试析建筑幕墙防火设计常见的问题及解决措施

2023-08-12李成珍

中国建筑装饰装修 2023年14期

李成珍

由于幕墙位于建筑结构的最外层，虽然其使用的多为不燃或难燃材料，但整体耐火时效及性能较低，遇到大火后坚持不了多久，其面板甚至支撑的龙骨会发生局部坍塌，出现穿火，尤其是串烟的现象。而烟是造成火灾伤亡的最大元凶，因此在幕墙设计中需要特别注意幕墙的串烟问题，为救援赢得时间。

伴随火灾的是大量热烟，随着温度的升高，支撑幕墙面板的龙骨结构体系会逐渐发生变形，与建筑主体结构之间产生缝隙。大量烟雾就会通过这些缝隙进入相邻的房间，火灾逐步蔓延。因此在幕墙前期设计中，选择合理的封堵材料及有效的封堵方式，对提升幕墙整体防火性能、延缓火灾蔓延、争取疏散和救援被困人员有着积极的意义。

同时，开发并应用防火性能优异的新型材料也能避免次生灾害的发生，如幕墙材料遇火软化后从高空掉落等。近年来发生的多起高层建筑火灾事故都表明，建筑幕墙防火性能不佳是导致火灾快速蔓延的重要原因。因此，在工程设计中，应该给予这一问题足够的重视，做好建筑幕墙的防火设计。

1 关于幕墙的基本论述

幕墙作为建筑的主要维护结构，已广泛应用于公共和商业建筑。这种装饰方式除了可以提升建筑物的美感和艺术价值外，还可以在一定程度上起到防水、防风、保温和隔音等作用。幕墙是一种独特的建筑结构，由承重结构和面板组成，可以抵抗外力的影响，同时具有良好的美观性和防护功能[1]。它还可以保护室内空间免受损害。从目前的施工情况来看，幕墙不仅要有相对成熟的技术体系，还要有完善的施工工艺。近年来，随着技术的发展与进步，新型的建筑材料如光伏幕墙和智能幕墙逐渐运用到实际工程中，而传统的玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙等也相应的做了技术提升，包括防火性能等。幕墙对建筑物的装饰效果无法被取代，但可以在设计阶段调整设计思路，在防火性能方面给予更多的关注，从而提升建筑幕墙的实用性。

2 常见的建筑幕墙类型

2.1 玻璃幕墙

玻璃幕墙是最常用于建筑外墙装饰的幕墙类型，几乎被运用于所有的建筑项目中。在玻璃幕墙的设计和施工过程中，防火问题是需要特别关注的方面。根据建筑防火规范要求，通常需要在同一层结构的上下设置两道厚度均不小于200 mm的防火隔离带，其间隔高度不小于800 mm（有消防喷淋系统）或1200 mm（无消防喷淋系统）。防火隔离带主要由钢制承托板和防火棉构成，同时配合使用防火密封涂料（漆）或耐火胶等，构成完整的防火隔离层，保护建筑物免受火灾的侵害[2]。当然，这2 道防火隔离带主要是为了防止有害烟气穿入上层房间，对于明火是有承受极限的。在实际应用中，结构梁位置的玻璃幕墙在分格尺寸、玻璃及背衬板颜色、防火隔离层设置的位置方面都有较大的灵活性，需要根据实际情况加以分析，选择不同的技术方案和工艺，在满足防火需求的同时，也达到较好的美化效果。

2.2 石材幕墙

图1 玻璃幕墙（来源：网络）

石材幕墙采用天然石材或人造石材作为主要装饰面材，这些材料本身具有不可燃烧的性质，相较于玻璃材质，更容易在高温下融化变形而发生掉落。此类建筑幕墙遇火，一般不会发生面材燃烧掉落的危险，但其背衬的保温材料却成为防火薄弱环节。此类建筑幕墙不仅要设置防火隔离带，更重要的是选择不仅节能环保，而且防火性能优异的材料作为幕墙整体的保温层，减缓火灾在幕墙上的蔓延。由于受到的外部因素影响较小，幕墙工程的进度可以按计划顺利实施，而且具有良好的环境适应能力（图2）。

