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专家姓名:赵西安
性  别:男
技术职称:研究员
工作单位:中国建筑科学研究院
赵西安
毕业院校:清华大学
从事专业:中国建筑科学研究院 教授
专业年限:50年

技术职务:中国建筑学会建筑结构分会理事中国钢结构协会理事,研究员

简介:
专著:
《建筑幕墙工程手册》,2003
《幕墙工程手册》,1996
《玻璃幕墙设计、施工、监理》,1995
《现代高层建筑结构设计》,2000等 
论文:发表一百余篇,其中幕墙20余篇
主编、参编:
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102 
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133
参与设计、施工大型幕墙工程十余项


  • 幕墙防火设计的一些新问题

    近年来,已建和在建的幕墙工程频频发生火灾。仅今年以来,2月9日电视文化中心发生空前大火后,2月20日广州富力城、4月6日北京新的中国科技馆、4月19日南京50层中环大厦相继因电焊引燃聚苯保温板发生大火。幕墙的防火设计再一次引起我们的重视。一、合理选用幕墙材料1.聚氨酯板和聚苯板的可燃性要认真重视聚氨酯板和聚苯板是目前正在推广的高效节能保温材料,尤其是挤塑聚苯板以其良好的热工性能和施工方便的优势,已在幕墙工程中广泛使用。但是其可燃性,甚至可向四周引火扩大火灾范围的危险性并未引起重视。甚至以加入阻燃剂为由说聚苯板已经是难燃材料,符合幕墙规范要求等等,对设计人员产生误导。实际上,这两种材料用打火机就能点燃,不要说电焊火花溅上了。一旦有火源,它们80度就会软化,温度再高就着火、融化,冒出熊熊火焰和浓浓的黑烟,带着火苗的滴熔物滴到那里就烧到那里。板上很快烧出大洞,火焰沿洞边迅速向外扩展,象导火索一样将火灾引向四面八方。这些保温板甚至在金属板的内部封闭的条件下都可以不断扩大燃烧范围,极难扑灭。2005年南京青少年科技活动中心金属屋面板下面大面积保温聚苯板燃烧,只见冒烟不见火焰,不知往哪边浇水。2008年7月和11月,济南奥体中心体育馆两次屋面大火也出现相同的情况,每次都烧掉几百甚至几千平方米的金属屋面。聚苯板的易燃性从彩钢板房最近连续发生大火灾也得到另一个角度的验证,仅2009年3月就有中央美院、上海国金大厦和重庆某工地三次聚苯板彩钢板房大火灾,每次大火都把板材烧个精光,只留下弯弯扭扭的钢骨架。电视文化中心近十万平方米的金属屋面采用了挤塑聚苯板作为保温材料,引出了这次空前大火,灾情惨烈,大家深以为教训。许多工程都改变设计,改用别的材料。大连贝壳博物馆屋面采用岩棉;上海世博会中国馆改用钢板包封压缩岩棉。如果幕墙不得不采用这些保温板,就必须在施工中采取严格的防火措施。某办公楼钢骨架焊接作业时,虽然多方预防,还是先后七次引燃聚苯板,实在无奈,只得在焊工旁边配一个“棉被工”,抱着湿棉被盯着,一着火就捂死火苗。2.传统保温材料不要一概否定岩棉、玻璃棉等传统保温材料已经应用多年,积累了丰富的经验。实践表明它们用于保温节能还是有效的。