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門窗幕牆專業委員會

建築門窗耐火完整性要求解析

建築技術的發展,從未松懈過對消防設計的重視。我國之前各個版本的建築設計防火規範,都對建築材料的防火性能、防火分區、以及防火牆的設計布局,做出了具體規定。對于防火牆上需要設置通道的部位,也按具體的功能要求,設計有防火門、防火窗、以及防火卷簾等。但是,近年來由于建築高度的不斷增加,導緻高層建築(詞條“高層建築”由行業大百科提供)對防火的要求也越來越高,現有的防火技術一定程度上無法滿足要求。高層建築火災因火勢的卷吸效應,在縱向上發展迅猛,對救援設備(詞條“設備”由行業大百科提供)和人員的要求很高。同時,因建築節能需要而廣泛采用的外牆外保溫系統,也對幕牆式建築帶來極大的火災安全隐患。一旦外牆外保溫材料被點燃,就會在其附存的狹窄空腔内借助抽煙助燃效應,對建築外圍護結構,包括建築門窗産生毀滅性的破壞,進而影響到建築物室内的安全。為了解決高層建築發展和節能要求提高帶來的消防安全問題,國家标準GB50016-2014《建築設計防火規範》對建築外牆上的建築門窗,首次提出了耐火完整性要求。

建築門窗作為建築物重要的外圍護結構,在實現建築物美觀、環保、節能、安全等諸多方面起到非常重要的作用。可以說,建築物功能要求不斷提升的過程,就是建築門窗的發展過程。為了滿足人們對建築物舒适度、健康度和安全度指标日益提升的需求,建築門窗在提高已有的各項性能要求的基礎上,也在不斷完善和發展新的性能要求。近年來,多起因建築外門窗不具備防火性能而導緻的災難性火災事故,引起了國家和社會對建築門窗耐火性能的重視。建築外門、外窗作為建築物内部與外界大氣連通的主要通道,其耐火完整性性能的優劣,直接影響着火災發生後發展和蔓延的規模。

但是,目前我國在建築外門外窗耐火性能方面的政策性文件不是很完善,相關規範标準也不健全,導緻在實際生産和經營活動中,不同部門對建築門窗耐火完整性要求的理解不盡相同,出現很多的分歧。鑒于此,本文針對目前對建築門窗耐火完整性要求争論的熱點問題,分别從具備耐火完整性要求的建築門窗的标準規範解釋、與防火門窗的區别、檢測技術和工程驗收等方面,進行闡述和梳理,旨在解決目前行業内外普遍存在的困惑,為建築門窗行業的正軌運行與有序發展提高參考。

2、标準規範相關條文解析

建築門窗耐火完整性要求,首次由2015年5月1日實施的國家标準GB50016-2014《建築設計防火規範》提出。為了響應規範的要求,随後實施的國家标準GB/T 31433-2015《建築幕牆、門窗通用技術條件》中,規定了建築門窗耐火完整性不應低于0.5 h[2],也自此将耐火完整性作為建築門窗的一項基本性能,納入到建築門窗标準體系中。目前正在編制中的國家标準GB/T 8478-20XX《鋁合金門窗》,也将耐火完整性作為鋁合金門窗的一個基本性能,提出了具體要求。

公安部消防局法規标準處副處長沈紋,對GB50016-2014《建築設計防火規範》的出台背景、重要意義及主要内容進行了詳細解讀。他指出,新規範目的之一旨在解決國内超高層建築發展越來越迅猛,高度越來越高,發生火災時過度依靠外部救援的問題,着重加強了建築自身防禦火災技術措施的規定。規範中,對建築門窗提出了以下具體要求[1]:

2.1規範第5.5.32條中,要求建築高度大于54m的住宅建築,在每戶設置的避難間,其内門應采用乙級防火門,其外窗的耐火完整性不宜低于1.00h。

此條編制的初衷,是設置一間安全條件更高的房間,并保證其在一定時間内,處于相對安全的環境中,為逃生和救援留出時間。基于這個考慮,設置在房間内牆中的乙級防火門,可以抵擋室内火的侵入,既可以滿足耐火完整性要求,又具備一定的隔熱能力。而室外側發生火災時,需要設置在外牆上的外窗具備抵禦室外火侵入的能力,考慮到人員不必留在避難間内,故而隻提出了耐火完整性要求,而未提出隔熱性要求。基于以上分析,該處配置的建築外窗,設計時應該考慮抵抗室外火的能力。

