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            當前位置:第一幕墻網 -> 專家庫 -> 趙西安

            專家姓名:趙西安
            性  別:男
            技術職稱:研究員
            工作單位:中國建筑科學研究院
            趙西安
            畢業院校:清華大學
            從事專業:中國建筑科學研究院 教授
            專業年限:50年

            技術職務:中國建筑學會建筑結構分會理事中國鋼結構協會理事,研究員

            簡介:
            專著:
            《建筑幕墻工程手冊》,2003
            《幕墻工程手冊》,1996
            《玻璃幕墻設計、施工、監理》,1995
            《現代高層建筑結構設計》,2000等 
            論文:發表一百余篇,其中幕墻20余篇
            主編、參編:
            《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102 
            《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133
            參與設計、施工大型幕墻工程十余項


            • 幕墻防火設計的一些新問題

              近年來,已建和在建的幕墻工程頻頻發生火災。僅今年以來,2月9日電視文化中心發生空前大火后,2月20日廣州富力城、4月6日北京新的中國科技館、4月19日南京50層中環大廈相繼因電焊引燃聚苯保溫板發生大火。幕墻的防火設計再一次引起我們的重視。一、合理選用幕墻材料1.聚氨酯板和聚苯板的可燃性要認真重視聚氨酯板和聚苯板是目前正在推廣的高效節能保溫材料,尤其是擠塑聚苯板以其良好的熱工性能和施工方便的優勢,已在幕墻工程中廣泛使用。但是其可燃性,甚至可向四周引火擴大火災范圍的危險性并未引起重視。甚至以加入阻燃劑為由說聚苯板已經是難燃材料,符合幕墻規范要求等等,對設計人員產生誤導。實際上,這兩種材料用打火機就能點燃,不要說電焊火花濺上了。一旦有火源,它們80度就會軟化,溫度再高就著火、融化,冒出熊熊火焰和濃濃的黑煙,帶著火苗的滴熔物滴到那里就燒到那里。板上很快燒出大洞,火焰沿洞邊迅速向外擴展,象導火索一樣將火災引向四面八方。這些保溫板甚至在金屬板的內部封閉的條件下都可以不斷擴大燃燒范圍,極難撲滅。2005年南京青少年科技活動中心金屬屋面板下面大面積保溫聚苯板燃燒,只見冒煙不見火焰,不知往哪邊澆水。2008年7月和11月,濟南奧體中心體育館兩次屋面大火也出現相同的情況,每次都燒掉幾百甚至幾千平方米的金屬屋面。聚苯板的易燃性從彩鋼板房最近連續發生大火災也得到另一個角度的驗證,僅2009年3月就有中央美院、上海國金大廈和重慶某工地三次聚苯板彩鋼板房大火災,每次大火都把板材燒個精光,只留下彎彎扭扭的鋼骨架。電視文化中心近十萬平方米的金屬屋面采用了擠塑聚苯板作為保溫材料,引出了這次空前大火,災情慘烈,大家深以為教訓。許多工程都改變設計,改用別的材料。