鋼質(zhì)防火門失去耐火完整性問題分析及改進(jìn)措施的研究

張 強(qiáng)滕 彥崔秋鵬周 揚(yáng)于廣和 張存祥

1青島理工大學(xué)（臨沂）（273400） 2山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院（250102）

0 引言

防火門是一種在規(guī)定時間內(nèi)能滿足耐火隔熱性和完整性的防火分隔構(gòu)件，它除了具有普通門的功能外，還具有防火、隔煙、阻擋高溫的特殊功能，普遍使用在高層建筑、醫(yī)院、賓館、車站、影劇院等重要的公共建筑中，用量大，應(yīng)用范圍廣泛，在防火工作中起著重要作用。防火門的耐火性能是其質(zhì)量好壞的一個重要指標(biāo),根據(jù)GB12955-2008《防火門》標(biāo)準(zhǔn)要求，防火門耐火性能主要有耐火完整性和耐火隔熱性兩個指標(biāo)。由實(shí)際檢驗(yàn)情況看，鋼質(zhì)防火門耐火試驗(yàn)中耐火完整性不合格占很大的比率，如何有效提高鋼質(zhì)防火門耐火完整性能是亟待解決的問題。

1 鋼質(zhì)防火門失去耐火完整性問題分析

1.1 鋼質(zhì)防火門失去耐火完整性的形式

鋼質(zhì)防火門的主結(jié)構(gòu)采用鋼板制作，鋼材屬于良導(dǎo)體，其熱膨脹系數(shù)很大，在單面受火的情況下，門框整體結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生較大變形，而門扇兩面過大的溫差會導(dǎo)致過大的彎曲和扭曲變形，若結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)，過大的變形會導(dǎo)致框—扇、扇—扇間發(fā)生錯位，造成門縫密封失效、燒穿，失去耐火完整性。

對于單扇門,門扇一立邊采用鉸鏈與門框連接,受鉸鏈約束,框-扇在該處不會產(chǎn)生明顯錯位。而另一邊僅采用防火鎖與門框連接，上下兩邊則與門框無連接，相對門框過大內(nèi)凹變形的門扇在鎖連接點(diǎn)受門框止口和鎖約束，無法向受火面推進(jìn)，其結(jié)果必然導(dǎo)致上下兩角外翹造成框-扇錯位。

對于雙扇門（含子母門，以下同），門扇間帶止口，框-扇鉸鏈連接邊不會產(chǎn)生明顯錯位,且門扇變形量與門框趨近,明顯減小。而扇-扇對縫處，相對固定扇除上下兩端受框約束外,別無約束點(diǎn),因此明顯內(nèi)凹。相對開啟扇則僅在對縫邊中點(diǎn)采用防火鎖與相對固定扇連接，上下兩邊與門框無任何連接,彎曲變形與相對固定扇相似。隨門扇彎曲變形的不斷加大，扇-扇對縫間隙不斷擴(kuò)大，尤其是在對接縫的中點(diǎn)更為嚴(yán)重。當(dāng)對縫間隙超出扇-扇搭接范圍時，密封失效。失去密封的門縫，熱氣流外溢，外溢的熱氣流改變了該處門扇邊緣的溫度分布，進(jìn)一步加大了門扇彎曲變形量，使門縫間隙進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)裂縫達(dá)到一定值時，就會失去耐火完整性。

1.2 鋼質(zhì)防火門扇在耐火試驗(yàn)中的變形機(jī)理

鋼質(zhì)防火門門扇中部，由于面板與夾芯受熱分離,分離后的面板和夾芯不能構(gòu)成結(jié)構(gòu),其變形不存在一致性。造成該部位門扇彎曲的主要因素是夾芯的彎曲，夾芯材料熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于鋼材，受熱彎曲變形相對較小，所以，門扇中部在耐火試驗(yàn)中彎曲變形量相對較小。鋼質(zhì)防火門變形主要體現(xiàn)在門扇周邊、門扇邊緣及門扇邊緣鋼結(jié)構(gòu)連接部位。

