基于高層公共建筑的玻璃幕墻消防設(shè)計(jì)

張永忠

（陜西中恒天潤(rùn)環(huán)境科技有限公司，陜西西安 710016）

0 引言

現(xiàn)代建筑行業(yè)中玻璃幕墻已成為一種標(biāo)志，其集建筑美學(xué)、建筑功能和建筑結(jié)構(gòu)于一身[1]。建筑物不僅以不同的角度顯示不同的顏色，而且隨著周?chē)h(huán)境的變化為人們提供動(dòng)感十足的美感，在增加建筑物使用空間的基礎(chǔ)上減小了建筑物的占地面積。此模式的出現(xiàn)無(wú)非是打破了常規(guī)，但是同時(shí)也為防火問(wèn)題帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

1 高層公共建筑概述

1.1 高層公共建筑涵義

高層公共建筑是勞動(dòng)人民指智慧的結(jié)晶，是精英人士的聚集場(chǎng)所，在21世紀(jì)的今天，高層公共建筑已經(jīng)不單單承擔(dān)著空間的職能，同時(shí)還是人類(lèi)智慧產(chǎn)出的容器。所以擁有一個(gè)高效、便捷的日常工作運(yùn)作系統(tǒng)的必要條件就是擁有高質(zhì)量的辦公場(chǎng)所，能夠促進(jìn)日常辦公的高效推進(jìn)；企業(yè)管理者或重要崗位人員的辦公場(chǎng)所、人員密集處，如會(huì)議室等主要辦公環(huán)境在工作中通常被作為業(yè)務(wù)信息交換的中心，這需要工作人員和管理者在工作中高效、快捷、準(zhǔn)確的開(kāi)展工作；在公共辦公區(qū)域，因其人員復(fù)雜性，工作交叉性，需要多部門(mén)聯(lián)動(dòng)，所以對(duì)于辦公場(chǎng)地的選擇和各空間的配合的要求有所不同；公共辦公區(qū)域應(yīng)滿(mǎn)足能夠快速適配多崗位要求，具備一定的靈活機(jī)動(dòng)性[2]。

1.2 高層公共建筑分類(lèi)

理論上，我國(guó)建筑高度大于24m的辦公建筑定義為高層公共建筑（高度超過(guò)100m為超高層公共建筑）[3]。現(xiàn)代高層公共建筑發(fā)展至今，依使用功能、方式、性質(zhì)及使用人群的不同，已呈現(xiàn)出比較明確的分類(lèi)形式，如圖1所示。

圖1 高層公共建筑使用分類(lèi)

1.3 高層公共建筑發(fā)展趨勢(shì)

高層公共建筑經(jīng)過(guò)各種途徑的不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)已呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）綜合化。高層公共建筑因其具有地標(biāo)性的特質(zhì)，一般會(huì)建造在城市比較顯眼的位置，地標(biāo)性的建筑帶來(lái)了密集的人員流動(dòng)。例如，高層辦公場(chǎng)所會(huì)因?yàn)闃I(yè)務(wù)往來(lái)，員工上下班產(chǎn)生人員流動(dòng)，餐飲、住宿、休閑娛樂(lè)場(chǎng)所會(huì)引起大量的人員流動(dòng)。基于人們的需求，對(duì)于所在建筑提出的較高的要求，需要滿(mǎn)足多元化的附加需求，基于此，對(duì)高層建筑的功能多元化和綜合化進(jìn)行一系列的實(shí)現(xiàn)。

（2）智慧化。對(duì)當(dāng)前高層公共建筑的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中對(duì)于建筑的智慧化有明確的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有智慧化的建筑應(yīng)該有高效、高能和高舒適度的特征，這些指標(biāo)的綜合體現(xiàn)是通過(guò)建筑的合理結(jié)構(gòu)、智能化系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體系和良好的運(yùn)營(yíng)環(huán)境耦合實(shí)現(xiàn)的。這種具有高能、高效和高舒適度特征的樓宇系統(tǒng)通常安裝先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊組網(wǎng)、高效的內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)以及先進(jìn)的自動(dòng)化辦公系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的高效協(xié)調(diào)運(yùn)行一般具有程式驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，省去了人工的干預(yù)，為使用者提供了優(yōu)越的辦公環(huán)境。

