鋼質防火防盜門設計結構分析

張大朋

0 引言

鋼質防火防盜門是國內民用住宅市場上尤其是民用高層建筑市場上應用廣泛的門類產品，自《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）從2015 年5 月正式實施以來，民用高層建筑對進戶門要求使用防火防盜門的需求更是陡然增長。然而長久以來，防火防盜門從產品名稱的認知、產品依據的標準和產品的設計思路等方面一直存在著非常大的誤區。首先，防火防盜門產品并沒有統一的國家標準，雖然有些省份在多年前出臺了一些防火防盜門的地方標準，但隨著社會發展和相關門類標準的更新，這些標準也都隨之淘汰。其次，現行的國家標準《防火門》（GB12955-2008）（以下稱防火門國標）和國家標準《防盜安全門通用技術條件》（GB17565-2007）（以下稱防盜門國標）是目前防火防盜門產品必須同時執行的強制性國家標準，而這兩個不同產品的國家標準中有些條款由于側重點不同，是很難同時符合的。雖然2020 年發布的團體標準《防火防煙安全戶門》（T/CPQSXF001-2020）可以為防火防盜門產品提供一些標準的依據，但其畢竟是團體標準，其條款內容的適用性和普及率相對有限。

綜上原因，這些年相關企業設計人員面前一直有個難題，即如何整合相關標準并設計、生產出真正的鋼質防火防盜門產品，使之既能通過耐火性能的試驗又能達到防盜性能相關的要求。本文通過對耐火試驗過程中門體各部位的變形趨勢及耐火性能進行分析，結合防盜門標準中的技術要求和門體各部位抵御暴力開啟的防護能力等方面，為鋼質防火防盜門的產品結構設計提供一定的參考。

1 耐火試驗過程中的結構分析

1.1 門框和門扇的相互作用

根據防火門產品實際使用場合的疏散方向以及各檢測機構的實際檢測要求，目前國內的防火門產品均是按照外開門進行耐火試驗的。為方便理解，依據《門和卷簾的耐火試驗方法》（GB/T 7633-2008）中7.3.3.3 條款的要求，將防火門耐火試驗時的狀態簡化為圖1 所示。

圖1 防火門耐火試驗狀態簡化圖

鋼質防火門在耐火試驗時，由于鋼板受熱會膨脹，相對于背火面而言，向火面一側的鋼板會先遇熱膨脹，從而造成鋼質門扇的頂沿和底沿朝著遠離火焰的方向彎曲。同理門框也會進行類似的彎曲，但由于門框固定在支撐結構上，支撐結構性質的不同對彎曲變形的影響程度也會不同。

耐火檢測的鋼質防火門為外開時，門扇的頂沿和底沿將朝著遠離火焰和熱氣的方向彎曲，從而遠離門框止口部位。這就為火焰和熱氣從測試爐中溢出提供了機會，再加上測試爐中上部正壓的作用，很容易造成門體上部尤其是開啟側上角躥火而導致耐火完整性失效。圖2 為防火門門扇上角躥火而造成耐火完整性喪失的典型現象。

圖2 防火門上角防火完整性失效示意圖

由此得出，鋼質防火門在設計門扇結構時如何防止受熱翹曲變形是首要考慮的問題，尤其是門框與門扇配合部位的門扇開啟側上部要重點考慮。

1.2 門扇耐火結構分析

1.2.1 門扇類型及開啟方向的影響

常見的平開式防火門主要有單開門和雙開門兩種。單開門只有一個可開啟扇；雙開門有兩個可開啟扇，為表述方便，本文將安裝有鎖具的門扇稱為活動扇，另一門扇稱為固定扇。通常情況下，雙開門活動扇開啟后，固定扇才能開啟。

以外開方式進行耐火試驗時，對于單開門，在試驗過程中門扇中部朝向爐內方向變形，由于門框止口的阻擋，其變形量是有限的。門扇頂部向爐外變形，變形程度由門扇鎖側上下兩端的加強結構決定。而對于雙開門扇的鎖側而言，固定扇上下兩端有防火插銷與門框橫梁及地面（或底框）固定，門扇產生的變形力大部分集中在門扇中部；而活動扇的上下兩端是自由的，試驗時均朝向試驗爐外變形，從而抵消了部分門扇中部的變形力。在假設為同樣結構的前提下，固定扇中部的變形程度會比活動扇大。