大連貝殼博物館屋面采用巖棉;上海世博會中國館改用鋼板包封壓縮巖棉。如果幕墻不得不采用這些保溫板,就必須在施工中采取嚴格的防火措施。某辦公樓鋼骨架焊接作業時,雖然多方預防,還是先后七次引燃聚苯板,實在無奈,只得在焊工旁邊配一個“棉被工”,抱著濕棉被盯著,一著火就捂死火苗。2.傳統保溫材料不要一概否定巖棉、玻璃棉等傳統保溫材料已經應用多年,積累了豐富的經驗。實踐表明它們用于保溫節能還是有效的。當然,相對于聚苯板、聚氨酯板這些新材料,保溫性能、施工環保和保護工人健康方面都存在缺陷,但是它們不著火,是難燃材料,用起來安心。為改善其性能,應在巖棉、玻璃棉外面用鋁箔或薄鋼板加以包封成板塊狀,不僅便于鋪設,保護施工人員,而且可以防止保溫棉、防火棉受潮、水濕,保持其保溫和防火能力。國家大劇院、世博中國館等工程仍然采用巖棉保溫,新建筑用老材料是經過充分考慮的決策。3.積極開發和應用新型難燃性保溫材料3.1熱固性有機泡沫材料聚氨酯板和聚苯板都是熱熔性材料,80度就熔滴,加快火災的蔓延,F在已經開始生產的酚醛泡沫保溫板則為熱固性材料,這種材料原來是用作返回式衛星和返回艙穿過大氣層時的隔熱保護,可耐3000度高溫。這種材料不燃燒,高溫火焰燒烤下無火焰,不冒煙,不熔化,只是變成黑色的固體碳,屬于國標規定的B級難燃材料,F在作為保溫板推向民用,耐火性能可適當調低以降低成本,現在出廠價已降至略超過每平方米100元,為一般幕墻工程所能承受。其厚度為30mm~50mm,表面附有保護膜。酚醛泡沫保溫板的主要性能為:熱系數0.028~0.035W/m.-K氧指數大于38防火等級難燃B級(GB8624–2006)煙密度等級4抗壓強度200~400N/mm2抗彎強度1.5~1.8N/mm2北京通州看守所辦公樓、廣州NBA體育館采用了這種新型保溫材料,效果良好。圖1泡沫酚醛保溫板高溫燒烤后僅變色,無火焰無熔滴3.2無機泡沫保溫材料上一個世紀中期發展起來的無機保溫材料泡沫混凝土和膨脹珍珠巖在工程上應用多年,但由于自重大、施工不便,不能用于幕墻。目前泡沫玻璃等新型無機材料正在幕墻中試用。4.鋁塑板的火災要引起注意聚乙烯芯材的鋁塑板近年來多次發生火災,因為聚乙烯80度失去黏著力,隨即燃燒、冒煙、熔滴,更高溫度下裂解為可燃氣體。上海一座20層大樓2008年發生火災,30分鐘內鋁塑板一樓燒到20樓;同年哈爾濱23層經緯大酒店鋁塑板幕墻大火,再聯想2006年烏魯木齊城市大酒店鋁塑板幕墻大火,不能不令人擔心鋁塑板幕墻的火災安全性。由于容易發生火災,我國幕墻公司在哈薩克承包的工程已被哈薩克政府通令停止使用鋁塑板。作為鋁板幕墻的面板,應優先采用單層鋁板和蜂窩鋁板.,二、防火分區之間的防火設計多層建筑的每一個樓層是一個防火分區;同一個樓層面積大于2000平方米時,要用防火墻劃分為若干個面積不大于2000平方米的防火分區。這些防火分區之間的部位要有相應的防火設施。1.層間不燃燒墻體樓層之間在樓板邊緣應有高度不小于800毫米的不燃燒墻體,防止下一樓層的火焰卷入上一個樓層?梢杂嬋脒@個高度的有:不燃燒的實體墻(混凝土墻、磚墻等);位于樓板邊緣的混凝土梁板、有防火保護的鋼梁和組合樓板;由防火材料組成的防火墻(如硅鎂防火板夾120毫米厚的防火巖棉等);單片防火銫鉀玻璃及其制成的中空玻璃、夾層玻璃。圖2為防火材料組成的防火墻,高度大于800毫米,滿足要求。圖3的梁離樓板邊很遠,必須在樓板邊緣設置防火墻,圖中僅設保溫巖棉是不滿足防火要求的。