1 前言
建筑防火是建筑安全設計中一個十分重要的項目,建筑防火分區的要求往往使建筑師在建筑美學與建筑防火上進退兩難,然而玻璃作為現代建筑的時尚,它所具有的通透性和華麗的效果,使得防火玻璃成為現代建筑師們樂于追逐的目標,用防火玻璃作為防火分隔材料的優勢不僅在于提升了建筑美感和采光效果,而且要比傳統的墻體輕,可提高建筑物的有效使用面積,便于施工。GB15763.1 《建筑用安全玻璃防火玻璃》標準頒布實施以來, 單片防火玻璃逐漸被人們認識和接受,與此同時, 系統防火的理念逐步得到樹立, 防火玻璃系統技術得到發展, 并已成功應用于國內大型公共建筑幕墻、防火分區、室外幕墻及門窗等建筑部位。
2 防火玻璃系統技術
從技術角度講,在發達國家,玻璃防火被看作為一個系統,要求防火玻璃與框架系統都具有防火功能。我國則存在認識上的誤區,往往只注重玻璃本身的防火,這也導致我國防火玻璃整體配套水平與發達國家存在一定差距。性能再優異的防火玻璃,如果沒有與之相匹配的防火框架和防火密封材料（詞條“密封材料”由行業大百科提供）, 就不是完整的防火玻璃系統;反之亦然, 它們之間相輔相成。GB 15763.1一2001《建筑用安全玻璃防火玻璃》第l號修改單就明確規定防火玻璃測試時試樣應鑲在與實際工程配套使用的框架系統內,即是強調了不同防火玻璃系統間的耐火性能差異性,這也間接催生了防火玻璃系統技術在我國的發展和逐步走向成熟。
2.1防火玻璃的防火特性及應用現狀
按耐火性能,防火玻璃可分為隔熱型防火玻璃和非隔熱型防火玻璃。隔熱型防火玻璃是耐火性能同時滿足耐火完整性和耐火隔熱性(標準耐火試驗中如背火面平均溫度超過初始溫度140 ℃或背火面最高溫度超過該點初始溫度180 ℃,則認為試件失去隔熱性)的防火玻璃,即A 類防火玻璃`非隔熱型防火玻璃是耐火性能僅能滿足耐火完整性要求的防火玻璃,即C 類防火玻璃。
根據GB15763.1一2009( 建筑用安全玻璃第l部分:防火玻璃》的規定, A類、C類防火玻璃的耐火極限分為0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h五個等級。防火玻璃在進行耐火性能試驗時應采用明火加熱,使試件受到與實際火災相似的火焰作用。試驗爐爐內溫度隨時間而變化,其變化規律應滿足函數關系：
T-T0= 345 lg(8t+1)
式中：
T—升溫到t時刻的平均爐溫，℃;
T0—爐內的初始溫度,應在5 ℃-40 ℃范圍之內;
t—試驗所經歷的時間，min 。
需要指出的是, 當防火玻璃用于擋煙垂壁時, 主要受熱煙氣影響, 其耐火性能要求與標準耐火試驗有一定區別, 一般要求按GB/T9978一2008《建筑構件耐火試驗方法》規定的升溫條件升溫至620℃, 并在620 ℃±20℃溫度條件下保持30min時,防火玻璃擋煙垂壁應保持完整性不破壞。
按結構, 防火玻璃可分為復合防火玻璃和單片防火玻璃。目前國內單片防火玻璃主要有兩種技術路線：采用綜合增強處理的高強度單片防火玻璃和特種防火玻璃(以硼硅酸鹽防火玻璃為主) 。復合防火玻璃是在兩片玻璃之間凝聚一種透明而具有阻燃性能的凝膠（詞條“凝膠”由行業大百科提供）,這種凝膠遇到高溫時發生吸熱分解反應,變為不透明,有阻隔火焰的作用。復合防火玻璃的生產方法分為夾層法和灌漿法兩種,其優點是隔熱,缺點是不能直接用于外墻,難于深加工,長期紫外線照射下易起泡、發黃甚至失透。與復合防火玻璃相比,單片防火玻璃的優點是耐候性好、強度高、易于深加工及安裝便捷等,但不隔熱。單片防火玻璃和復合防火玻璃因性能上的差異在建筑應用上屬互補關系。
