防火玻璃与门窗的十大设计误区和十大施工误区

2021-11-07吕淑清陈沃林

中国建筑金属结构 2021年10期

吕淑清陈沃林

1.概述

每年火灾带给人类的毁灭性损失说明了当前防火、灭火工作仍然非常严峻。玻璃具有通透、美观、轻便、不燃等特性，在建筑装饰中应用非常广范。玻璃虽然是不燃性材料，但普通玻璃的防火性能是比较差的。在火灾发生时，普通玻璃难以承受火灾的高温差和高热冲击，所以具有防火性能的防火玻璃就应运而生，研发与生产一种可持续稳定的防火玻璃，并应用于建筑上具有非常重要的意义。

随着新的《建筑防火设计规范》和《建筑幕墙、门窗通用技术条件》的实施，防火玻璃、防火窗、防火门和隔墙、防火玻璃幕墙越来越被设计师、建筑师、业主、公众知晓和重视[1]。

2.正确认识防火玻璃

不少人对防火玻璃不熟悉、不了解，以为普通玻璃就是防火的，防火玻璃都是一个样的、用法也一样的，所以在使用时就随便选一种或选价格最便宜的。其实普通玻璃虽然是不燃性材料，但在火灾发生时却非常脆弱，常常3min～5min 就炸裂而失去防火性能，防火玻璃性能区别较大，种类不同性能不同，原片不同性能有差异。使用时根据使用的要求选用适当的防火玻璃，选用不当，将达不到应有的效果。

2.1 防火玻璃

在标准耐火试验条件下，玻璃构件一面受火时，能在一定时间内防止火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力，这种特殊玻璃为防火玻璃。

2.2 防火玻璃的分类[2]

现时我国的防火玻璃分类是依照国家标准《建筑用安全玻璃防火玻璃》（GB15763.1-2009）的标准划分方式。按产品结构分为：复合防火玻璃（FFB）和单片防火玻璃（DFB）。复合防火玻璃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，并满足相应耐火等级要求的特种玻璃。单片防火玻璃是由单层玻璃构成，并满足相应耐火等级要求的特种玻璃。

按耐火性能分为隔热性防火玻璃（A 类）和非隔热性防火玻璃（C 类）。隔热性防火玻璃（A 类）是指耐火性能同时满足耐火完整性、耐火隔热性要求的防火玻璃。非隔热性防火玻璃（C类）是指仅满足耐火完整性要求的防火玻璃。除了A 类C 类防火玻璃外，还有B 类防火玻璃，就是满足耐火完整性和具有降低热辐射强度的防火玻璃。2008 年修订防火玻璃国标时，因在国内还没有这种玻璃，所以删了这个类别，现已经有这类玻璃了，所以在编的新国家标准将重新增加。

2.2.1 国外通用的防火玻璃的性能及其分类

在欧洲，按防火玻璃的性能分为E、EW、EI，而且这种分类方式与称呼在世界各地比较认可：

（1）E Integrity 防火完整性：火灾发生时，当玻璃一侧受火时，其能在一定时间内保持完整性，比如E 60表示60min保持完整性，在这个时间间隔中，玻璃起到阻隔火焰、烟雾和热气体的作用，但不能阻隔热辐射（相当于GB 15763.1-2009 中的C 类）。

（2）EW Radiation 防热辐射性：也叫部分隔热，在E 级别玻璃的基础上增加了防止热辐射穿透的功能，当玻璃一侧受火，要求玻璃背火面（远离火焰的一侧），在规定时间内最大通过热辐射量不超过15 kw/m2（测试距离1m），比如EW 60 表示60min 热辐射防护（相当于GB 15763.1-2001 中的B 类）。

（3）EI Insulation 绝热性：在EW 级别基础上增加了隔热、绝热防护要求，要求玻璃背火面（远离火焰的一侧）玻璃表面温度在指定时间内升温的平均温度不得超过140℃和最高温度不得超过180℃，比如EI 60 表示该防火玻璃保持防火完整性和隔热性达到60min（相当于GB 15763.1-2009 中的A 类）。