2.2規範第6.2.5條指出,對于建築外牆上、下層外窗之間設置防火玻璃牆的,其外窗的耐火完整性在高層建築和多層建築中分别不應低于1.00h和0.50h。

目前,建築中采用落地窗,或者上、下層之間不設置實體牆而用防火玻璃牆的現象比較普遍。即使設置的防火玻璃牆滿足防火要求,如果配套使用的建築外窗不具備耐火完整性,一旦發生火災,無論室内側還是室外側,都會導緻火災突破外窗而在水平和豎直方向上蔓延。因此,此條規定的目的,是為了防止層間竄火,控制火勢的發展和蔓延。該處配置的建築外窗,耐火完整性設計時,既要考慮室外火的侵入,也要能夠阻止室内火的突破。

2.3 規範第6.7.7條要求,當建築的外牆外保溫系統采用燃燒性能為B1、B2級的保溫材料時,除了采用B1級保溫材料且建築高度不大于24m的公共建築或采用B1級保溫材料且建築高度不大于27m的住宅建築外,建築外牆上門、窗的耐火完整性不應低于0.50h。

近些年,為了提高建築物整體節能水平,建築外牆外保溫系統被大量廣泛地使用。一旦高層建築工程中采用的保溫材料耐火等級不達标,就會為整個建築的消防安全留下隐患。高層建築火災的主要特點是煙囪效應(詞條“煙囪效應”由行業大百科提供)強,極易向上迅速蔓延,瞬間形成立體火災,甚至跳躍式發展。同時,在建築外部風力的作用下,在水平方向上也會瞬間蔓延到其他部位。考慮到建築物室外側縱向立體火災的危害性,減少室外火發展和蔓延造成的損失,建築外門外窗應能夠抵擋室外火的侵入,保證受波及房間的安全。此外,規範中對建築外門提出0.5 h的完整性要求,也證明該處提及的建築門窗為普通門窗,因為我國不允許使用耐火完整性0.5 h的防火門産品。

3、耐火建築門窗與防火門窗的區别

建築外門窗,作為建築物的重要組成部分,屬于建築外圍護結構構件。建築物為了實現最基本的通風和采光功能,在建築外牆上設置建築門窗。同時,為了健康舒适和安全耐久的需要,不斷改善建築門窗的其他性能,比如氣密水密抗風壓性能、反複啟閉性能和節能性能等。目前,為了滿足整體建築的消防設計目标,又提出了耐火完整性要求,對建築外窗的性能做了一次擴充和提升。毫無質疑地,耐火完整性要求的提出,應以不降低建築外窗其他性能指标為前提。如果說為了關注安裝在建築外牆上門窗的耐火完整性,而忽略或降低建築門窗其他性能指标的要求,則不符合新規範的編制初衷。

具備耐火完整性的建築外門窗,很多人認為就是沒有隔熱性能要求的防火門窗,這是完全不正确的認識。首先,兩者的主要使用功能不同。非隔熱型防火門窗重點強調的是其防火功能,而對其物理性能要求很少,或者不做要求。防火窗隻要求氣密性(詞條“氣密性”由行業大百科提供)能和抗風壓性能,而防火門基本上沒有要求。具有耐火完整性的建築外門窗首先應保證的是其物理力學性能,例如适用性和節能性,而耐火完整性則屬于建築門窗衆多安全性要求其中的一個指标。其次,兩者的主要制作材料不同。雖然都需要使用防火玻璃,但是防火門窗通常選用熔點高的鋼型材(詞條“鋼型材”由行業大百科提供)做為框架,也因此導緻節能性能比較差,不适合做建築外門窗使用。而建築外門窗一般多選用斷熱鋁合金型材和PVC内襯型鋼等節能效果好的材料作為框架。但因這些型材的熔點較低,故不能用于防火門窗。再有,兩者的啟閉控制方式有所不同。具備開啟功能的防火窗,除了正常啟閉操作外,要求額外配備窗扇啟閉控制裝置,以滿足受火條件下的自動關閉功能;防火門通常額外配備防火閉門器或自動閉門裝置。而建築外窗隻需安裝手動操作的五金(詞條“五金”由行業大百科提供)啟閉裝置,無須具備受火條件下門窗扇自動關閉的功能。

