基于高层公共建筑的玻璃幕墙消防设计

2020-07-07张永忠

建材与装饰 2020年19期

张永忠

（陕西中恒天润环境科技有限公司，陕西西安 710016）

0 引言

现代建筑行业中玻璃幕墙已成为一种标志，其集建筑美学、建筑功能和建筑结构于一身[1]。建筑物不仅以不同的角度显示不同的颜色，而且随着周围环境的变化为人们提供动感十足的美感，在增加建筑物使用空间的基础上减小了建筑物的占地面积。此模式的出现无非是打破了常规，但是同时也为防火问题带来了新的挑战。

1 高层公共建筑概述

1.1 高层公共建筑涵义

高层公共建筑是劳动人民指智慧的结晶，是精英人士的聚集场所，在21世纪的今天，高层公共建筑已经不单单承担着空间的职能，同时还是人类智慧产出的容器。所以拥有一个高效、便捷的日常工作运作系统的必要条件就是拥有高质量的办公场所，能够促进日常办公的高效推进；企业管理者或重要岗位人员的办公场所、人员密集处，如会议室等主要办公环境在工作中通常被作为业务信息交换的中心，这需要工作人员和管理者在工作中高效、快捷、准确的开展工作；在公共办公区域，因其人员复杂性，工作交叉性，需要多部门联动，所以对于办公场地的选择和各空间的配合的要求有所不同；公共办公区域应满足能够快速适配多岗位要求，具备一定的灵活机动性[2]。

1.2 高层公共建筑分类

理论上，我国建筑高度大于24m的办公建筑定义为高层公共建筑（高度超过100m为超高层公共建筑）[3]。现代高层公共建筑发展至今，依使用功能、方式、性质及使用人群的不同，已呈现出比较明确的分类形式，如图1所示。

图1 高层公共建筑使用分类

1.3 高层公共建筑发展趋势

高层公共建筑经过各种途径的不断完善和发展，现已呈现以下发展趋势：

（1）综合化。高层公共建筑因其具有地标性的特质，一般会建造在城市比较显眼的位置，地标性的建筑带来了密集的人员流动。例如，高层办公场所会因为业务往来，员工上下班产生人员流动，餐饮、住宿、休闲娱乐场所会引起大量的人员流动。基于人们的需求，对于所在建筑提出的较高的要求，需要满足多元化的附加需求，基于此，对高层建筑的功能多元化和综合化进行一系列的实现。

（2）智慧化。对当前高层公共建筑的综合评价指标中对于建筑的智慧化有明确的评价指标，具有智慧化的建筑应该有高效、高能和高舒适度的特征，这些指标的综合体现是通过建筑的合理结构、智能化系统、优质的服务体系和良好的运营环境耦合实现的。这种具有高能、高效和高舒适度特征的楼宇系统通常安装先进的网络通讯组网、高效的内部局域网络以及先进的自动化办公系统，这些系统的高效协调运行一般具有程式驱动的计算机自动监控，省去了人工的干预，为使用者提供了优越的办公环境。

（3）生态化。生态化的自然办公环境能提高使用者或者员工的工作效率，因为生态环境是人类赖以生存的基础，具有良好的生态环境的建筑能够让使用者保持身心愉悦，从而为使用者提高创造力奠定良好的基础。尽管当前的楼宇能够体现现代高科技的成就，但是当使用者在这种具有高科技配置的环境中办公时，最需要的还是高科技与良好的生态巧妙的有机结合。

随着现代人们对高层公共建筑的需求越来越高，不管是建筑体综合体本身、建筑综合体的功能还是建筑综合体装饰，因此伴随而来的火灾危害问题也比引起了人们的关注，其中高层公共建筑的玻璃幕墙的消防设计就显得非常重要。

2 玻璃幕墙消防设计

2.1 玻璃幕墙火灾特点分析

（1）由于对玻璃幕墙在设计阶段采用不合理的设计参数或者是由于施工工艺不当造成的施工质量不能满足要求时，一旦高层建筑发生火灾险情时，火灾很容易在垂直和水平的方向延伸，造成火势的蔓延。由于玻璃幕墙具有窗户的采光功能，又由于其特殊性会承担墙体的作用，玻璃幕墙的材质具有玻璃属性，若在玻璃幕墙的垂直方向和水平方向不采取防火隔离措施，火势及伴随的浓烟肯定会沿着外墙和向内侧临近的楼层蔓延[4]。

（2）玻璃幕墙的玻璃遇到高温脱落会阻碍救火的进度。玻璃属性的玻璃幕墙采用铝合金等金属框架固定。但是在高温环境下金属框架不具有很高的熔点性质，因此很容易在高温条件下造成玻璃幕墙的玻璃失去固定而脱落，加之高温环境下玻璃容易炸裂，脱落的玻璃会阻碍火灾救援的进度。

