建筑耐火节能门窗材料的设计选择路径研究

王致远，崔彭，董翠娜

（沈阳金维特门窗有限公司，辽宁 沈阳 110000）

0 引言

在选择建筑门窗时，往往需要考虑门窗的物理性能是否达到标准，在保证门窗的使用性能合格之后，还要考虑门窗的保温性，其次就是客户根据自己的喜好选择型号。很多的生产商为了保证门窗的保温性能和物理性能达到标准，往往会采用有机高分子材料来替代部分框架位置，从而达到更高的节能性。但是有机材料在使用时，就必须要考虑到一个问题，那就是可燃性，如果门窗选用一些具有可燃性的高分子材料作为部分框架结构，就无法保证门窗结构的耐火性，很容易在发生火灾时发生严重的损失。随着国家规范条例的推出，就必须要选择更加合适的材料来替代，因此能否保证建筑门窗达到规范要求，就在于门窗的耐火性能以及结构的设计是否能够达到标准。为了满足规范的要求并提升门窗的相关性能，就必须从材料的选择和设计上入手，全面优化节能门窗的选材和设计，从而实现建筑耐火节能门窗性能的提升。本文将针对不同类型的门窗进行对比分析，从门窗的材料选择到结构设计上进行分析，从而探究出合适的耐火节能门窗材料设计选择路径。

1 《建筑设计防火规范》的提出背景

近年来随着经济的不断发展，我国的城市化进程不断加快，高层建筑也逐渐成为城市化的标志之一，由于建筑物的高度不断增加，因此人们对于安全的关注度也不断升高。排除自然灾害的影响之外，火灾便是危害高层建筑安全最为可怕的因素之一，由于高层建筑的特殊性，一旦发生火灾就会迅速蔓延，并且由于人员密度较大，逃生与救援都有着很大的难度。除此之外，很多的建筑在建设过程中，为了提高其使用的舒适度，都会在外墙外加装保温材料，并且很多的建筑材料都具有可燃性，这些都给高层建筑的使用带来了巨大的安全隐患。一旦保温材料被点燃，就会直接对门窗造成毁灭性的破坏，大大增加救援和逃生的难度，严重影响了使用者的生命财产安全[1]。为了能够更好的避免这些问题的发生，提高高层建筑使用的消防安全性能，提出了《建筑设计防火规范》对建筑的耐火性能提出要求，以此来提高建筑的安全性。更是首次针对门窗的耐火性提出了全面的要求，针对建筑的内门、外窗、外墙外保温系统等都提出了明确的耐火等级要求，不仅如此，还针对耐火窗的检测规则进行了明确的规定。

2 节能门窗的分类

在建筑中外门窗的组成通常有五个部分，分别是由玻璃面板、框架型材、五金配件、密封胶条、其他辅助配件，门窗在实际应用时还会根据实际情况，对不同部位的设计进行更改，从而实现结构的优化达到更好的使用效果。想要实现耐火门窗的相关要求，就必须要对门窗的组成材料进行了解，由于部分普通材料不能够实现耐火性，所以在进行耐火门窗的设计时，就需要对部分材料进行更换。同时部分类型的门窗由于材料的更换，也会导致结构和部分功能无法正常使用，因此传统的铝合金类门窗、塑料类门窗、复合门窗、实木类门窗、玻璃类门窗等，部分类型会由于材料的限制而无法正常使用，所以要想实现耐火节能门窗的设计与选择，就必须对材料进行优化选择[2]。

3 传统材料的不适用性

3.1 PVC型材

在建筑中塑料门窗的主要材料是PVC塑料以及增强型钢，虽然在日常使用中不会出现耐热性上的问题，但是一旦发生火灾，就很难保证耐火性。由于PVC型材的耐火性较差，所以一旦发生消防问题，就无法保证门窗的正常使用，在温度过高时型材就会发生框架的变形，并且结构的密封效果也会失效，导致门窗无法成为有效的救援和逃生通道。虽然现阶段针对PVC的耐火性研究有了很大进展，通过一些技术手段可以大大提高PVC型材的耐火性，但是无法从根本上明显的降低塑料门窗在遇到火灾时系统被破坏的程度，所以这类型材难以有效的在耐火门窗中继续应用[3]。