圖3梁離板邊太遠應另設不燃燒墻體,圖中豎向巖棉原標示為保溫棉,應改為防火棉2.防火墻左右側的不燃燒墻體防火分區之間的防火墻到了樓板邊緣,其左右兩側各1.0米范圍內必須為不燃燒墻體。實體墻、由不燃燒材料組成的墻體、單片防火玻璃及其制品等均可計入其寬度。圖4為深圳證券交易中心交易大廳的防火分區處防火墻兩側的處理,是在中空玻璃幕墻平面外,采用單片防火玻璃在防火墻左右兩側各1.5米單獨設置不燃燒墻體。圖4防火分區兩側的銫鉀防火玻璃墻3.樓層間的隔煙層為了防止下部樓層的煙霧穿過幕墻與樓板間的空隙進入上部樓層,兩個樓層間幕墻與樓板間的空隙應設一道或兩道防煙隔斷。隔煙層可以采用多種材料,如防火巖棉、防火板、單片防火玻璃等。最常用的做法是100毫米厚的防火巖棉用1.5mm鍍鋅鋼板承托(圖2)。如果保溫材料采用擠塑聚苯板等可燃燒材料,則圖5所示的做法是不對的,因為一旦發生火災,保溫板首先被燒掉,隔煙防火巖棉與玻璃之間就出現空檔,隔煙層將失去作用。正確的做法如圖6,防火巖棉一直延伸到玻璃面或鋁橫梁,保溫板放在隔煙層之上。圖5保溫板一旦燒掉就出現空檔,隔煙層失效圖6保溫板在防煙層之上,即使燒掉也不會漏煙有些消防和監理部門要求用防煙材料填滿窗下幕墻板后面的全部空隙,這是不對的。規范要求100毫米厚的隔煙材料“充填密實”,沒有要求“全部塞滿”。塞滿后容易產生冷凝水,降低充填材料的保溫或防火性能;前面是玻璃板時,在陽光透射下會積聚熱量,使玻璃板因溫度升高而破裂。即使是做保溫,也應離開玻璃板30mm~50mm。4.實體墻上的隔煙措施鋁板幕墻和石材幕墻后面往往是實體墻,實體墻一般是不透煙的。所以除可按一般幕墻做層間隔煙層外,也可以不設層間隔煙而做門窗洞口周邊隔煙。5.樓層防火單元間的玻璃防火隔斷樓層上防火單元間通常用防火墻分隔。當建筑設計要求防火隔斷為透明時,可采用玻璃防火隔斷。圖9南寧國際會展中心玻璃防火墻玻璃防火隔斷面板應采用銫鉀單片防火玻璃及其制品。支承框架采用防火處理后的鋼結構,并用防火密封膠密封。防火隔斷與主體結構的后連接不應采用化學螺栓,應采用后切底機械錨栓。三、防止火勢蔓延的措施1.內庭的防火設計圖7電視文化中心96米高內庭不設玻璃圖8北京電視中心240米高內庭用防火幕墻防火玻璃包封圖9廣州西塔中庭40層高,用鉆石形防火玻璃幕墻包封內庭跨越許多樓層,形成巨大的室內空間,拔火作用明顯,很容易將一個樓層的火焰引向其他樓層,使火災迅速蔓延擴大。所以內庭周邊必須形成一道防火墻。一種做法是將內庭周邊的建筑墻體按防火墻設計,采用不燃性墻體材料,防火門窗;馂臅r關閉門窗后內庭的火焰不會向樓層室內蔓延。圖7為電視文化中心的內庭,就采用了這種防火設計,可惜這次火災時尚在裝修,防火門窗還沒全部裝上,火災中沒能起隔斷火災的作用。另一種做法是單獨設置玻璃防火隔斷。整個內庭由防火墻包封。北京電視中心、上海金茂大廈和廣州珠江新城西塔等工程都采用這種防火措施(圖8、圖9)。2.阻斷危險的豎向孔道電視文化中心金屬幕墻的鈦鋅面板均作成豎向肋形線條,尺寸為500mmX500mm,這就在保溫板上排滿了160米高的通風管,保溫板燃燒時源源不斷提供充足的新鮮空氣,助長了火勢,使保溫材料在鋅板下有足夠氧氣充分燃燒,火災不斷擴大(圖10)。當建筑設計存在這類危險的豎向通風孔道時,應每隔若干樓層予以封堵。深圳證卷交易中心大廈的柱子,外包夾膠玻璃面板,玻璃與混凝土之間有70mm的空隙,高達240m,火災時會形成通風管道,所以每10層用防火玻璃封堵一次。