按防火时间分有：30min、60min、90min、120min、180min 等。

2.2.2 国内防火玻璃的分代及特点

纵观国内的防火玻璃发展过程，可以把防火玻璃的发展分为以下四代:

第一代：水玻璃干燥法，在水玻璃中添加醇类有机改性剂及无机固化剂，在恒温恒湿的条件下，脱去水分，然后复合而成。缺点：玻璃无法钢化（只有一片玻璃可以钢化），在安装过程中易破损，易出现针尖大小的气泡，长期使用边部易失去水分而发白，内片玻璃出现滑片而错位。此工艺最早由皮尔金顿和成都消防科研所研制成功。

第二代：丙烯酰胺类防火玻璃，20 世纪九十年代由天津消防科研所研制，是在两片或多片玻璃中间灌注以无色透明丙烯酰胺为载体的防火胶，现国内绝大部分复合防火玻璃都是此工艺生产，主要用于室内的防火门、防火窗上。

第三代：单片防火玻璃，分高强度单片防火玻璃、铯钾防火玻璃、高硼硅防火玻璃（还有微晶玻璃、高铝玻璃，现生产厂很少）。

（1）高强度单片防火玻璃、铯钾防火玻璃是2000 年后在我国推广和应用的中国特色防火玻璃，主要是利用物理和化学方法在优质的玻璃表面产生强大（极限）的表面压应力从而提升玻璃在火灾发生时的防火性能，这种玻璃在使用上应尽量不要划伤、以免破坏玻璃表面应力。

（2）高硼硅防火玻璃：因高硼硅玻璃具有极低的膨胀系数和较高的软化温度而成为优良的单片防火玻璃，如果加工得好防火时间可达1h 以上，甚至达到2h、3h，其稳定性比单片好很多，国外单片防火玻璃主要使用此类，由德国肖特公司生产，在国内现在已经有这种高硼硅防火玻璃，如：凤阳凯盛、秦皇岛弘华等厂家，这种防火玻璃对防火钢化的设备要求较高，一般的钢化炉不能达到要求。

第四代：利用特殊二氧化硅强大的成膜性用现浇法生产的防火玻璃，国际上主要由德国Vetrotech 公司研制生产，目前已使用了近三十年，国内近年已开始研发和引进此技术，水晶硅等硅类复合防火玻璃都是此方法生产的。优点是主要使用无机物，防火性能和外观质量非常稳定，具有优良的耐老化性能，国际上这种玻璃一般厂家都质保5 年，用户一般使用10 年至20年无问题出现，内外片玻璃均可钢化，使用过程中不易破损，可以使用在幕墙等外墙装饰上,这是目前最高端的防火玻璃。

四代防火玻璃也形成了五种常用的防火玻璃，也是现在国内市场流通的防火玻璃：灌浆复合防火玻璃、高强度单片防火玻璃、高硼硅防火玻璃、新型水晶硅防火玻璃；国产化的水晶硅防火玻璃通常称为纳米硅防火玻璃。

四种防火玻璃各有各的特点、各有各的优势，设计师、建筑师、业主可以根据建筑物的实际情况结合工程的不同部位，选用其中一至四种。

2.2.3 新型水晶硅防火玻璃

为满足高端市场的需求，需要一种可持续稳定绿色环保的高品质防火玻璃，新型水晶硅防火玻璃就是这样一款产品，其原料、技术全部来自德国，与欧洲技术同步。

新型水晶硅防火玻璃的结构是在两层或多层玻璃中间填充高品质的新型水晶硅防火胶，其所用的玻璃层数不同、防火胶厚度不同，防火性能和效果就不同。

现列举几种常用的新型水晶硅防火玻璃技术参数（见表1）。

表1 新型水晶硅防火玻璃的技术参数

图2 大尺寸的水晶硅防火玻璃测试

其耐热稳定性极佳，我们以优于国家标准300 倍的要求来测定其热稳定性。国标的耐热性能测定是将防火玻璃恒温于50℃±2℃的环境下，垂直放置6h，观察玻璃外观，变化来判定是否合格，而水晶硅防火玻璃是在50℃（+2/-0）℃的恒温环境下，放置2000h，明显优于国家标准的300 多倍，其是一种可持续稳定绿色环保的高品质隔热或部分隔热防火玻璃。