当然,相对于聚苯板、聚氨酯板这些新材料,保温性能、施工环保和保护工人健康方面都存在缺陷,但是它们不着火,是难燃材料,用起来安心。为改善其性能,应在岩棉、玻璃棉外面用铝箔或薄钢板加以包封成板块状,不仅便于铺设,保护施工人员,而且可以防止保温棉、防火棉受潮、水湿,保持其保温和防火能力。国家大剧院、世博中国馆等工程仍然采用岩棉保温,新建筑用老材料是经过充分考虑的决策。3.积极开发和应用新型难燃性保温材料3.1热固性有机泡沫材料聚氨酯板和聚苯板都是热熔性材料,80度就熔滴,加快火灾的蔓延。现在已经开始生产的酚醛泡沫保温板则为热固性材料,这种材料原来是用作返回式卫星和返回舱穿过大气层时的隔热保护,可耐3000度高温。这种材料不燃烧,高温火焰烧烤下无火焰,不冒烟,不熔化,只是变成黑色的固体碳,属于国标规定的B级难燃材料。现在作为保温板推向民用,耐火性能可适当调低以降低成本,现在出厂价已降至略超过每平方米100元,为一般幕墙工程所能承受。其厚度为30mm~50mm,表面附有保护膜。酚醛泡沫保温板的主要性能为:热系数0.028~0.035W/m.-K氧指数大于38防火等级难燃B级(GB8624–2006)烟密度等级4抗压强度200~400N/mm2抗弯强度1.5~1.8N/mm2北京通州看守所办公楼、广州NBA体育馆采用了这种新型保温材料,效果良好。图1泡沫酚醛保温板高温烧烤后仅变色,无火焰无熔滴3.2无机泡沫保温材料上一个世纪中期发展起来的无机保温材料泡沫混凝土和膨胀珍珠岩在工程上应用多年,但由于自重大、施工不便,不能用于幕墙。目前泡沫玻璃等新型无机材料正在幕墙中试用。4.铝塑板的火灾要引起注意聚乙烯芯材的铝塑板近年来多次发生火灾,因为聚乙烯80度失去黏着力,随即燃烧、冒烟、熔滴,更高温度下裂解为可燃气体。上海一座20层大楼2008年发生火灾,30分钟内铝塑板一楼烧到20楼;同年哈尔滨23层经纬大酒店铝塑板幕墙大火,再联想2006年乌鲁木齐城市大酒店铝塑板幕墙大火,不能不令人担心铝塑板幕墙的火灾安全性。由于容易发生火灾,我国幕墙公司在哈萨克承包的工程已被哈萨克政府通令停止使用铝塑板。作为铝板幕墙的面板,应优先采用单层铝板和蜂窝铝板.,二、防火分区之间的防火设计多层建筑的每一个楼层是一个防火分区;同一个楼层面积大于2000平方米时,要用防火墙划分为若干个面积不大于2000平方米的防火分区。这些防火分区之间的部位要有相应的防火设施。1.层间不燃烧墙体楼层之间在楼板边缘应有高度不小于800毫米的不燃烧墙体,防止下一楼层的火焰卷入上一个楼层。可以计入这个高度的有:不燃烧的实体墙(混凝土墙、砖墙等);位于楼板边缘的混凝土梁板、有防火保护的钢梁和组合楼板;由防火材料组成的防火墙(如硅镁防火板夹120毫米厚的防火岩棉等);单片防火铯钾玻璃及其制成的中空玻璃、夹层玻璃。图2为防火材料组成的防火墙,高度大于800毫米,满足要求。图3的梁离楼板边很远,必须在楼板边缘设置防火墙,图中仅设保温岩棉是不满足防火要求的。图3梁离板边太远应另设不燃烧墙体,图中竖向岩棉原标示为保温棉,应改为防火棉2.防火墙左右侧的不燃烧墙体防火分区之间的防火墙到了楼板边缘,其左右两侧各1.0米范围内必须为不燃烧墙体。实体墙、由不燃烧材料组成的墙体、单片防火玻璃及其制品等均可计入其宽度。