（3）生態(tài)化。生態(tài)化的自然辦公環(huán)境能提高使用者或者員工的工作效率，因?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，具有良好的生態(tài)環(huán)境的建筑能夠讓使用者保持身心愉悅，從而為使用者提高創(chuàng)造力奠定良好的基礎(chǔ)。盡管當(dāng)前的樓宇能夠體現(xiàn)現(xiàn)代高科技的成就，但是當(dāng)使用者在這種具有高科技配置的環(huán)境中辦公時(shí)，最需要的還是高科技與良好的生態(tài)巧妙的有機(jī)結(jié)合。

隨著現(xiàn)代人們對(duì)高層公共建筑的需求越來(lái)越高，不管是建筑體綜合體本身、建筑綜合體的功能還是建筑綜合體裝飾，因此伴隨而來(lái)的火災(zāi)危害問(wèn)題也比引起了人們的關(guān)注，其中高層公共建筑的玻璃幕墻的消防設(shè)計(jì)就顯得非常重要。

2 玻璃幕墻消防設(shè)計(jì)

2.1 玻璃幕墻火災(zāi)特點(diǎn)分析

（1）由于對(duì)玻璃幕墻在設(shè)計(jì)階段采用不合理的設(shè)計(jì)參數(shù)或者是由于施工工藝不當(dāng)造成的施工質(zhì)量不能滿(mǎn)足要求時(shí)，一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，火災(zāi)很容易在垂直和水平的方向延伸，造成火勢(shì)的蔓延。由于玻璃幕墻具有窗戶(hù)的采光功能，又由于其特殊性會(huì)承擔(dān)墻體的作用，玻璃幕墻的材質(zhì)具有玻璃屬性，若在玻璃幕墻的垂直方向和水平方向不采取防火隔離措施，火勢(shì)及伴隨的濃煙肯定會(huì)沿著外墻和向內(nèi)側(cè)臨近的樓層蔓延[4]。

（2）玻璃幕墻的玻璃遇到高溫脫落會(huì)阻礙救火的進(jìn)度。玻璃屬性的玻璃幕墻采用鋁合金等金屬框架固定。但是在高溫環(huán)境下金屬框架不具有很高的熔點(diǎn)性質(zhì)，因此很容易在高溫條件下造成玻璃幕墻的玻璃失去固定而脫落，加之高溫環(huán)境下玻璃容易炸裂，脫落的玻璃會(huì)阻礙火災(zāi)救援的進(jìn)度。

（3）火災(zāi)濃煙不能及時(shí)排除，影響人員的疏散和火災(zāi)救援。玻璃幕墻由于具有墻體的性質(zhì)，因此具有較好的密封性，考慮到幕墻整體結(jié)構(gòu)的安全性，幕墻的開(kāi)啟范圍很小，開(kāi)啟角度遠(yuǎn)不足45°，這樣小的開(kāi)啟角度在火災(zāi)發(fā)生時(shí)由于氣壓的作用根本起不到排煙的作用，因此在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成樓層內(nèi)大量的聚集有毒有害的濃煙無(wú)法及時(shí)排除，造成人員施救和火災(zāi)救援的難度增大。

2.2 消防設(shè)計(jì)依據(jù)

高層公共建筑防火玻璃幕墻和防火隔斷設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何防止火勢(shì)蔓延[5]。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)建筑物的耐火等級(jí)做出了明確的規(guī)定，同時(shí)要求建筑物在火災(zāi)發(fā)生期間要保證建筑物不能倒塌。基于此規(guī)定，玻璃幕墻以及隔斷就是應(yīng)該有耐火性能，并且在火災(zāi)發(fā)生時(shí)要保障建筑結(jié)構(gòu)的完整性，根據(jù)建筑物防火防災(zāi)的要求，玻璃幕墻和隔斷材料應(yīng)有以下性能：

（1）密封性原則。即在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能夠防止由火災(zāi)產(chǎn)生的煙從火側(cè)向背面?zhèn)鞑ァ＿@是最基本的要求。合理有效地阻擋火災(zāi)中的煙霧并避免形成煙囪效應(yīng)是控制火災(zāi)蔓延有效的方式。

（2）耐火性原則。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，要求玻璃幕墻和隔斷材料要能在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)火災(zāi)的蔓延具有一定的抵抗阻滯作用，并且保證建筑物結(jié)構(gòu)的完整性。