2.3 防火玻璃与门窗系统

防火玻璃门窗系统是指由防火玻璃和框架及其配件组成的构件。实际生活应用中防火玻璃一定是与框架组合完成的建筑构件，支撑防火玻璃的框架系统是整个防火门窗系统的“骨骼”，“骨骼”是否强壮也就成为影响整个体系防火功能的重要因素。

目前国家防火规范《建筑设计防火规范》（GB50016-2018）中虽然对防火玻璃框架系统的设计和应用有一定的要求，但是在一定程度上使防火玻璃框架系统的应用比较混乱，影响了建筑的防火效果，很多项目只看重防火玻璃本身的检测报告，忽视了支撑玻璃框架系统的防火功能。甚至有误区认为铝合金框架或钢框架刷上防火涂料，再配上防火玻璃就是合格的防火门或者防火窗了。实际上，框架本身是否能够承受一定的火灾荷载，玻璃与框架之间的结合是否紧密，能否在火灾下共同变形以保障系统整体的完整性，框架和玻璃是否有着共同的防火隔热性能，都是影响整个系统是否合格的重要因素。《建筑用安全玻璃第1 部分：防火玻璃》（GB15763.1-2009）就明确要求“试验时所使用的固定框架和安装方式应与实际工程配套使用的相同，并以图纸或其他方法记录固定框架的结构和安装方式”[2]。大量的实验表明，采用不同框架结构型式的防火玻璃框架系统往往会有着不同的耐火极限，这表明防火玻璃与框架有着密不可分的关系。

2.4 防火玻璃与门窗的测试及升温曲线

当火灾发生时，火焰在燃烧过程中会产生极高的热量，并以热辐射和热传导的方式透过玻璃，使玻璃背火面的温度不断升高。当达到一定程度时，热量会使人或可燃物在没有碰触到火焰的情况下，被灼伤或引燃，隔热型防火玻璃是为了使逃生和救援人员免遭热量伤害，并将火灾的破坏性降低到最小而设计的。它特殊的防火材料可以大幅吸收热量，从而将其控制在标准值内，提供最有效的安全保护。非隔热型防火玻璃通常使用于外幕墙等没有隔热要求的地方。见图3 防火玻璃的性能对比效果图。

图3 防火玻璃的性能效果对比图

3.防火玻璃与门窗的十大设计误区

我国建筑业伴随着国家经济建设得到了突飞猛进的发展，各种建筑物件也随着科学技术的发展层出不穷，但建筑物件耐火极限在防火设计中的重要性时常被忽视，往往给建筑埋下了火灾隐患，下面列举常见的十大设计误区：

3.1 应用防火玻璃门窗的地方却用了非防火门窗

《建筑设计防火规范》中5.5.6 规定：直通建筑内附设车库的电梯，应在车库设置电梯候梯厅，并采用耐火极限不低于2h的防火隔墙和乙级防火门与车库分隔[1]。

看下面的例子可见：地下车库的电梯前室没有设置甲级防火门，仅使用钢化玻璃配套制成的无框玻璃门。应用防火玻璃与门窗的地方却用了非防火门窗，造成的火灾安全隐患可想而知。

图5 应用防火玻璃门窗的地方却用了非防火门窗

3.2 应该用隔热防火门窗却用了仅满足耐火完整性要求的防火门窗

单片防火玻璃及由单片玻璃复合成的中空玻璃不具备防火隔热的功能，因此从耐火性能的角度来讲，单片玻璃及其复合成的玻璃不能够用于A 类防火构件。如果根据《建筑设计防火规范》要求一个玻璃门窗是“甲级”[5]的话，采用单片玻璃或者采用单片玻璃复合成的中空玻璃或者夹胶玻璃只能达到完整性的要求，根本达不到甲级的要求。换言之，根据防火等级要求，采用相应等级的防火玻璃才能够保证玻璃的耐火性能达到设计的要求。同样，甲级防火门窗的框架系统同样要达到隔热性的要求。看下图的设计要求和玻璃配置要求，明显是应该用隔热防火门窗却用了仅满足耐火完整性要求的防火门窗。