1.2.2 隔熱性能和熱變形的影響

防火門國標中將防火門分為隔熱防火門（A 類）、部分隔熱防火門（B 類）、非隔熱防火門（C 類）三種類別。由于目前執行的建筑設計防火規范中各場所防火門類別的選用只有隔熱防火門（A 類），因此，隔熱性能是防火門產品必須具備的基本性能。隔熱防火門的門扇在耐火試驗時由于填充材料導熱較慢，背火面的鋼板溫度上升慢，變形較小，受火面鋼板的變形力大部分只能傳遞到門扇的邊部，從而帶動邊部產生較大的彎曲和扭曲變形。如圖3、圖4 和圖5 所示鋼質雙扇隔熱防火門耐火試驗30min、60min、90min 時狀態。

圖3 隔熱型防火門耐火試驗30min 時

圖4 隔熱型防火門耐火試驗60min 時

圖5 隔熱型防火門耐火試驗90min 時

從示例中防火門產品不同時間段的變形趨勢看，隨著耐火時間的增長，門扇中部的變形量越來越大。為更好地分析耐火時間和防火門扇最大變形部位的變形量，表1 是通過記錄示例中這樘雙開門活動扇和固定扇中間部位的變形量數值，比較直觀地顯示了門扇中部變形趨勢。

表1 雙開門門扇中部變形曲線

通過分析耐火時間和防火門扇的變形量可以看出，雙開防火門雙扇的變形量及變形趨勢比較接近的情況下，能有效地防止兩個門扇變形不一致造成中縫處漏火導致耐火完整性失效。尤其是對于目前國內只需按照外開方向進行耐火測試的防火門，只需根據單向變形趨勢設計可行的結構即可。而對于單開門，在考慮門扇上角抗變形設計的基礎上，如何設計鎖側（開啟側）的中部結構是保證耐火完整性的關鍵。

2 防盜檢測過程中的結構分析

2.1 門框與門扇的配合強度

為保證門框與門扇的配合強度，根據防盜門國標的規定，防盜門需具備防闖入性能和防軟物沖擊性能。具體要求是門框與門扇之間或其他部位若安裝有防闖入裝置，裝置本身及其連接強度應可承受 30kg 沙袋、3 次沖擊試驗。試驗后，不應產生斷裂或脫落。門扇本身應能承受 30kg 沙袋、9 次沖擊試驗，試驗后門框與門扇間隙的最大變化量不能超過2～4mm（不同級別要求不同）。如圖6 是防盜門國標中進行防闖入性能和軟物沖擊性能試驗的圖示說明。

圖6 防闖入性能和防軟物沖擊性能試驗

鉸鏈部位是防盜門的門框和門扇配合強度的關鍵部位，在防盜門國標中對其有嚴格的測試要求，其中懸端吊重性能的試驗（如圖7 所示）最具代表性，具體試驗方法是將門扇開啟到90°或45°，在通過門扇把手垂直于地面的作用線上附加100kg 重物，保持5 min，試驗后門框門扇的垂直變形量應小于或等于2.0mm，且門扇啟閉正常。

圖7 懸端吊重性能試驗

2.2 門體抗破壞性能的結構分析

2.2.1 鎖具部位強度

防盜鎖是防盜門所有配件中決定防盜級別最關鍵的核心部件，因此對于防盜鎖的固定和防護強度，在防盜門國標中有著嚴格的要求。防盜門國標要求在鎖具安裝部位的防護面應有公稱厚度大于或等于 2.0mm、強度大于或等于 Q235 的加強防護鋼板，其尺寸應大于或等于鎖體最大外形尺寸。另外鎖芯是防盜鎖最核心、最需要防護的部件，國標要求防盜鎖的鎖芯防護面側應安裝防鉆套，其防破壞能力應達到相應防盜安全級別的要求。

由于防盜鎖部位對于防盜門整體的防護而言最為重要，因此對于此部位防盜性能檢測的破壞性試驗也是重中之重。在防盜門國標中規定的對鎖具及其安裝部位的破壞性試驗方法多達8 項，是所有防盜性能檢測方法中規定最為詳細的。此部位的破壞試驗可以使用所有規定的手動或電動工具，通過撬、鉆、鏨、切、割、鋸甚至強力沖擊等幾乎所有的辦法，以期通過破壞鎖具實現開啟門扇的目的。

