建筑铝合金外窗的耐火设计

张立乐

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摘要： 依据GB50016-2014《建筑设计防火规范》规范中对建筑外墙上门窗的耐火完整性要求，对建筑铝合金隔热外窗进行耐火设计，从防火构造及材料选用等方面出发对铝合金隔热外窗进行设计，实现铝合金隔热外窗的防火性能与建筑节能的双重指标。

关键词: 防火玻璃；硅硼防火玻璃；防火液；陶瓷硅胶条；阻燃；耐火完整性；

1 规范解读

新版国标《建筑设计防火规范》GB50016-2014自2015年5月1日起正式强制执行，规范中6.7.7中说明，当建筑的外墙保温采用燃烧性能为B1、B2级保温材料时，应符合下列规定：

1、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；

2、应在保温系统中每层设置水平防火隔离带。防火隔离带应采用燃烧性能为A级的材料，防火隔离带的高度不应小于300mm。

  由上述规范可见，如果我们想采用B级可燃的保温材料，建筑外墙上的门窗必须采用高性能的防火窗，且应设置防火隔离带。

2 防火材料

2.1防火玻璃

防火玻璃作为铝合金耐火窗最主要的材料之一以下是对防火玻璃的简要介绍：

 随着建筑功能与新材料的发展，具有耐火性能的防火玻璃，在火灾出现时为人员、财产、建筑救护创造重要的条件，发挥着举足轻重的作用。按照防火玻璃的结构划分为复合防火玻璃（FFB）和单片防火玻璃（DFB）。

复合防火玻璃（FFB）：由两层或两层以上玻璃复合而成或由一层玻璃和有机材料复合而成，并能满足相应耐火等级要求的特种玻璃。主要有复合型防火玻璃、灌注型防火玻璃、夹丝防火玻璃、中空防火玻璃。

单片防火玻璃（DFB）：由单层玻璃构成，并能满足相应耐火等级要求的特种玻璃。主要有硼硅酸盐防火玻璃、铝硅酸盐防火玻璃、单片铯钾防火玻璃、微晶防火玻璃、低辐射镀膜防火玻璃。

由于复合防火玻璃在生产方面没有大的突破，市场仍以灌注型防火玻璃为主，灌注型防火玻璃多以聚丙烯酰胺作为夹层材料，此类胶体材料除自身具有易气泡、紫外线照射下基本失去玻璃通透的基本功能等缺点外，夹层中的丙烯酰胺单体容易在防火玻璃的制造过程中对人体和环境造成伤害。此类玻璃是在两片玻璃之间凝聚一种透明而具有阻燃性能的凝胶，这种凝胶遇到高温时发生分解吸热反应，能吸收大量的热能，变成不透明、有良好隔热作用。它能保持在一定的时间内不炸裂，炸裂后碎片不掉落，可隔断火焰，防止火焰蔓延。如果同时向凝胶中添加阻燃剂，在高温下能放出阻燃气体，就会同时具有阻燃和灭火功能；当火灾发生时，与火接触的那面玻璃首先遇火，几分钟后炸裂，而中间夹层材料陆续地变成一层泡状物质，形成又厚又密的泡状耐火隔热层，接触火的那面玻璃碎片始终粘在泡状层上，直到熔化，这样，背火面的玻璃始终处于受保护和屏蔽状态。在防火测试中，该玻璃背火面的平均温升不超过140℃，因此此类玻璃多用于室内隔热性防火隔断等。

   单片防火玻璃市面常见为单片铯钾防火玻璃和硼硅酸盐防火玻璃，单片铯钾防火玻璃：是借用化学方法进行高温离子置换，在玻璃表面形成一种膨胀系数比中间低的表面低膨胀层，冷却时膨胀系数较高的中间层对膨胀系数较低的表面层产生拉伸作用，使得两者表面收缩不一致，表面层被置于压应力之下，中间层则产生了补偿作用的拉应力，通过相互作用提高了玻璃的抗热应力性能。硼硅酸盐防火玻璃：化学组成一般是SiO2含量68%78%，B2O3含量10%~13%，Al2O3含量2%~4%，R2O含量4%~8%。的玻璃。是一种热膨胀系数极低，耐热冲击性能优良，同时其导热系数低，耐热高温度高软化点高达820℃。还具有机械强度高、抗折、抗压强度高及良好的化学稳定性和物理力学性能。因此硼硅酸盐防火玻璃广泛应用于无隔热要求的防火玻璃隔断墙、防火窗、室外门窗幕墙等。

