淺談耐火窗的結構與耐火完整性的關系

馬叢叢 周 川 重慶市綠色建筑技術促進中心

鄧瑛鵬 重慶市勘察設計協會消防設計分會

1 前言

截至目前，全國各地已經多處相繼發生火災，造成了嚴重的人員傷亡以及財產損失，如2010年上海市靜安區發生的“膠州路居民樓火災”、2011年沈陽市的“2.3皇朝萬鑫酒店火災”、2015年河南“5.25養老院火災”、2019年重慶市渝北區的“加州花園居民樓火災”以及涪陵區的“馬鞍街道踏水橋小區居民樓火災”等事故的發生，引起人們對建筑防火、耐火性能的高度重視。特別是100m以上的高層建筑，由于目前消防設備的有效高度及其他因素，導致火災救援的難度較大，在建筑中選用防火構件，保護人員和財產安全顯得尤為重要。相關研究表明，建筑外窗是建筑外圍護結構中重要組成部分之一，是防止高層建筑火災縱向蔓延的關鍵途徑，當外墻出現火災時，具有良好耐火性能的外窗能夠防止火勢和產生的煙霧向房屋的內部繼續蔓延和滲透，切斷了普通窗玻璃由于高溫作用融化或破裂后變為火災繼續蔓延的通道，避免演變成立體的復合型火災，能夠保障建筑物內部不受火勢和煙氣的侵蝕，保護人們的生命和財產安全。因此，加強建筑外窗的耐火性完整性是有效緩解建筑物火災安全問題的技術措施之一。

2 耐火窗結構

根據DJBT 50—136《建筑防火、排煙構造設計圖示（三）耐火窗》，耐火窗的定義為：在規定時間內，關閉狀態下能滿足耐火完整性要求的建筑外窗。根據相關文獻歸納整理，本文定義的耐火窗概念為：采用經隔熱處理或其它方法改進處理的鋁合金、鋼制、塑鋼、鋼木復合等窗框，與防火玻璃，密封膠條及五金配件等部件組成，具有一定的耐火完整性，并能在相應的時間內起到隔離和阻止火勢蔓延的窗，同時耐火窗還應滿足抗風壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能等相關要求。本文定義的耐火窗其耐火等級僅有0.50h、1.0h兩種，必須可手動啟閉窗扇，對窗扇的自動啟閉控制裝置不做要求，但宜裝配遇火自動關閉裝置。耐火窗與防火窗不同。防火窗通常設在有采光要求的防火墻或防火隔墻上，對抗風壓性能、采光性能、氣密性能和耐火性能的要求，但對水密性能、隔聲性能以及保溫性能沒有要求。而耐火窗不僅要求耐火完整性達到要求，還應滿足抗風壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能等相關要求。耐火窗與非隔熱防火窗不同，耐火窗的耐火等級僅有0.5h、1h兩種。耐火窗不強制使用窗扇的自動啟閉控制裝置，而防火窗應配備自動啟閉控制裝置。以下分別對組成耐火窗的玻璃、窗框、五金件、密封材料等進行介紹。

2.1 玻璃

玻璃約占建筑外窗面積的70%左右，因此，玻璃的選擇使用對建筑外窗的耐火性能和節能性能的影響非常重要。耐火窗的玻璃要綜合考慮耐火完整性、抗風壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能等方面，防火玻璃的分類如下表1所示。。

表1 防火玻璃分類

耐火窗的一般采用防火的雙層或三層中空玻璃結構，大致分為三層：內層防火玻璃、中間層、外層隔熱防護玻璃。內層防火玻璃：將防火玻璃設置在中空玻璃室內面上，可以達到較好的防火效果。中間層：一般為干燥空氣或氬氣等惰性氣體，在條件允許的情況下中空結構可以充氬氣，以滿足更高要求的節能設計要求。外窗隔熱防護玻璃：位于最外層，一般采用Low-E 低輻射鍍膜鋼化玻璃，起到隔熱、遮陽作用，可采用單銀、雙銀Low-E鍍膜玻璃。

2.2 型材

耐火窗按型材常用的種類可分為鋁合金材質型材、塑鋼材質型材等。建筑耐火窗的型材約占整窗的30%，所以其型材的熱工性能和耐火性能對耐火窗整窗的影響很大。另外，由于型材起框架支撐作用，型材的好壞成為耐火窗耐火性能和熱工性能的重要指標。不少專家學者對此進行了深入的研究，如萬成龍[1]對市場上常見的穿條式鋁合金型材和澆筑式鋁合金型材采用相關軟件進行模擬，“大小腔”的設計形式比等腔室的設計形式熱工性能更佳，采用暖邊條的窗比傳統的間隔條熱工性能更佳；成洪波[2]研究采用相關軟件對不同形式的中空玻璃當窗框型材的材質和厚度尺寸一定時，隔熱條尺寸變化對熱工性能的影響；趙宗凱[3]研究了型材腔體數量的變化和腔體結構的變化對窗熱工性能的影響，同時研究表明，窗型材腔體中采取填充耐火材料的方式可大幅度提升耐火窗的耐火性能。從已發生的火災案例中研究發現，對于鋁合金窗、塑料窗，當發生火災時，因為火災的高溫作用使得窗框發生嚴重的變形，從而導致外窗的破壞，型材一般很少會完全熔化。因此提高型材的耐火性成為提升耐火窗耐火性能的關鍵。