2.2.2 門扇結構強度

防盜門的門扇結構強度直接關系到防盜門的防盜性能的高低，因為門扇抵御強力破壞的時間就是防盜門劃分級別的主要依據。其中對于門扇的開孔試驗就是最具代表的破壞性檢測手段，即從防盜門防護面一側利用防盜門國標中規定的手動工具或電動工具在規定時間內破壞出一個大于或等于615cm的開口，利用適用的工具進行鉆、鏨、切、割等一切破壞手段均是允許的。因此，防盜門的門扇內部要根據不同的防盜級別進行合理的結構設計，以滿足能抵御不同強度和時間的強力破壞。如圖8 展示的是檢測人員正在進行門扇開孔的破壞性試驗。

圖8 門扇開孔破壞性試驗示意圖

3 門體的設計結構分析

對于整個鋼質防火防盜門的門體結構設計而言，從防火性能方面考慮應將控制門扇的變形量作為設計重點，而從防盜性能方面考慮應重點提高門扇的抗破壞強度。由于單開門與雙開門的結構不同以及門體各部位的功能特點不同，所以在進行門體結構設計時應分別考慮各自的重點影響因素。

3.1 鉸鏈側結構

作為門扇與門框的連接固定點，鉸鏈的結構、位置及數量的設計受承重性能、門扇高度、門的使用性能等因素影響。而這些因素中首要考慮的應為其承重性。

為保證鉸鏈的承重性，上、下鉸鏈均應放置在門扇高度方向的兩端且能夠滿足加工工藝要求的位置。當門扇洞口高度較大或門扇重量超過兩個鉸鏈可承受的范圍時，應加裝第三鉸鏈。（對于大尺寸的鋼質防火防盜門，可能需要更多的鉸鏈，在此就不做過多闡述）其設計位置的影響因素主要有以下幾個方面：

（1）根據門扇的重心位置，第三鉸鏈的位置應放置在門扇中部以上、盡量靠近上鉸鏈的部位，以提高其承重性；

（2）為減小門扇無約束變形的長度，保證在試驗過程中門扇鉸鏈側自由段的變形量不會導致耐火完整性的喪失，其位置應盡量靠近門扇的中部。

（3）為保證鉸鏈側的結構強度能滿足防盜性能測試中的懸端吊重性能試驗要求，不僅需考慮鉸鏈的承重性能，也需注意框扇與鉸鏈連接固定部位的結構設計強度。

需提醒注意的是在防火性能試驗中對于a 和b 的兩個方面是存在矛盾的。為解決這個矛盾，可通過在第三鉸鏈與下鉸鏈之間增加固定栓（如圖9 所示）的方式，來限定此部位的變形量。尤其是防盜檢測過程中固定栓作為框扇間的鎖閉點，對增加門體的整體防盜性能是很有效的，因此固定栓的作用是不容忽視的。

圖9 鉸鏈側門扇的固定栓

3.2 鎖側結構

3.2.1 單開門的鎖側結構

對單開門的防火完整性以及抗破壞性能而言，鎖側部位都是一個薄弱點。一般情況下，在設計防火防盜門時采取設置加強筋的辦法以提高門扇鎖側部位的強度，提高其抗變形和抗破壞的能力。加強筋的設置應考慮以下方面：

（1）根據門扇的內部結構設計與其相匹配的抗彎能力好的加強筋形式；

（2）對于耐火時間要求較高的防火防盜門，加強筋的規格和位置應不影響門的隔熱性；

（3）門扇鎖側部位的加強筋應與鎖具部位抗破壞的加強板保護盒連接成整體，以提高門扇鎖側部位的整體強度。

另外，由于鋼質防火防盜門的鎖側安裝有鎖具，鎖舌作為限位點，為保證門扇變形單位長度的減小，在條件允許的情況下，鎖具的位置應設計在盡量靠近門扇高度方向的中部。

3.2.2 雙開門的鎖側結構

相對于單開門，在設計雙開門的鎖側結構時，防盜性能方面基本沒有太大差異，而對于耐火性能的結構設計則是至關重要也是難度最大的。

根據前面章節對門扇耐火結構的分析，通過試驗數據我們已經得出結論，為保證雙開門整體的耐火完整性，固定扇與活動扇鎖側的變形應大體相同。為避免二者的結構差異造成耐火實驗時變形趨勢不一致，在設計雙開門的鎖側結構時應重點考慮活動扇與固定扇的相對配合結構。