图4为深圳证券交易中心交易大厅的防火分区处防火墙两侧的处理,是在中空玻璃幕墙平面外,采用单片防火玻璃在防火墙左右两侧各1.5米单独设置不燃烧墙体。图4防火分区两侧的铯钾防火玻璃墙3.楼层间的隔烟层为了防止下部楼层的烟雾穿过幕墙与楼板间的空隙进入上部楼层,两个楼层间幕墙与楼板间的空隙应设一道或两道防烟隔断。隔烟层可以采用多种材料,如防火岩棉、防火板、单片防火玻璃等。最常用的做法是100毫米厚的防火岩棉用1.5mm镀锌钢板承托(图2)。如果保温材料采用挤塑聚苯板等可燃烧材料,则图5所示的做法是不对的,因为一旦发生火灾,保温板首先被烧掉,隔烟防火岩棉与玻璃之间就出现空档,隔烟层将失去作用。正确的做法如图6,防火岩棉一直延伸到玻璃面或铝横梁,保温板放在隔烟层之上。图5保温板一旦烧掉就出现空档,隔烟层失效图6保温板在防烟层之上,即使烧掉也不会漏烟有些消防和监理部门要求用防烟材料填满窗下幕墙板后面的全部空隙,这是不对的。规范要求100毫米厚的隔烟材料“充填密实”,没有要求“全部塞满”。塞满后容易产生冷凝水,降低充填材料的保温或防火性能;前面是玻璃板时,在阳光透射下会积聚热量,使玻璃板因温度升高而破裂。即使是做保温,也应离开玻璃板30mm~50mm。4.实体墙上的隔烟措施铝板幕墙和石材幕墙后面往往是实体墙,实体墙一般是不透烟的。所以除可按一般幕墙做层间隔烟层外,也可以不设层间隔烟而做门窗洞口周边隔烟。5.楼层防火单元间的玻璃防火隔断楼层上防火单元间通常用防火墙分隔。当建筑设计要求防火隔断为透明时,可采用玻璃防火隔断。图9南宁国际会展中心玻璃防火墙玻璃防火隔断面板应采用铯钾单片防火玻璃及其制品。支承框架采用防火处理后的钢结构,并用防火密封胶密封。防火隔断与主体结构的后连接不应采用化学螺栓,应采用后切底机械锚栓。三、防止火势蔓延的措施1.内庭的防火设计图7电视文化中心96米高内庭不设玻璃图8北京电视中心240米高内庭用防火幕墙防火玻璃包封图9广州西塔中庭40层高,用钻石形防火玻璃幕墙包封内庭跨越许多楼层,形成巨大的室内空间,拔火作用明显,很容易将一个楼层的火焰引向其他楼层,使火灾迅速蔓延扩大。所以内庭周边必须形成一道防火墙。一种做法是将内庭周边的建筑墙体按防火墙设计,采用不燃性墙体材料,防火门窗。火灾时关闭门窗后内庭的火焰不会向楼层室内蔓延。图7为电视文化中心的内庭,就采用了这种防火设计,可惜这次火灾时尚在装修,防火门窗还没全部装上,火灾中没能起隔断火灾的作用。另一种做法是单独设置玻璃防火隔断。整个内庭由防火墙包封。北京电视中心、上海金茂大厦和广州珠江新城西塔等工程都采用这种防火措施(图8、图9)。2.阻断危险的竖向孔道电视文化中心金属幕墙的钛锌面板均作成竖向肋形线条,尺寸为500mmX500mm,这就在保温板上排满了160米高的通风管,保温板燃烧时源源不断提供充足的新鲜空气,助长了火势,使保温材料在锌板下有足够氧气充分燃烧,火灾不断扩大(图10)。当建筑设计存在这类危险的竖向通风孔道时,应每隔若干楼层予以封堵。深圳证卷交易中心大厦的柱子,外包夹胶玻璃面板,玻璃与混凝土之间有70mm的空隙,高达240m,火灾时会形成通风管道,所以每10层用防火玻璃封堵一次。图10电视文化中心钛锌板为突肋状,形成无数通风管3.可燃保温材料应划分防火分区这次电视文化中心保温层燃烧面积达十万平方米,无法控制,造成巨大的损失。