以上分析可見,即使建築外門窗需要具備耐火完整性要求,也不應該按非隔熱型防火門窗對待,而應該歸類為非消防類産品。其耐火完整性性能指标的設計思路、檢測技術和驗收方式,應該和建築門窗應該具備的其他各項物理力學性能指标相互協調,綜合考慮。

4、檢測技術的解析

目前,我國建築外門和外窗耐火完整性檢測技術,按照GB50016-2014《建築設計防火規範》的要求,分别采用的是GB/T 7633-2008 《門和卷簾的耐火試驗方法》和GB/T 12513-2006《鑲玻璃構件(詞條“構件”由行業大百科提供)耐火試驗方法》中規定的檢測條件和判定規則[3][4]。這兩個标準中規定的試驗方法也分别是GB 12955-2008《防火門》和GB 16809-2008《防火窗》産品标準中用于衡量防火門、防火窗耐火性能的測試方法[5][6]。雖說防火門窗的耐火性能測試技術發展多年,如今應用到建築外門外窗上,有很多規定條款需要論證,其中最關鍵的一項就是标準升溫曲線的選擇。

我們知道,建築火災強度受很多因素控制,比如燃燒材料,通風條件,受火房間大小等等。因此,規定統一的受火條件的實質,是提供一個能合理代表火災發生條件的标準試驗環境,在該試驗環境下,可以比較不同構件的耐火性能,并進行等級劃分[7]。标準耐火試驗環境不一定代表實際火災發生的情況,也不一定表明建築門窗在标準耐火試驗條件下的耐火性能就是其在真實火災中的耐火性能。

現有的試驗方法标準中,包括國内外标準[8][9][10][11][12],都是依據或參考BS 476-20:1987發展而來,選用室内側火災條件下的溫度曲線,模拟富氧狀态下受限空間發生的火災環境。因此,依據該溫度曲線進行的試驗,考查的是室内側建築構件的耐火性能。但是,在實際情況下,遭受室外火侵襲的建築門窗,因室外火災存在大量的熱量擴散現象,受火條件不如其在室内側受火條件嚴酷。因此,設計為室外側受火的建築門窗耐火性能測試,應該給出較低水平的受火條件,采用室外火災升溫曲線評價其耐火性能。

室内和室外火災升溫曲線分别由公式1[13]和公式2[14]給出,對應的溫度曲線及對比見圖1所示。


圖1 室内和室外火升溫曲線圖

根據圖1中兩條不同的升溫曲線的比較可知,采用室内火和室外火測試條件下,建築門窗需要承受的溫度差别很大。在試驗持續到30分鐘時,室内火條件下的溫度達到841℃,高于室外火條件下的溫度約160℃;在試驗持續到60分鐘時,室外火溫度已經穩定在680℃,而室内火溫度則達到了945℃,兩者之差約265℃。

由于建築門窗用框架型材的熔點通常較低,在耐火性能測試中,升溫曲線的選擇至關重要,也直接影響到耐火完整性測試結果。根據本文之前對國家标準GB 50016-2014《建築設計防火規範》相關條款的分析,滿足耐火完整性要求的建築門窗,即有室内側受火條件,也存在室外側受火條件。因此,在耐火性能測試中,應該根據産品實際的設計要求,選擇不同的升溫曲線進行測試,以提供更加科學合理的測試環境,為建築門窗具備的耐火完整性水平作出客觀的評價。

除了受火條件的選擇外,如何對具有耐火完整性要求的建築門窗整體性能作出綜合的測試評價,也是一個需要考慮的問題。我們知道,普通的建築門窗不做防火性能設計,而隻關注物理力學性能指标的水平。如今,增加了耐火完整性要求的建築門窗,除非放棄現有的各類框架材料,否則不進行框架結構(詞條“框架結構”由行業大百科提供)改造,根本無法實現防火要求。而根據目前的研究發現,在對建築門窗結構改造以實現耐火完整性指标的同時,不可避免地會犧牲部分的節能性能。因此,建築門窗這兩個重要的性能指标如何協調,也是在建築門窗進行耐火測試技術研究中需要關注的問題。

5、耐火建築門窗的驗收

對具有耐火完整性建築門窗的驗收,是困擾目前衆多門窗企業的一個環節。即使通過不懈努力開發出了滿足國家标準GB 50016-2014《建築設計防火規範》要求的門窗産品,選擇怎樣的檢測機構檢測,以及提供怎樣的驗收證明材料,目前整個行業,包括各個地方政府部門和協會,也都還沒有一個共識。這樣的局面,導緻各地在實際工程驗收中,存在非常混亂的局面,嚴重影響了耐火完整性建築門窗的發展和推廣。