考慮到雙開門中活動扇與固定扇之間的配合順序以及受熱變形的方向，在設計門扇結構時盡可能提高固定扇的抗變形能力，并使活動扇的抗變形能力與固定扇相似或稍低于固定扇，才能保證二者的變形基本一致。原因如下：

（1）如果活動扇的抗變形能力較強，而固定扇較弱，固定扇變形大于活動扇變形，導致的結果是：雙開門中縫處產生過大縫隙引起完整性的喪失。

（2）如果固定扇的抗變形能力很強，活動扇抗變形能力與固定扇相似或稍弱，二者的變形趨勢大致相同或活動扇的變形趨勢大于固定扇，則在變形過程中，固定扇作為相對的固定桿件會抵消活動扇的部分變形，致使二者變形量大體一致。

根據上述原理，為彌補雙開門活動扇與固定扇的變形差異，在中縫處可設計止口結構（如圖10 所示）或者蓋縫板結構（如圖11 所示），這些結構能減小門扇在耐火試驗時中縫產生火焰貫穿縫隙的幾率，是滿足耐火完整性的一個重要保障。

圖10 雙開門中縫止口結構示意圖

圖11 雙開門配蓋縫板結構示意圖

3.3 門扇填芯

在耐火試驗過程中，門扇填芯材料的強度和隔熱性能起著非常關鍵的作用。由于鋼質防火防盜門的主體材料鋼板在遇火受熱時極易變形而且導熱系數高，隔熱性能非常差。為滿足鋼質防火門耐火檢測時達到相應級別的耐火完整性和耐火隔熱性，在合理設計門體結構的同時選用適合的門扇防火填芯材料是不可或缺的。

門扇填芯材料不僅需要具有較高的強度和良好的隔熱性能，還需滿足防火門國標和防盜門國標中要求的各項燃燒性能和環保性能。目前市場上常用的防火防盜門用填芯材料主要有膨脹珍珠巖板、泡沫水泥板、膨脹蛭石板以及玻鎂板、氧化鎂板等為代表的菱鎂水泥防火板。每種防火填芯材料的各項性能和成本有比較大的差異，表2 列舉了主要的防火門常用填芯材料性能差異和成本比較，設計人員可根據本企業鋼質防火防盜門的性能要求以及產品定位選用適合的填芯材料。

表2 防火門常用填芯材料對比表

4 使用性能

鋼質防火防盜門應用的場合不同，其配置與性能要求也有所不同。在個性化需求越來越多的今天，鋼質防火防盜門不僅用于高層公寓的戶門、而且經常被用于寫字樓、酒店等高檔公共區域，這就要求產品除具有基本的防火防盜性能外，還需滿足業主或設計師的各種附加的性能要求，通常包括良好的保溫、隔聲等性能、外觀裝飾以及智能化控制等方面的相關需求。另外，對于消防要求比較高的場所，鋼質防火防盜門還會要求安裝有控制門自動關閉的閉門器、保證雙開門按順序關閉的順序器、各種與消防系統聯動的門禁系統等。

附加的各項性能要求勢必導致門體相應結構的變化，但所有的變化均應以不影響整體的防火和防盜性能為前提。

5 結論

通過以上對鋼質防火防盜門的結構分析，得出以下結論：

（1）在設計門扇結構時應重點考慮門扇開啟側上部如何防止受熱翹曲變形的問題；

（2）在保證隔熱性的前提下，門扇內部加強結構尤其是鎖側部位的設計應綜合考慮門扇的抗變形能力和抗破壞性能；

（3）門體鉸鏈側的鉸鏈位置和強度設計需合理，固定栓作用是有利的；

（4）對于雙開門的門扇中縫部位宜設計為止口結構或蓋封板結構；

（5）根據防火防盜門產品的性能要求以及產品定位選用適合的填芯材料；

（6）使用性能的提高及變化應以不損失防火性能和防盜性能為前提。