對于門扇周邊部分，兩面板與邊框構(gòu)成槽型結(jié)構(gòu)，夾芯填充在槽內(nèi)。在耐火試驗(yàn)中，外部鋼結(jié)構(gòu)彎曲變形趨勢較大，內(nèi)部硬質(zhì)夾芯相對較小，相互間起約束作用。門扇在該處的彎曲變形量取決于二者的剛度差異。鋼結(jié)構(gòu)剛度愈大，門扇變形愈大。夾芯剛度愈大，門扇變形愈小。

對于門扇邊緣鋼結(jié)構(gòu)，我們可認(rèn)為其自受火面至背火面由無數(shù)層相互連接構(gòu)成，若溫度自受火面至背火面均勻遞減，相鄰層間溫差較小，溫差的存在導(dǎo)致熱伸長出現(xiàn)差異，相互的連接使溫度較高層受壓，溫度較低層受拉，層間存在剪應(yīng)力。該力的存在，導(dǎo)致門邊彎曲。隨門邊的彎曲，層間幾何長度差異與溫度差異引起的長度差異趨近,內(nèi)應(yīng)力降低，直至平衡。

對于門扇邊緣鋼結(jié)構(gòu)的連接部位，由于鋼板不連續(xù)，導(dǎo)致熱量傳遞受阻，發(fā)生溫度突變。連接點(diǎn)愈稀、接觸面愈小，突變量愈大，斷熱可造成更大的突變量。溫度突變量的存在，導(dǎo)致連接部位產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱端受壓、冷端受拉。溫差愈大，熱應(yīng)力愈大。熱應(yīng)力的存在加大了結(jié)構(gòu)彎曲變形。

2 改進(jìn)措施

通過以上分析我們得出，減小門扇變形量的措施主要應(yīng)從兩個方面著手:①減小邊緣鋼結(jié)構(gòu)的變形量、降低其彎曲剛度，切斷門扇邊緣熱傳遞路線；②采取措施，提高邊緣夾芯的彎曲剛度、抗彎強(qiáng)度，以加強(qiáng)其平抑鋼結(jié)構(gòu)變形的能力。

2.1 減小邊緣鋼結(jié)構(gòu)的變形量及降低其彎曲剛度的措施

1）若邊框采用面板直接彎邊構(gòu)成，宜采用背火面面板彎邊，以降低邊框熱端溫度，減少其受熱自由彎曲變形量;受火面面板邊緣彎折寬度應(yīng)盡量小，與邊框連接宜采用膠接,適當(dāng)加焊點(diǎn)以防膠層剝離；焊點(diǎn)間距應(yīng)盡量大些，以降低面板邊緣的受壓臨界應(yīng)力，減少熱應(yīng)力和由其引起的變形。

2）若邊框采用受火面面板和背火面面板分別彎邊而后相互通過焊接或膠接連接在一起構(gòu)成。連接應(yīng)以膠接為主，適當(dāng)加焊點(diǎn)以防剝離；焊點(diǎn)間距應(yīng)盡量加大，以確保受火膠層失效時，焊點(diǎn)間受火面面板邊緣能盡早局部失穩(wěn)，降低熱應(yīng)力和由其引起的變形；連接部位，受火面面板邊緣應(yīng)搭在背火面面板邊緣的外面，以減少其側(cè)向約束，進(jìn)一步降低其臨界應(yīng)力。

3）宜采用獨(dú)立邊框，尤其在鎖邊和上下兩邊；獨(dú)立邊框板厚應(yīng)適當(dāng)加大，以提高其熱容量，降低熱端溫度，減少受熱自由變形量；提高其彎曲剛度，減少熱應(yīng)力引起的變形。邊框最好采取斷熱措施，斷熱點(diǎn)適當(dāng)偏向受火面，以提高斷熱處熱端溫度和加大斷熱溫差，降低冷端鋼結(jié)構(gòu)溫度，減少其因熱引起的自由彎曲變形量；同時，降低熱端鋼結(jié)構(gòu)邊緣彎曲剛度，連接宜采用膠接為主，點(diǎn)狀焊接為輔的型式，以降低其臨界應(yīng)力，減少熱應(yīng)力和由其引起的彎曲變形。