公安部消防産品合格評定中心《關于進一步推動消防産品強制性認證工作的通知》公消評[2015]31号文件中,轉發國家質量監督檢驗檢疫總局、公安部、國家認證認可監督管理委員會《關于部分消防産品實施強制性産品認證的公告》(2014年第12号公告)中,明确規定了實行強制性産品認證的消防産品目錄中,包括隔熱型防火門,隔熱型防火窗,隔熱型防火玻璃。在出廠銷售和經營活動中使用時,須獲得公安部消防産品合格評定中心頒發的強制性産品認證證書。而對于非強制性認證的消防産品,比如非隔熱型防火門窗,則需要由公安部消防産品合格評定中心指定的檢驗機構進行型式認可或強制檢驗。

但是,具有耐火完整性要求的建築門窗,既不屬于隔熱型防火門窗,也不屬于非隔熱型防火門窗。耐火建築門窗隻是屬于具有防火性能要求的建築構件,而不屬于消防産品。依據《建設工程消防監督管理規定》(公安部令第106号)第二十一條規定,消防産品和非消防産品在驗收時,提供的資料是不同的。對于具有防火性能要求的建築構件,建設單位申請消防驗收時,應提供符合國家标準或者行業标準的證明文件、出廠合格證。其中,證明文件為法定認可的檢驗機構提供的産品型式檢驗報告。

6、總結

本文針對國家标準GB 50016-2014《建築設計防火規範》中關于耐火建築門窗的要求,針對行業内外關注的一些問題進行了解釋和分析,總結如下:

6.1 設置在避難間的建築外窗,目的在于承受室外火的侵襲,而不是用于防止室内火的突破,因此在耐火性能設計和受火條件選擇時,應該考慮室外側受火的條件。

6.2 設置在無實體牆的上下層的建築外窗,是為了阻止火災通過窗口部位層間竄襲,既包括室内火,也包括室外火。因此,該處設置的建築外窗,設計時應考慮室内外雙向耐火性能,并按不同受火面選擇相應的受火條件進行測試。

6.3 對于使用外牆外保溫系統的高層建築,當對建築門窗的耐火能力有要求時,應該考慮建築門窗抵抗室外火侵襲的能力和水平。同時,耐火性能測試中,應該選擇室外火的受火條件。

6.4 建築門窗耐火完整性測試,不應該統一使用标準火災升溫曲線作為受火條件,而應根據設計要求選擇不同的火災升溫曲線。

6.5 具備耐火完整性的建築門窗,是在其滿足物理力學性能要求的前提下,又具備标準要求的耐火性能。因此,建築門窗的耐火性能設計思路和測試技術,不能脫離對其他性能的考慮,尤其是彼此沖突的節能性能,而應該進行門窗整體性能的綜合考慮。

6.6耐火建築門窗,屬于具有防火性能的建築構件,不屬于消防産品。因此,其驗收方式和性能檢驗,應符合具有防火性能要求的建築構件的規定,而不應該依據消防産品的規定。

參考文獻

[1]GB 50016-2014《建築設計防火規範》

[2]GB/T 31433-2015《建築幕牆、門窗通用技術條件》

[3]GB/T 7633-2008 《門和卷簾的耐火試驗方法》

[4]GB/T 12513-2006《鑲玻璃構件耐火試驗方法》

[5]GB 12955-2008《防火門》

[6]GB 16809-2008《防火窗》

[7]GB/T 9978.3-2008《建築構件耐火試驗方法 第3部分:試驗方法和試驗數據應用注釋》

[8]BS EN 1363-1-1999‘Fire resistance tests Part1 General requirements’

[9]ISO 834-1-1999‘Fire resistance test Elements of building construction Part 1 General requirements’

[10]AS 1530.4-2005‘Methods for fire tests on building materials, components and structures Part 4 Fire-resistance test of elements of construction’

[11]ASTM-E119-00‘Standard test methods for fire tests of building construction and materials’

[12]GB/T 9978.1-2008《建築構件耐火試驗方法 第1部分:通用要求》

[13]BS 476-20:1987‘Fire test on building materials and structures-part 20:Method for determination of the fire resistance of elements of construction-general principles’

[14]GB/T 26784-2011《建築構件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》