圖10電視文化中心鈦鋅板為突肋狀,形成無數通風管3.可燃保溫材料應劃分防火分區這次電視文化中心保溫層燃燒面積達十萬平方米,無法控制,造成巨大的損失。其中一個原因是為了節能,消除冷橋,讓保溫連續鋪設。這樣一來,一旦起火,就火燒連營七百里,不可收拾。先前也有過南京科技中心、濟南奧體中心金屬屋面保溫大面積火災的教訓。目前在建的工程許多保溫面積達20萬~30萬平方米,如果連續鋪設,一旦發生火災,勢必無限蔓延。因此,采用可燃性保溫材料時,應劃分面積不超過2000平方米的防火分區,分區的邊界應采用不燃材料予以阻隔。一旦某一分區著火,火勢也局限在個別分區內,不至于無限制到處蔓延,造成重大損失。四、擴大鋼結構在幕墻中的應用鋁的熔點約為700度,鋅的熔點約為400度,都遠低于鋼的熔點1450度。這次電視文化中心火災后,現場可見鈦鋅板和保溫層全部燒失,惟有鋼骨架和鋼板雖然變形扭曲,但依然在位。許多幕墻火災都出現過20分鐘鋁骨架熔化,面板失去支撐而掉下的現象。防火玻璃必須采用鋼骨架,已經成為公認的做法。鋁板幕墻和石材幕墻采用型鋼骨架也越來越多。一般玻璃幕墻則仍然以鋁型材為主,但是大型公共建筑的玻璃幕墻和玻璃采光頂已普遍采用鋼結構支承。近年來冷成型薄壁型鋼開始在玻璃幕墻中應用,并且相當成功。幕墻專用薄鋼型材外觀上已可與鋁型材比美,壁厚也做到了1.5mm~2.5mm,斷面形式多樣,可以滿足各種玻璃幕墻和玻璃采光頂的要求(圖11)。圖11幕墻用冷成型薄壁型鋼斷面圖12北京奔馳汽車公司辦公樓目前許多高檔玻璃幕墻工程采用了薄鋼型材。圖12為北京奔馳汽車公司,此外還有鳥巢貴賓廳、上海通用汽車公司辦公樓和展覽館等許多工程。五、不要讓建筑變成火的牢籠沒有絕對安全的玻璃,用玻璃就會有一定的風險。問題是合理使用,求得最大的安全。有些文件把鋼化玻璃和夾層玻璃定義為安全玻璃,其實是不妥當的。玻璃梁、玻璃柱和玻璃地板用單片鋼化玻璃就極其危險。同樣,夾層玻璃打不穿、不飛散,可謂安全。但是如果用得不當,就非常危險。在建筑的超高層部分,消防只能靠自身的內部消防系統,既不能靠外部水源灌救,室內人員也不可能破窗逃命。這種情況下幕墻全部采用夾層玻璃并不影響消防的安全性,因而是可以的。但是在低層部分和裙房,以及大量的公共建筑,有些沒有設置內部消防系統,外部救援和破窗逃生是重要的求生手段;即使有內部消防設施,多一條生路就可以更多人獲救。如果全部采用所謂安全玻璃的夾層玻璃,無疑就斷了這條生路,使建筑成為火的牢籠。一旦起火,外無救援之通道,內無逃生的洞口,非常危險。這并不是杞人憂天,2004年北京京民大廈火災,被困的人員就是從打破的窗口逃生的(圖13),如果這些玻璃都是夾層玻璃,打不破,砸不爛,那將會出現多么可怕的結果!2005年,北京華貿中心電焊作業引燃保溫材料,發生火災,煙霧太大,無法救火,最后打破幕墻玻璃,排除濃煙才救熄了大火(圖14)。如果這幕墻全部是夾層玻璃那就麻煩了。圖13北京京民大廈火災,室內人員圖14北京華貿中心打碎玻璃排煙破窗逃生小結火災教育了我們,使我們在幕墻設計中更加重視防火問題。要合理選用防火的材料,按規范要求作好各部位的防火構造設計,盡力避免出現薄弱環節和安全漏洞,提高幕墻抵抗火災的能力,并在萬一發生火災時也能盡量減少人員傷亡和財產損失。

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