2.2 提高邊緣夾芯的彎曲剛度、抗彎強(qiáng)度，加強(qiáng)其平抑鋼結(jié)構(gòu)變形能力的措施

較有效的辦法是在夾芯的邊緣設(shè)置鋼框，尤其是裝鎖一邊和上下兩邊;鋼框板厚應(yīng)適當(dāng)大些，以提高其抗彎剛度和平抑門扇邊緣彎曲變形的能力；鋼框朝受火一面和朝門扇邊緣一面應(yīng)采取隔熱措施，以降低其溫度，減少受熱彎曲變形量；鋼框與門扇邊緣鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)連接可靠，以確保約束力的有效傳遞。

夾芯鋼框與門扇邊緣連接可采用鑲嵌型式，亦可采用機(jī)械連接型式或焊接型式。

鑲嵌型式多用于厚邊結(jié)構(gòu)，夾芯鋼框鑲?cè)牒襁厓?nèi)，可有效傳遞彎曲載荷。

機(jī)械連接型式可用于各種結(jié)構(gòu)類型，可有效傳遞彎曲載荷，但施工較麻煩，不適于大批量生產(chǎn)。

受火面面板與鋼框采用焊接連接，連接位置在鋼框斷面的中部，靠近鋼框彎心，使連接點(diǎn)的熱應(yīng)力對鋼框產(chǎn)生的彎矩減少，降低了由此造成的彎曲變形。

鋼框與防火板、受火面面板與防火板間采用膠接;適當(dāng)加大受火面面板與鋼框間的焊點(diǎn)間距；適當(dāng)加大鋼框板厚，可降低受火面面板邊緣受壓臨界應(yīng)力，降低熱應(yīng)力，進(jìn)一步減少彎曲變形量。

對于雙扇門（含子母門）扇-扇對接縫宜采用勾邊結(jié)構(gòu)，且應(yīng)保證搭接量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以避免門扇邊緣橫向位移導(dǎo)致門縫開裂。

2.3 其他措施

鋼質(zhì)防火門是一個整體結(jié)構(gòu)，耐火完整性的提高除解決門扇變形外還需要其他結(jié)構(gòu)的配合，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問題。

1）減小門框斷面尺寸，以加大其變形量，使之與門扇變形趨于一致，以減小兩者之間的差距。

2）門扇填充料應(yīng)填充密度較高的無機(jī)門芯料，以平抑門扇變形量。

3）門縫間隙要達(dá)標(biāo)，且在門縫對接面上應(yīng)設(shè)置防火密封條。

4）門扇邊緣不宜制作過多臺階，并確保有一個比較寬的平面，使框-扇在比較大的錯位下門縫仍能密封。

5）鋼質(zhì)雙扇防火門中縫宜設(shè)蓋縫板，可進(jìn)一步加大搭接量。

3 結(jié)語

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，采取上述措施后鋼質(zhì)防火門的耐火完整性能得到的較大的提高。解決鋼質(zhì)防火門的耐火完整性問題,主要就是解決門縫的密封問題。防火門在耐火試驗(yàn)中的結(jié)構(gòu)外形是動態(tài)變化的，考慮提高防火門質(zhì)量措施時不能靜止在試驗(yàn)前狀態(tài)，而應(yīng)重點(diǎn)考慮受火變形時的狀態(tài)，尤其應(yīng)設(shè)法避免或減少變形的不一致和由此引起的密封問題，在選擇密封件規(guī)格和安裝位置時，也必須慎重考慮變形不一致帶來的影響。

提高鋼質(zhì)防火門的耐火性能是個系統(tǒng)工程，即需要結(jié)構(gòu)簡捷有效,也需要生產(chǎn)工藝簡單實(shí)用，沒有實(shí)用價值的任何措施是不可取的，因?yàn)樗荒軕?yīng)付試驗(yàn)，而無法用于實(shí)際產(chǎn)品批量生產(chǎn)。相信通過實(shí)踐總結(jié)，鋼質(zhì)防火門的耐火性能會越來越好。

[1] GB 12955-2008,防火門[S].

[2] GB/T 9978.1-2008,建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分:通用要求[S].

[3] 劉鳳學(xué).論鋼質(zhì)防火門結(jié)構(gòu)及耐火性能[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2007(04).

[4] 劉朝,陳杰.火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)的熱響應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2009,(04).