3.2 断桥铝型材

断桥铝型材的问题主要表现在耐火性和隔热性上，断桥的采用是为了提高隔热性能，但是断桥材料不能够很好的抵抗高温，因此只能满足日常使用的需求，一旦发生火灾就会由于温度过高而出现融化。型材的耐热性不够好，虽然熔点远远高于PVC型材，但是在高温状态下会出现软化，导致整体框架结构出现问题，使结构的整体性得到破坏。但是如果对材料进行改进，只能通过增加钢衬的方式来实现，这样的方式会导致结构的保温性和隔热性不能有效保障，所以很难在耐火门窗的使用中正常运用[4]。

3.3 新型材的优势

3.3.1 聚氨酯耐火节能窗的耐火性

建筑构建要想加大耐火性能必须要达到两个方面的指标，首先是耐火完整性，对于部分不需要具备隔热性能的门窗而言，只需要有良好的耐火性能即可满足耐火性的标准。根据相关的检测标准，对非隔热性耐火窗进行耐火性检测，只需要对背火面的状态进行检测，通过对材料进行持续燃烧，观察背火面的实际情况便可以得出结论。在对聚氨酯耐火节能窗进行耐火性试验时，通过一小时的持续燃烧并未发生完整性破坏，仅仅表现为受火面的钢化玻璃出现碎裂，受火面发生了部分燃烧现象并持续到实验的结束。对于背火面而言，仅仅出现了部分变形整体结构未发生破坏，并且防火玻璃直到试验结束也未发生破碎现象，正在完成试验后对背火面进行热通量检测，也在正常范围之内。由此可见，聚氨酯耐火节能窗的耐火性完全能够达到相关标准，这一新型材料可以很好的提高节能窗的耐火性[5]。

图1 门窗材料性能对比

3.3.2 材料的强化

玻纤增强聚氨酯型材是在聚氨酯的基础上强化得到的一种材料，有着比聚氨酯更优良量的耐火性，就材料而言玻璃纤维本身就是很好的阻燃剂，这是一种无机纤维熔点往往在1000摄氏度以上，聚氨酯材料在遇火后会形成碳化层，从而阻止了火焰的进一步扩散。在将这两者结合之后便得到了玻纤增强聚氨酯型材，在明火的灼烧之下也很难被点燃，大大提高了材料的耐火性，不仅如此遇火面承受的高温也很难传导到另一面，所以极大的提高了材料的耐火性能。

3.3.3 优良的工艺特点

首先，玻纤增强聚氨酯型材具有很高的纤维含量，纤维的含量更是达到了80%以上，大大改善了材料的力学性能，不仅如此由于较高的纤维含量，进行生产时可以很好的减少生产步骤，简化了生产工艺大大提高了生产效率。对于一些特殊的部件，对于材料的截面形状和厚度都有着很高的要求，传统的材料很容易产生断裂，但是玻纤增强聚氨酯型材料却能够很好的避免这一问题，大大提高了材料的可塑性。在生产过程中，由于工艺简单材料的配比固定，所以完全可以实现自动化生产，只需要对材料的固定、切割、配比、运送等步骤进行严格的设定，便可以实现自动化生产，并且对产品的质量没有任何影响，可以极大的提高生产效率。最后，生产过程中所使用的材料不具有污染性，能够很好的对生产工人的健康和周边环境进行保障，生产环境也是严格封闭，不会出现安全问题，同时还保障了生产环境的清洁[6]。

3.3.4 良好的表面装饰性

由于材料的纤维含量高，所以在使用过程中需要选用合适的涂料来满足美观的要求，同时也可以保护材料不受到损害，新型的水性环保聚氨酯涂料就是专门针对玻纤增强聚氨酯型材研制的一种涂料，能够很好的为型材提供保护和装饰。首先这一涂料可以实现均匀的覆盖大大提升材料的平整性，并且能够很好的进行附着，实现持久性的防护。这一材料属于环保材料，无毒、无污染能够很好的保证使用者的健康，这一材料还可以很好的吸收紫外光，对材料起到良好的保护作用。作为装饰性涂料，这一材料在颜色、光泽以及实际效果上都可以进行很好的搭配，使用者可以根据自己的需求随意搭配，从而实现更好的美化效果。

4 结语

随着经济的不断发展与进步，各种各样的新式材料也层出不穷，因此为了更好的满足国家的要求，做好建筑节能门窗耐火性的设计，就需要选择优良的材料。与此同时，国家相关部门也要加大对于市场的监管，加强对于工程质量的检测与管理。综合考虑门窗的各项性能，在保证门窗的各项物理性能基础之上，还要协调耐火性和美观性，在诸多优良性能得支持下，这一材料必定会成为未来发展的新方向，必定会大大推动节能防火型门窗的发展。