其中一个原因是为了节能,消除冷桥,让保温连续铺设。这样一来,一旦起火,就火烧连营七百里,不可收拾。先前也有过南京科技中心、济南奥体中心金属屋面保温大面积火灾的教训。目前在建的工程许多保温面积达20万~30万平方米,如果连续铺设,一旦发生火灾,势必无限蔓延。因此,采用可燃性保温材料时,应划分面积不超过2000平方米的防火分区,分区的边界应采用不燃材料予以阻隔。一旦某一分区着火,火势也局限在个别分区内,不至于无限制到处蔓延,造成重大损失。四、扩大钢结构在幕墙中的应用铝的熔点约为700度,锌的熔点约为400度,都远低于钢的熔点1450度。这次电视文化中心火灾后,现场可见钛锌板和保温层全部烧失,惟有钢骨架和钢板虽然变形扭曲,但依然在位。许多幕墙火灾都出现过20分钟铝骨架熔化,面板失去支撑而掉下的现象。防火玻璃必须采用钢骨架,已经成为公认的做法。铝板幕墙和石材幕墙采用型钢骨架也越来越多。一般玻璃幕墙则仍然以铝型材为主,但是大型公共建筑的玻璃幕墙和玻璃采光顶已普遍采用钢结构支承。近年来冷成型薄壁型钢开始在玻璃幕墙中应用,并且相当成功。幕墙专用薄钢型材外观上已可与铝型材比美,壁厚也做到了1.5mm~2.5mm,断面形式多样,可以满足各种玻璃幕墙和玻璃采光顶的要求(图11)。图11幕墙用冷成型薄壁型钢断面图12北京奔驰汽车公司办公楼目前许多高档玻璃幕墙工程采用了薄钢型材。图12为北京奔驰汽车公司,此外还有鸟巢贵宾厅、上海通用汽车公司办公楼和展览馆等许多工程。五、不要让建筑变成火的牢笼没有绝对安全的玻璃,用玻璃就会有一定的风险。问题是合理使用,求得最大的安全。有些文件把钢化玻璃和夹层玻璃定义为安全玻璃,其实是不妥当的。玻璃梁、玻璃柱和玻璃地板用单片钢化玻璃就极其危险。同样,夹层玻璃打不穿、不飞散,可谓安全。但是如果用得不当,就非常危险。在建筑的超高层部分,消防只能靠自身的内部消防系统,既不能靠外部水源灌救,室内人员也不可能破窗逃命。这种情况下幕墙全部采用夹层玻璃并不影响消防的安全性,因而是可以的。但是在低层部分和裙房,以及大量的公共建筑,有些没有设置内部消防系统,外部救援和破窗逃生是重要的求生手段;即使有内部消防设施,多一条生路就可以更多人获救。如果全部采用所谓安全玻璃的夹层玻璃,无疑就断了这条生路,使建筑成为火的牢笼。一旦起火,外无救援之通道,内无逃生的洞口,非常危险。这并不是杞人忧天,2004年北京京民大厦火灾,被困的人员就是从打破的窗口逃生的(图13),如果这些玻璃都是夹层玻璃,打不破,砸不烂,那将会出现多么可怕的结果!2005年,北京华贸中心电焊作业引燃保温材料,发生火灾,烟雾太大,无法救火,最后打破幕墙玻璃,排除浓烟才救熄了大火(图14)。如果这幕墙全部是夹层玻璃那就麻烦了。图13北京京民大厦火灾,室内人员图14北京华贸中心打碎玻璃排烟破窗逃生小结火灾教育了我们,使我们在幕墙设计中更加重视防火问题。要合理选用防火的材料,按规范要求作好各部位的防火构造设计,尽力避免出现薄弱环节和安全漏洞,提高幕墙抵抗火灾的能力,并在万一发生火灾时也能尽量减少人员伤亡和财产损失。

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