图2 石材幕墙（来源：网络）

2.3 铝板幕墙

铝板可谓一种应用广泛的建筑材料，不仅被应用在许多建筑的屋顶、门窗、墙体等位置，还常常应用在幕墙装饰行业中。相比于其他材料，铝板具有许多优点，比如重量轻、强度高、耐腐蚀、易加工等。在幕墙装饰行业中，铝板常被用作装饰面材，可以被拼接成各种图案或形状，使建筑物显得更加美观。

同时，在铝板的制作过程中，如果更加注重防火防护，可以使铝板和幕墙达到较好的防火效果。为了保证建筑的安全性，必须使用高强度的铝板和防火材料，以确保幕墙的稳定性和耐久性。

3 建筑幕墙防火设计中常见问题

3.1 防火材料使用不当

对于幕墙装饰行业来说，防火材料的选择尤为重要，因为幕墙作为建筑物外立面的一个重要组成部分，其防火性能至关重要。在材料选择上，如果建筑工程没有对各项防火材料的特性与应用原则等进行充分掌握，就有可能会选择不适合幕墙的防火材料，浪费资金，并无法实现预期效果。

如果没有对防火材料进行严格管护，就会导致材料的损坏和变质，从而降低幕墙的整体防火性能，甚至威胁建筑物的安全性[3]。因此，防火材料的选择和管护非常重要，需要进行专业评估和科学指导，以实现幕墙防火价值的最大化。

3.2 对防火设计重视不够

尽管一些建筑项目把大部分精力放在现场监督、安全保障和资源配置上，但是未能充分考虑幕墙的防火设计，从而降低了建筑幕墙的安全性能。如果在后期施工中，发现防火设计存在一些问题，但是受到工期的限制未能及时解决，则有可能给建筑幕墙埋下安全隐患，大幅降低幕墙的耐久性，同时也会给幕墙的防火设计带来极大的挑战。

在建筑工程中，幕墙施工是一个极其复杂的过程，需要在施工前进行充分的勘察与准备工作。如果这些工作没有做好，就有可能导致后续施工过程中出现防火问题，从而危及整个建筑物的安全性。因此，在进行幕墙施工前，需要充分认识到幕墙防火的重要性，并严格按照防火设计方案进行施工，从而保障幕墙防火质量。

4 建筑幕墙防火设计问题的解决措施

4.1 防火材料的选择

4.1.1 防火玻璃

许多建筑物的幕墙都是选择玻璃作的，但是这些玻璃的防火特性各异。不同类型的玻璃材料具有不同的防火性能，因此在选择幕墙材料时应格外谨慎，避免出现安全隐患。为了确保幕墙的安全性能，工程团队应将实事求是的理念贯穿于整个防火材料的选择过程中。

防火性能较高的玻璃材料应经过耐火试验检测，以确保其能够满足建筑幕墙所需的防火性能要求。根据防火耐久性能等级，可以将防火玻璃分为A 类、B 类、C 类，防火耐久性能从A 类到C 类逐级递减[4]。

A 类玻璃的特点是能同时满足耐火完整性和耐火绝缘性的要求，并具有耐火、隔声、抗冲击等性能；B 类玻璃的特点是同时满足耐火完整性和热辐射强度的要求，具有透光、防火、隔烟等性能；C 类玻璃的特点是只需要满足耐火完整性的要求，没有耐火绝缘性要求。因此，建筑工程要结合建筑功能特点来选择相适应的玻璃材料，合理配置工程资源。

4.1.2 防火铝塑板

铝塑板是一种具备阻燃性芯材和铝板保护层的防火材料，燃点比较高，而且比玻璃材料具有更好的隔音性能。由于某些建筑物的玻璃幕墙可能导致光污染问题，因此一些工程选择了铝塑板作为幕墙材料来规避这种风险；同时增强建筑物的视觉效果，并且具有良好的装饰性。

此外，铝塑板材料重量轻，硬度达标，符合建筑幕墙材料的选择要求。然而，这种材料也可能受到外力的影响而出现剥落或变形。因此，采取有效的预防措施有助于确保施工安全，降低建筑幕墙的安全风险。