硼硅酸鹽玻璃具有良好的化學穩定性,較高的軟化點（詞條“軟化點”由行業大百科提供）(約850℃左右) ,較低的熱膨脹系數,可用作耐熱和防火玻璃,使用這種玻璃作為防火玻璃一般厚度為6mm-8mm為宜,在國外一些發達國家中使用較為廣泛。但硼硅酸鹽防火玻璃由于熔制溫度很高、成形溫度高、熔制時硼揮發、易產生硼硅分相等問題以及熔窯耐火材料侵蝕速度快等技術難點,技術門檻及成本非常高。
除硼硅酸鹽防火玻璃外,特種防火玻璃還包括鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃及軟化溫度高于800 ℃以上的鈉鈣料優質浮法玻璃（詞條“浮法玻璃”由行業大百科提供）等。其共同特點是:玻璃軟化點較高,一般均在80℃以上,熱膨脹系數（詞條“膨脹系數”由行業大百科提供）低,在強火焰下一般不會因高溫而炸裂或變形,尤其是微晶防火玻璃,除具有上述特點外,還具有機械強度高、抗折、抗壓強度高及良好的化學穩定性和物理力學性能（詞條“力學性能”由行業大百科提供）。但特種材料的防火玻璃(硼、鋁硅酸鹽防火玻璃,微晶防火玻璃)價格較高,市場較難接受, 目前我國單片防火玻璃技術基本采用平板玻璃物理或化學增強技術來提高玻璃的強度,使玻璃能夠承受急熱(或急冷)時產生的應力,從而具有防火的功能。
高強度單片防火玻璃的耐火機理是通過提高鈉鈣硅玻璃強度,來抗衡熱應力進而避免玻璃表面微裂紋擴展造成的破裂。火災時玻璃受熱膨脹,玻璃整體發生彎曲變形,玻璃受火面的微裂紋受到熱應力作用, 逐漸擴展造成玻璃破裂;單片防火玻璃強度極高, 比普通鋼化玻璃有更大的預應力,改善了玻璃的抗熱應力性能,當玻璃受熱膨脹,其表面的高預應力就會抵消產生的熱應力, 使微裂紋不再擴展致玻璃破裂,從而保證在火焰沖擊下或高溫下的耐火性能。當玻璃整體受到的熱量大于背火面散失的熱量時,玻璃整體溫度逐漸升高,沿高度方向,從受火面開始逐漸進人軟化區,直到玻璃背火面的粘度不足以支撐玻璃本身的重量時,玻璃整體(或局部)坍塌而失去完整性。
盡管與傳統的防火玻璃(如灌漿、復合防火玻璃)相比、單片防火玻璃有其無可比擬的優越性, 但在發生火災時, 由于單片防火玻璃不隔熱, 其熱輻射對防火分區外的可燃、易燃物以及人的安全通過會產生影響,如何使單片防火玻璃在具備通透的外觀、保證良好耐火性能的同時具備隔熱性成為設計師關注的焦點。研究表明,通過對單片防火玻璃隔斷施加自動噴淋保護系統可以解決單片防火玻璃隔熱問題。通過在防火玻璃隔斷（詞條“隔斷”由行業大百科提供）上部邊緣位置設置自動水噴淋系統,當火災發生后玻璃背火面空氣溫度達到噴淋噴頭動作溫度時,背火面自動噴淋系統啟動,玻璃背火面形成持續水幕,帶走了因熱傳遞而使玻璃吸收的熱量,使防火玻璃即使在很高的火災荷載下也能維持較低的溫度。有關的試驗表明,在自動噴淋保護下,單片防火玻璃系統的隔熱性能得到明顯改善,熱輻射（詞條“輻射”由行業大百科提供）被有效阻隔, 玻璃耐火時間大大延長, 而背火面溫度在40 ℃以下,可完全替代防火卷簾。
當防火玻璃框架系統無隔熱性要求時,可選用C類防火玻璃。當防火玻璃框架系統有隔熱性要求時,可選用A類防火玻璃（詞條“A類防火玻璃”由行業大百科提供）或C類防火玻璃加水噴淋保護。
2. 2防火玻璃框架系統
防火玻璃框架系統主要由防火玻璃、耐火框架和防火密封材料組成,在一定時間內滿足耐火完整性或隔熱性要求的非承重系統,包括防火玻璃幕墻、防火玻璃門（詞條“玻璃門”由行業大百科提供）窗、防火玻璃非承重隔墻、防火玻璃擋煙垂壁等。不同的框架系統對防火玻璃的耐火性能有不同影響。純鋁材料強度低,不能承受荷載。在純鋁中加人一定量的Mg，Mn，Si等元素后,可制成強度高的鋁合金。鋁合金（詞條“合金”由行業大百科提供）框結構屬非燃燒體,在火災荷載作用下,隨著溫度的升高其強度逐漸下降,當溫度超過250℃時,其強度急劇下降到原來的二分之一，370 ℃左右抗拉強度（詞條“抗拉強度”由行業大百科提供）幾乎全部損失,且鋁合金的熔點低(600℃-700 ℃) ,在火災荷載的作用下,框架系統會很快熔融、垮塌,進而導致火災蔓延。