整框密封的方式(圖11)
3 五金方面
面臨的問題：①五金耐高溫性弱 ②五金與型材連接方式及部位不抗高溫
③扇/框受高溫后，角部強度弱易“散架” ④扇受高溫后，易產生傾斜、塌陷
結合第1章中展示的試驗溫度曲線(Ⅰ型、Ⅱ型)，得出建筑門窗要實現耐火完整性，需在一定時間范圍內承受600℃-800℃(受火面在室外)、800℃-1000℃(受火面在室內)的高溫。目前五金常用的材料為：鋅、鋁合金、碳素結構鋼、不銹鋼、工程塑料(多為外殼類的裝飾件)各類材料的熔點對比如下(圖12)
圖12 五金主用材質熔點對比圖
由以上內容得出目前常用的鋅、鋁合金材質制成的五金耐高溫性是相對較弱的，特別是受火面在室內時，重要的受力和連接五金(如合頁)就務必要采用熔點較高的鋼制材料制成的五金件。另外當耐火完整性要求時間較長時，即使受火面在室外，長時間的熱傳遞,五金會逐漸升溫，會對安裝在室內側的五金造成影響，所以當耐火完整性要求時間較長時, 重要的受力和連接五金(如合頁)也要采用熔點較高的鋼制材料制成的五金件。
②五金與型材連接方式及部位不抗高溫
現有五金大部分都是直接與型材配合固定（詞條“固定”由行業大百科提供）或者穿過型材連接鋼裝的。(如圖13-圖15)當遇到高溫時，型材發生軟化，五金與型材的連接部位產生分離、失去連接性和完整性。
通過五金支撐件將五金與鋼襯“穿過”型材，直接相連，來解決連接部位不耐高溫的問題。(如圖16-圖18)
③扇/框受高溫后，角部強度弱易“散架”
傳統塑鋼門窗雖型材中穿入了鋼襯，但由于角部通常采用型材焊接工藝，所以角部是沒鋼襯支撐的。一旦遭遇火情型材角部位置易產生相對運動甚至開焊，從而成為竄火/煙的薄弱處。可有兩種解決方案：
a.通過合頁等角部五金安裝部位的延長式設計，并加入鋼制支撐五金件，在安裝五金的同時，將兩個方向的鋼襯連接在一起，促使整扇形成一個可靠的框架，保證框架的整體穩定性。示意圖如下
b.通過在扇和框的角部安裝“L”形五金，將兩個方向的鋼襯連接在一起，促使整扇形成一個可靠的框架，保證框架的整體穩定性。框上的方案示意參考圖19，扇上的方案示意圖如
圖20 鋼襯整體連接方案b示意圖
④扇受高溫后，易產生傾斜、塌陷
門窗在正常狀態下，扇與框之間有完整的密封構造系統。制作具有耐火完整性的外窗時，扇與框利用五金將鋼裝連接成為一個整體，能保持形成一個相對穩定的框架，且型材腔體內安裝不同規格的耐火材料。在遭遇火情時框、扇之間的位置由于受熱不均，型材產生型變、偏移，從而可能導致窗扇傾斜，造成扇與框搭接不均，影響密封性能，直接竄煙、竄火。
通過防盜式鎖點與“卡扣式”鎖座的配合，可一定程度上防止窗扇的傾斜。(如圖21)
圖21 防盜式鎖點與“卡扣式”鎖座配合示意圖
4 玻璃方面
面臨的問題：玻璃耐高溫性、玻璃墊塊及支撐件耐高溫性弱
玻璃屬于比較成熟的產品，為保證整體耐火完整性，玻璃可選用市場上的防火玻璃。
不過玻璃安裝上門窗型材上，缺少不了墊塊，常規材料的墊塊無法滿足耐火要求，因此需要選用專用的耐火玻璃墊塊，以保持玻璃在門窗型材中的安裝穩固性。其產品示意圖如下：
圖22 耐火玻璃墊塊產品示意圖
該類玻璃墊塊是由多種無機耐火材料通過特定的設備制成，能有效地支撐玻璃并防止玻璃因快速受熱而炸裂，其特點如下：
1. 耐高溫：可耐1200°C以上的高溫;
2. 不粉化：高溫條件下仍可保持整體強度，不軟化不脫層;
3. 防腐蝕：可在酸堿環境中使用。
通過上述的耐火材料的組合使用，可以使型材達到0.5、1H的耐火等級。
四 小結
通過上文的分析，耐火門窗主材設計關鍵如下：
1.須選用高熔點材料制成的五金
2.耐火五金的結構必須是與鋼襯有效連接的
3.耐火五金的鎖點與鎖座必須是卡扣式的有效配合
4.整窗的鋼襯須組成一個可靠的整體
5.型材各腔室和與玻璃的空間處需采用耐火材料做好填充，通過耐火材料 的性能來阻隔和延緩火勢和高溫
6.采用耐火膠條將框、扇間的間隙要充份做好密封和阻隔
7.玻璃與型材間相確認相對穩固、可靠。
本文只是從設計層面進行了一些探討，合格的耐火完整性門窗的研發，還設計到五金的安裝、工藝設計等方方面面，因此具體的還是要以最終實驗結果為評估依據。
參 考 文 獻
[1] GB 50016-2014《建筑設計防火規范》
[2] 《建筑門窗耐火完整性試驗方法及判定要求》(報批稿)
作者：
萬湊珍 曾超 廣東堅朗五金制品股份有限公司
徐小勇 萊法特防火材料河北有限公司
李娜 寧波新安東密封保溫系統有限公司