2.3 密封材料及五金件

建筑耐火窗的密封部位主要有玻璃與窗扇之間、窗扇與窗框之間、窗框與墻體連接處的密封，密封膠條起著關鍵的作用。耐火窗窗框、窗扇的連接，以及鎖固用功能性五金配件，應滿足整樘門窗承載和耐火能力的要求，其反復啟閉性能應滿足門窗反復啟閉耐久性要求。門窗框與窗扇之間密封材料對整窗密封和耐火完整性非常重要，密封膠條與耐火材料復合，耐火材料宜選用難燃級，可實現密封性能與阻燃功能，可選用三元乙丙膠條，其材質柔軟、密封優良；窗扇開啟通道部位可選用石墨基膨脹材質密封件，膨脹倍率應足夠脹滿通道，平整、清潔，避免雨水浸泡，安裝牢固、無異響；門窗框與玻璃之間可選用中性的阻燃密封膠，當接觸不明化學工藝玻璃或耐火材料制品時，應進行粘接測試，必要時除膜或做隔離涂層。五金件有門窗“心臟”的美譽，五金件產品的耐火性能及安裝工藝對整窗的耐火完整性影響很大，五金件應符合GB/T 32223—2015《建筑門窗五金件 通用要求》的規定。五金件包括合頁、傳動器、把手、銷塊等，采用鑄鋼、不銹鋼等材質，可保證規定時間不會熔融、變形。防火合頁通過螺釘將窗扇的鋼襯、窗框的鋼襯、合頁鎖住，從而把窗框與窗扇連接起來形成整體的框架。耐火窗宜采用電信號控制電磁鐵關閉或開啟方式，不得采用彈簧外露或無緩沖的簡易裝置，不得采用簡易限位裝置，避免操作不當引起誤傷。

3 耐火窗評價指標及檢測方法

根據重慶市地方標準設計DJBT 50—136《建筑防火、排煙構造設計圖示（三）耐火窗》及其他相關研究，確定耐火窗的評價指標有：耐火完整性、抗風壓性能、氣密性能、水密性能、保溫隔熱性能、空氣隔聲性能。下面依次對耐火完整性、氣密性能、水密性能、抗風壓性能以及相應的檢測方法予以表述。其中，抗風壓性能檢測、氣密性能、水密性能檢測均采用模擬靜壓箱法，對安裝在壓力箱上的試件進行氣密性能、水密性能和抗風壓性能檢測。

3.1 耐火完整性

根據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018版）對耐火完整性的定義為：在標準耐火試驗條件下，建筑門窗某一面受火時，在一定時間內組織火焰和熱氣穿透或在背火面出現火焰的能力。耐火窗的耐火完整性能應滿足GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018版）中5.5.32條和6.7.7條建筑外窗耐火完整性1.00h和0.50h的規定。

耐火完整性的檢測方法是按照GB/T 12513—2006《鑲玻璃構件耐火試驗方法》的要求進行，這與防火窗的檢測方法相同。耐火試驗檢測所使用的檢測裝置為全封閉燃氣自動加熱爐，模擬發生火災時耐火窗、防火窗、防火門等防火構件的耐火完整性，從而確定試件在受到實際火災時在火焰的作用下其耐火完整性是否滿足相關要求。

3.2 氣密性能

根據GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》對氣密性能的定義為：可開啟部分在政策鎖閉狀態時，外門窗阻止空氣滲透的能力。

根據相關研究，確定耐火窗的氣密性能應滿足下列要求：

（1）公共建筑10 層及以上建筑外窗的氣密性不應低于7級；10層以下建筑外窗的氣密性不應低于6級。

（2）居住建筑7層及7層以上建筑外窗的氣密性不應低于6級；6層及以下的建筑外窗的氣密性不應低于4級。

耐火窗氣密性能的檢測參考GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》中7進行，包括檢測步驟、預備加壓、滲透量檢測、檢測數據處理等內容。氣密性能檢測是在穩定壓力差狀態下通過空氣收集箱收集并測量試件的空氣滲透量。

3.3 水密性能

根據GB/T 7106《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》對水密性能的定義為：可開啟部分在正常鎖閉狀態時，在風雨同時作用下，外門窗阻止雨水滲透的能力。

水密性能的檢測參考GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》中8進行，包括檢測方法、預備加壓、檢測、檢測數據處理等內容。其中檢測分為穩定加壓法和波動加壓法。

3.4 抗風壓性能

根據GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》對抗風壓性能的定義為：可開啟部分在正常鎖閉狀態時，在風壓作用下，外門窗變形不超過允許值且不發生損壞或功能障礙的能力。其中，外門窗變形包括受力桿件變形和面板變形；損壞包括裂縫、面板破損、連接破壞、窗扇被打開或掉落以及肉眼可見的不能夠恢復的變形等現象；功能障礙包括五金件松動、啟閉困難、膠條脫落等現象。

4 結束語

目前國家和地方關于防火窗的研究和相關標準較多，而對耐火窗的標準相對較少，本文針對耐火窗的組成結構進行了剖析，分析了耐火窗玻璃、型材、密封膠條和五金件對整窗耐火完整性的影響。