4.1.3 防火密封胶

防火密封胶是一种特殊材料，可以有效的阻止火焰侵入建筑物的表面，并且可以在接缝处增强耐火性能，其可以分为两大类：弹性密封胶和膨胀密封胶。弹性密封胶可以有效的阻止火焰侵入，而膨胀密封胶则可以填补缝隙，从而起到保护和隔离火焰的作用。优质的防火密封胶不仅具有卓越的位移性能，还能够有效的抵御潮湿和渗漏的环境，特别是在雷雨季节，可以有效的阻挡雨水，从而保护建筑幕墙的稳定性。当发生火灾时，防火密封胶的阻燃性能可以有效的阻止火势蔓延，同时能够有效的阻挡烟尘。

4.1.4 防火涂料

防火涂料是建筑幕墙防火设计中不可或缺的一部分，其种类繁多，可以根据实际情况进行选择。根据相关资料，大多数防火涂料都是溶剂型，薄涂或者厚涂都可以，但是不同的涂层厚度，往往表现出显著的防火性能差异。通过正确使用防火涂料，可以在目标基材和空气之间形成一道防护屏障，从而阻止火势的蔓延。

4.2 防火构造和封堵设计

4.2.1 设置防火隔离结构

为了确保安全，不燃固体裙墙的最低高度必须达到0.8 m。但是，当这些支撑物的厚度超过这个值，并且越来越靠近建筑物的外围，就应该把层间的防火隔离结构扩展到其下方。为了确保施工安全，当混凝土梁和钢梁距离建筑物的外围较近时，建议设置两段耐火极限超过1 h 的防火墙，并将其分别设置在楼板上方和下方的边缘。此外，根据《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251―2017），在其内部覆盖1.5 mm 的镀锌钢板，并且用200 mm、100 kg/m3的岩棉或矿棉板进行密封[5]。

4.2.2 使用单片耐火玻璃

为确保施工安全，建议使用单片耐火玻璃，耐火极限应不低于1 h，这样才能保证玻璃幕墙、不燃固体裙墙和防火隔断结构的安全性。但应注意，使用这种防火结构，在发生火灾时其不具备耐火性和绝缘性，只适用于室内火灾负荷密度较低的场合。

4.2.3 良好的密封性能

为了确保幕墙的安全，其防火密封结构必须具备良好的密封性能，并且能够承受膨胀变形的压力，以确保在发生火灾时能够在规定的时间内保持完好。

4.3 防火玻璃墙设计

如果没有设置自动喷水灭火系统，则应采用具有耐火隔热性和耐火完整性的复合防火玻璃，并使用具有型式报告的钢框架和机械锚固件来固定钢立柱。如果已安装自动喷水灭火系统，则可以使用具有型式报告的单片防火玻璃，并使用具有防火和遇火膨胀功能的防火密封胶条和密封胶进行施工。这种设计方式可以更好的提高建筑物的防火性能和安全性，降低火灾风险。

4.4 消防救援窗口设计

消防救援窗口应符合规范要求，净尺寸和下沿离地距离应符合标准。消防救援窗口的室内侧应有合理的护栏和开关设置，以便不影响消防救援行动的实施。设计人员应在设计消防救援窗口时考虑消防人员如何在消防救援行动时方便的进出窗口，以及考虑开启方向与云梯设置的问题。

对于非透明外层幕墙上的消防救援窗口，设计人员需要特别考虑如何在消防救援行动时开启窗口、进入洞口和室内，以便消防人员顺利执行救援任务。另外，外墙与内墙之间的通道应具备防火、防烟和隔热等性能，并且应具备通行的净高度和门洞，以方便进出。如果外墙与内墙之间没有火源，则可降低防火、防烟和隔热的要求，并设置步行道路。

4.5 消防排烟设计

在必须考虑自然排烟的房间中，需要利用幕墙的开启扇或其他窗户作为自然排烟窗，并且窗口的位置、打开方式和窗口面积都要符合相关规定的要求。悬窗也可以作为自然排烟窗，但在实际应用中需要考虑窗户的开启角度和房间面积大小。对于房间面积不大于200 m2的情况，自然排烟窗的开启方向可不限制，但是建议尽量避免使用开启角度较小的上悬外开窗作为自然排烟窗。在确定自然排烟窗的有效面积计算方式后，再与当地消防部门进行充分沟通确认，以确保符合相关安全标准，从而在火灾发生时及时排出建筑物内的烟雾，保障逃生人员的健康与安全。