图6 图纸上要求防火门窗和隔墙玻璃为甲级防火固定玻璃

图7 本工程选用的玻璃类型打钩的都是单片防火玻璃或其他安全玻璃,都是不能达到“甲级”要求的防火玻璃

3.3 设计前后描述互相矛盾

下面这个设计例子应用产品是某地铁的防火观察窗，要求材料组成是单片超白防火玻璃，厚度≥15mm，耐火极限不低于1.5h，有消防认证标示，防火窗构造一并满足耐火极限要求。材料技术要求是防火玻璃种类为A 类隔热防火玻璃，耐火隔热性时间≥90min 且耐火完整性时间≥90min。

分析：单片防火玻璃种类为C 类防火玻璃，只满足耐火完整性，是满足不了耐火隔热性。设计前后描述互相矛盾，对《建筑设计防火规范》不熟悉。

而这种错误的设计误导了施工和验收连环出错：由于设计上的错误标注，很容易误理解成防火（耐火）C1.5h 玻璃窗就是甲级防火玻璃窗[5]。往往只是使用单片非隔热型防火或非隔热型镶玻璃构件就可以通过消防验收，这些都是不符合消防验收政策法规的。一旦发生火灾，施工、监理、设计师和甲方都有着不可推卸的责任。《中华人民共和国建筑法》第七十三条：关于”建筑设计单位不按照建筑工程质量、安全标准进行设计的，责令改正，处以罚款；造成工程质量事故的，责令停业整顿，降低资质等级或者吊销资质证书，没收违法所得，并处罚款；造成损失的，承担赔偿责任；构成犯罪的，依法追究刑事责任”的规定。“设计终身制”让我们必须正确地进行设计与施工，所以希望地铁和城市交通轨道部门必须重视，并对现有线路进行自查自纠，对不符合规范设计要求和存在安全隐患的产品进行整改。

图8 某招标文件上截取有关描述

3.4 防火玻璃结构描述错误

在防火门窗设计中，由于对防火玻璃的类型和结构配置要求不熟悉，经常出现问题，设计图纸中要求使用的是“防火窗”，防火窗的玻璃配置要求为防火隔热的A 类防火玻璃，但实际要求玻璃配置却是“5Low-E+12A+5mm 钢化中空玻璃”，那是完全没有防火性能的玻璃配置。如果生产出来的防火窗真的配套这样的玻璃，可想而知，这样的防火窗并不安全。

图9 玻璃配置不对：列明“防火窗”但配置却是“普通钢化中空”玻璃

3.5 设计的尺寸过大没有考虑防火安全性且没有相应的报告支持

地铁综合控制室观察窗或中庭防火分区隔墙幕墙等建筑防火构件，大版面设计会视野开阔、不会因分格柱形成视角盲点。但是实际使用的都是小版面口字形窗或小规格窗，尺寸在1500mm×1500mm 内（且大多数要分为两或多格），会出现视角盲点，影响人员了解室外情况，重点是没有找到相应的报告支持。有些设计师把门窗隔墙设计为高5000mm 甚至6000mm 以上，这样做很危险，发生火灾时受火面爆裂会伤及现场救援人员；建议设计防火隔墙时不应高于4200mm。

图10 地铁综合控制室观察窗项目案例

3.6 设计标注不清没有列明防火性能

标注不清会造成很多歧义。“耐火时限不小于一小时”标准描述是耐火极限在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，至失去承载能力、完整性或隔热性时止所用时间，用小时表示[3]。一般描述为耐火完整性和隔热性。

图11 中有些设计没有列明防火时间。

图1 水晶硅防火玻璃结构图

图11 广州某项目高层建筑防火窗设计图纸

3.7 仅使用了防火玻璃不注重整体系统

防火玻璃适用于防火门窗、隔墙、幕墙等防火构件，但实际应用中防火玻璃是与框架组合到一起的建筑构件，从而实现防火功能。脱离了框架的防火玻璃直接使用于建筑物上是不现实的，起防火功能的是整体构件系统。国家标准明确要求“试验时所使用的固定框架和安装方式应与实际工程配套使用的相同，并以图纸或其他相当的方法记录固定框架的结构和安装方式”[4]。