（3）火灾浓烟不能及时排除，影响人员的疏散和火灾救援。玻璃幕墙由于具有墙体的性质，因此具有较好的密封性，考虑到幕墙整体结构的安全性，幕墙的开启范围很小，开启角度远不足45°，这样小的开启角度在火灾发生时由于气压的作用根本起不到排烟的作用，因此在火灾发生时，势必会造成楼层内大量的聚集有毒有害的浓烟无法及时排除，造成人员施救和火灾救援的难度增大。

2.2 消防设计依据

高层公共建筑防火玻璃幕墙和防火隔断设计的重点是如何防止火势蔓延[5]。《建筑设计防火规范》对建筑物的耐火等级做出了明确的规定，同时要求建筑物在火灾发生期间要保证建筑物不能倒塌。基于此规定，玻璃幕墙以及隔断就是应该有耐火性能，并且在火灾发生时要保障建筑结构的完整性，根据建筑物防火防灾的要求，玻璃幕墙和隔断材料应有以下性能：

（1）密封性原则。即在发生火灾时，能够防止由火灾产生的烟从火侧向背面传播。这是最基本的要求。合理有效地阻挡火灾中的烟雾并避免形成烟囱效应是控制火灾蔓延有效的方式。

（2）耐火性原则。当发生火灾时，要求玻璃幕墙和隔断材料要能在一定时间内对火灾的蔓延具有一定的抵抗阻滞作用，并且保证建筑物结构的完整性。

（3）隔热性原则。当着火的一侧受到火的影响时，其背面的温度在一定时间内变化不明显，从而不会点燃背面的物品。同时在阻滞火焰蔓延的同时要有相应的隔热能力，不至于火焰通过热传导的方式引燃玻璃幕墙或隔断后边的材料，起到防火防灾的重要作用。

2.3 防火设计原则

防火玻璃幕墙必须具有幕墙的所有特性，例如抵抗风压、雨水冲击、防止空气泄漏、防止面内变形和其他特性等[6]。作为具有防火功能的玻璃幕墙，除了上述功能以外，更重要的是防火功能。同样，防火玻璃隔断的设计必须首先考虑其自身的结构安全性，然后再考虑防火要求。

（1）烟气隔离设计。为了达到幕墙结构的防烟效果，首先，它必须具有良好的气密性，不仅要有幕墙性能中提到的密封性，还要具有防火性。与普通幕墙密封设计相比，应注意两点[7]：①型材的内腔密封处理，为了防止竖向材料形成烟囱效应，设计防火玻璃幕墙时，必须按设计规范对空腔进行处理；②当发生火灾时，有必要考虑幕墙的局部由热膨胀变形引起的密封失效。因此，在骨架的接缝处需要使用腰形的孔，并且在选择密封材料时要使用具有良好弹性和耐火性的密封剂。

（2）耐火完整性设计。当存在火灾时，玻璃幕墙或隔断的设计要充分考虑到火灾的影响[8]。不至于在火灾发生时使得火灾破坏建筑结构的完整性，因此要求玻璃幕墙能够被大火烧垮而独立固定在建筑物主体结构上。独立性和完整性是满足耐火性的基础。同时，防火玻璃幕墙和防火玻璃隔板结构必须具有更好的吸收热变形的能力。在高温火下，钢的机械性能会随着温度的升高而降低，在约550℃时，降低幅度更为明显，通常约为15min，会失去承重能力而倒塌。如果不采取措施，建筑物将在15min内被大火烧跨。在选择耐火玻璃种类时必须考虑建筑物装饰效果的同时还要考虑装饰材料的强度和耐火性能。

2.4 实例探究

某高档高层办公写字楼采用双层玻璃幕墙围护结构。设计时，结合外部造型需要每层挑出楼板，并将每两层作为一个防火单元。各防火单元内，在每层幕墙层间设置了0.8m高，耐火极限不低于1.0h的窗槛墙以防止火灾的层间蔓延。当某一防火单元下层发生火灾导致临近内幕墙破裂，高温烟气进入双层幕墙间隔空间，经挑檐改变气流方向后，上层内侧玻璃幕墙倘若先于外侧玻璃幕墙破裂，则将产生火灾越过破损的内侧玻璃幕墙而向室内蔓延的危险。为避免火灾时上述情况的反生，防火设计在幕墙中设置了两种形式的挑檐及喷淋，外幕墙设置百叶，同时设有防火挡墙及喷头，可以有效防止上述情况的发生。