2.2防火胶条

   由于需要用胶条构筑门窗的密封与防火体系，功能性胶条显得尤为重要。耐火窗防火体系的主要构筑密封材料做一下简介：

1、遇火膨胀性胶条：采用膨胀石墨制备的膨胀型防火膨胀条，遇火时，产品体积可膨胀到原来的15-40倍，形成一良好的隔热层。可以全方位或单向膨胀，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。

2、陶瓷硅胶条：是由陶瓷化硅橡胶高分子材料组成，暴露于火焰中可在350℃~800℃或以上温度产生陶瓷化，烧结成多孔性自支撑的陶瓷壳体。在650℃~1000℃高温火焰中在一定时间（0.5~2小时）内能保持结构的完整性。陶瓷壳体起到很好的阻燃、耐火、防火、隔火的作用，可以很好地发挥“被动防火”的功效，为消防安全赢得宝贵时间。

3、耐火胶条：是由丁基橡胶为主要材料,配以其他助剂,经过特殊工艺流程生产出来的耐火温度300~400℃,同时具有优良的阻燃性、耐候性、耐老化性及防水性,对被粘物表面有密封、减振、保护等作用。

2.3防火液

无机防火液：作为功能性材料灌入型材腔提时浆液凝固成固态胶粘体，粘附在型腔内表面。防火液遇高温膨胀发泡，形成很厚的防火隔热层，变得不透明，直至碳化，形成了导热系数非常小且良好隔热性能的保护层，在一定时间内既保护了背火玻璃的完整性，又减少了火焰对背火面的热辐射，起到防火隔热的作用。用途：用于提高各种建筑装饰玻璃的防火性能，适用于复合隔热防火玻璃制作，常用于防火隔断，防火玻璃门，防火屏风，防火玻璃窗，建筑物中庭防火屏障，钢质或木质防火门等。

3 耐火窗设计方案

3.1 防火玻璃及镶嵌固定体系

为使得断桥铝合金门窗具备耐火规范要求的耐火时间，根据建筑外窗的使用特点和功能性要求，背火面选择硼硅酸盐防火单片向火面选择LOW-E玻璃的中空玻璃。由于型材中间隔热条在温度超过(120℃)时就失效，因此采用1.5毫米厚L形不锈钢片由向火面玻璃穿过隔热条镶嵌固定到背火面型材上，使中空玻璃在通过隔热条时形成一个牢固的整体（构造图1）。

3.2 隔热、密封阻燃体系

   根据铝型材(660℃)熔点的特性，采用对铝型材框、扇腔体内填充无机防火液功能性材料，遇火时无极防火液起到隔热吸热，并随着温度的上升膨胀发泡碳化形成导热系数非常小的具有一定强度的无机防火支撑。

   在窗子的开启部位，采用三种不同功能的胶条构筑三道密封防火体系，第一道在向火面处密封采用遇火膨胀性胶条，第二道中间胶条陶瓷硅胶条，第三道耐火胶条（构造图2）。

 

4 铝合金窗耐火完整性检验

耐火窗的检测使用QC-122建筑构件耐火实验垂直炉，采用“镶玻璃构件耐火试验方法 GB/T 12513-2006”、“建筑构件耐火试验方法 第１部分：通用要求 GB/T 9978.1-2008”检验依据，采用“建筑设计防火规范GB50016-2014”进行实验判定，严格按照上述防火构造体系的铝合金耐火窗可以顺利的通过实验检测。

5 应用前景

国内防火玻璃及防火密封材料的迅猛发展，且建筑耐火外窗在不改变原来铝合金的外观与性能为前提，凭借材料的更换替代使其具有了规范要求的耐火性能，依据当前由于建筑铝合金外窗使用及新防火规范的执行来看耐火窗具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准.GB50016－2014《建筑建筑设计防火规范》[S].北京：中国计划出版社，2014.

[2] 国家防火建筑材料质量监督检验中心.《火灾防火产品强制性认证指南》[S].北京：西南交通大学出版社，2015

[3] 建筑用安全玻璃 第1部分：防火玻璃GB 15763.1-2009中国标准出版社

[4] 中华人民共和国国家标准.镶玻璃构件耐火试验方法 GB/T 12513-2006

[5] 建筑构件耐火试验方法 第１部分：通用要求 GB/T 9978.1-2008