仅使用了防火玻璃不注重整体系统应用，供应商就只能提供作为关键原材料防火玻璃的检验报告，这样在消防验收中是不可以的。

图12 深圳某项目设计图纸：应用仅标注为A 类防火玻璃,其实需要的是甲级防火窗系统,容易让施工方认为用了A 类防火玻璃就行了,忽略了要整套系列采购

3.8 把防火玻璃当普通玻璃的性能来设计

把防火玻璃当普通玻璃来设计，列举普通玻璃的外观性能，尺寸大，不符合防火安全的实际要求，且没有相应的防火测试报告支持。

3.9 把防火门窗当普通门窗来设计

防火门窗除了具备门窗的基本功能外，还具有良好的耐火、隔热、隔音等效果，可以有效阻止火灾蔓延，是由防火隔温阻燃材料制作的，并且具备防火膨胀密封胶条，遇高温后能迅速膨胀，阻挡烟气。普通的铝合金门窗只具备门窗的基本功能，使用的是表面处理过的铝合金型材，内部填充的基本为钢架和隔音纸板。

《建筑设计防火规范》中5.5.32 规定：建筑高度大于54m的住宅建筑，每户应有一间房间符合下列规定：应靠外墙设置，并应设置可开启外窗；内、外墙体的耐火极限不应低于1h，该房间的门宜采用乙级防火门，外窗的耐火完整性不宜低于1h[1]。但是实际上，在建筑物中特别是在一些寸土寸金的黄金地段，开发商往往基于自身利益的考虑，为了经济美观，把防火门窗当普通门窗来设计使用。

3.10 把普通门窗的五金随意用于防火门窗

由于防火门窗有一定的耐火时间要求，防火门窗所使用的五金也要能够满足这一要求，特别是铰链（合页）和锁具、闭门器或闭窗器等。一般的钢铰链需要和门窗一起经过测试、常规的锁具由于内部有塑料配件或者不耐高温的配件，在高温下会燃烧变形，因此不能用于防火门窗。防火门窗产品要采用专门的防火锁或其他配件，而且是需要和门一起经受测试的。

如果为了节约成本或美观轻便等因素，采用了非防火五金配件，在发生火灾时，防火门窗系统的防火屏障就会在某一点上被击破。

图13 防火门连窗测试中,点火20min 后,闭门器处开始串火而失败

4.防火玻璃与门窗十大施工误区

（1）工程用量过少不受重视，用非防火玻璃代替防火玻璃，有些工程用量只有一、两个窗，不足20m2。

（2）需要隔热型防火玻璃却用了非隔热玻璃。

The system structure of fault mode is shown in Figure 8. Firstly, the system will determine the system status through the self-test. When in the fault mode, the system will make responses according to the different fault situations automatically.

（3）使用了没有测试报告的厂家产品或内容与形式不一致。

（4）使用了三无产品，或购买了防火玻璃，由无资质的厂家加工甚至民工胡乱加工安装。

（5）使用了标识不全的产品，要么无厂家标识，要么无防火性能标识。

（6）使用了错误的报告产品，报告与工程现场不一致。

（7）以小尺寸报告代替大尺寸报告。

（8）报告中防火玻璃描述与实际使用的不是同一厂家或型号。

（9）使用防火时间短的代替防火时间长的，以次充好。

把好施工关，建造科学合格有效的防火工程是对我们广大施工人员的要求。

根据《建筑设计防火规范》第5.5.6 条直通建筑内附设汽车库的电梯，应在汽车库部分设置电梯候梯厅，并应采用耐火极限不低于2h 的防火隔墙和乙级防火门与汽车库分隔[1]。

乙级防火玻璃门可选用闭门器合页式玻璃防火门或地弹簧玻璃防火门，门上玻璃可选用灌浆复合防火玻璃或水晶硅防火玻璃，可根据设计和实用性要求选择。