（3）隔熱性原則。當(dāng)著火的一側(cè)受到火的影響時(shí)，其背面的溫度在一定時(shí)間內(nèi)變化不明顯，從而不會(huì)點(diǎn)燃背面的物品。同時(shí)在阻滯火焰蔓延的同時(shí)要有相應(yīng)的隔熱能力，不至于火焰通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式引燃玻璃幕墻或隔斷后邊的材料，起到防火防災(zāi)的重要作用。

2.3 防火設(shè)計(jì)原則

防火玻璃幕墻必須具有幕墻的所有特性，例如抵抗風(fēng)壓、雨水沖擊、防止空氣泄漏、防止面內(nèi)變形和其他特性等[6]。作為具有防火功能的玻璃幕墻，除了上述功能以外，更重要的是防火功能。同樣，防火玻璃隔斷的設(shè)計(jì)必須首先考慮其自身的結(jié)構(gòu)安全性，然后再考慮防火要求。

（1）煙氣隔離設(shè)計(jì)。為了達(dá)到幕墻結(jié)構(gòu)的防煙效果，首先，它必須具有良好的氣密性，不僅要有幕墻性能中提到的密封性，還要具有防火性。與普通幕墻密封設(shè)計(jì)相比，應(yīng)注意兩點(diǎn)[7]：①型材的內(nèi)腔密封處理，為了防止豎向材料形成煙囪效應(yīng)，設(shè)計(jì)防火玻璃幕墻時(shí)，必須按設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)空腔進(jìn)行處理；②當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，有必要考慮幕墻的局部由熱膨脹變形引起的密封失效。因此，在骨架的接縫處需要使用腰形的孔，并且在選擇密封材料時(shí)要使用具有良好彈性和耐火性的密封劑。

（2）耐火完整性設(shè)計(jì)。當(dāng)存在火災(zāi)時(shí)，玻璃幕墻或隔斷的設(shè)計(jì)要充分考慮到火災(zāi)的影響[8]。不至于在火災(zāi)發(fā)生時(shí)使得火災(zāi)破壞建筑結(jié)構(gòu)的完整性，因此要求玻璃幕墻能夠被大火燒垮而獨(dú)立固定在建筑物主體結(jié)構(gòu)上。獨(dú)立性和完整性是滿(mǎn)足耐火性的基礎(chǔ)。同時(shí)，防火玻璃幕墻和防火玻璃隔板結(jié)構(gòu)必須具有更好的吸收熱變形的能力。在高溫火下，鋼的機(jī)械性能會(huì)隨著溫度的升高而降低，在約550℃時(shí)，降低幅度更為明顯，通常約為15min，會(huì)失去承重能力而倒塌。如果不采取措施，建筑物將在15min內(nèi)被大火燒跨。在選擇耐火玻璃種類(lèi)時(shí)必須考慮建筑物裝飾效果的同時(shí)還要考慮裝飾材料的強(qiáng)度和耐火性能。

2.4 實(shí)例探究

某高檔高層辦公寫(xiě)字樓采用雙層玻璃幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合外部造型需要每層挑出樓板，并將每?jī)蓪幼鳛橐粋€(gè)防火單元。各防火單元內(nèi)，在每層幕墻層間設(shè)置了0.8m高，耐火極限不低于1.0h的窗檻墻以防止火災(zāi)的層間蔓延。當(dāng)某一防火單元下層發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致臨近內(nèi)幕墻破裂，高溫?zé)煔膺M(jìn)入雙層幕墻間隔空間，經(jīng)挑檐改變氣流方向后，上層內(nèi)側(cè)玻璃幕墻倘若先于外側(cè)玻璃幕墻破裂，則將產(chǎn)生火災(zāi)越過(guò)破損的內(nèi)側(cè)玻璃幕墻而向室內(nèi)蔓延的危險(xiǎn)。為避免火災(zāi)時(shí)上述情況的反生，防火設(shè)計(jì)在幕墻中設(shè)置了兩種形式的挑檐及噴淋，外幕墻設(shè)置百葉，同時(shí)設(shè)有防火擋墻及噴頭，可以有效防止上述情況的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

玻璃幕墻作為一種新型的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其防火性能還需要在工作中不斷地總結(jié)、完善，要嚴(yán)格執(zhí)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，在體現(xiàn)建筑物美觀的同時(shí)還要注重其耐火性能。