因此鋁型材不能用作抗火結構,只適宜用于30 min以下耐火等級要求的防火隔斷、門窗，30min以上的耐火等級通常選用具有抗高溫氧化性能的耐熱鋼型材,鋼型材作為一種“輕質高強”的建筑材料（詞條“建筑材料”由行業大百科提供）,是理想的抗火結構。防火玻璃鋼框架為非承重結構,與主體承重鋼結構有較大差別, 實踐證明它在表面無防火涂料（詞條“防火涂料”由行業大百科提供）保護的情況下仍可耐火180min及1200℃高溫下略有變形但保持完整。而作為承重鋼結構在火災時,由于高溫作用,強度損失很快,需要在表面加上混凝土或防火涂料等保護。
理想的框架設計是實現防火玻璃系統耐火性能的關鍵,而在設計中合理地選擇防火密封材料是防火系統的保證。據有關資料統計,在火災中因受煙霧中毒、窒息而死亡的人占有較高的比例, 因此在防火系統中,密封是非常重要的環節。防火玻璃在安裝時, 除了鋼框架結構, 還需要耐火墊塊、防火膨脹密封條、防火密封膠、門窗密封件等系列輔助材料, 這類材料應采用不燃或難燃材料,其燃燒性能應符合現行國家標準GB50222一2001《建筑內部裝修設計防火規范》、GBJ16一87 《建筑設計防火規范》和GB50045一2005《高層民用建筑設計防火規范》的規定。耐火墊塊可采用硅酸鈣基或硅酸鋁基的不燃材料,安裝在防火玻璃的底邊鋼框架內,起到隔開玻璃和鋼構件（詞條“構件”由行業大百科提供）、支撐玻璃的作用,并防止鋼構件導熱快、使玻璃邊部局部過熱而炸裂的情況出現。防火膨脹密封條一般是基于可膨脹石墨的膨脹機理, 著火時約200℃左右可迅速進行三維膨脹,形成穩定的隔熱阻火層,起到防火防煙的作用;防火密封膠一般為單組分中性硅酮膠,主要用于接縫密封,并美化外觀。在標準耐火試驗中,如果背火面防火膠著火,會直接導致測試失敗。安裝方面,防火玻璃與框架不得直接接觸,玻璃四周與框架凹槽底部應保持一定的空隙,每塊玻璃下部應至少放置兩塊彈性定位耐火墊塊,墊塊應能承受該分格玻璃的自重荷載。
上海中心大廈，位于浦東的陸家嘴功能區，占地3萬多平方米，所處地塊東至東泰路，南依銀城南路，北靠花園石橋路，西臨銀城中路，為上海陸家嘴摩天大樓建設計劃最后的壓軸工程。其建筑設計方案由美國Gensler建
2. 2.1防火玻璃幕墻及隔墻
玻璃幕墻的通透性增加了火災蔓延的途徑,火災時火和煙會沿著幕墻外壁及內側向鄰近的樓層蔓延,具有火勢蔓延快、煙氣流動迅速、疏散撲救困難等特點。防火玻璃幕墻的設計及耐火要求,應遵循GB12513一2006《鑲玻璃構件耐火試驗方法》、GB15763.1一2009《建筑用安全玻璃第I 部分:防火玻璃》、GA97一1995 《防火玻璃非承重隔墻通用技術條件》等有關規定, 幕墻結構必須與防火玻璃具有同樣的耐火性能,同時具有良好的防煙密封性能。防火玻璃幕墻結構上應采用明框形式,不應采用全隱框形式。其防火設計應在不影響其通透性及觀賞性的基礎上進行,盡量采用防火玻璃及耐火鋼框(或鋼鋁組合框架) 。高精度鋼型材有高質量外觀及質感, 可獨立構成防火玻璃幕墻;鋼鋁組合防火玻璃幕墻則由防火玻璃(幕墻面板) 、冷彎鍍鋅鋼型材(抗火骨架) 、鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業大百科提供）(裝飾面材)及配件組成(見圖1 、圖2) , 兼有鋁合金玻璃幕墻安裝簡捷與鋼材的耐高溫性能、高強度優點,是防火幕墻最優組合。
防火玻璃隔墻與防火玻璃幕墻的結構類似，但無豎框防火玻璃隔墻的防火玻璃之間應采用金屬點構件,縫隙須采用耐火材料或防火膠等進行處理并滿足相應的耐火性能要求。
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