铝合金耐火窗的研究及应用

2023-04-17

铝合金耐火窗的研究及应用

来源：幕墙世界Weekly 作者：北京江河幕墙系统工程有限公司郭春雨

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【摘要】本文介绍了《建筑设计防火规范》GB50016-2014关于耐火窗的规定，分析了耐火窗的特点、关键材料及做法等，以及铝合金耐火窗在实际工程中的应用。

【关键词】耐火窗、耐火完整性、防火关键材料、铝合金耐火窗、应用

引言：近年来各地不断发生的火灾造成了巨大损失，教训深刻。2010年11月15日上海市静安区胶州路教师公寓大楼火灾，造成58人死亡，70余人受伤送医。2011年2月3日沈阳皇朝万鑫酒店火灾，B座公寓楼基本完全烧光，只剩下主体框架，火势并一度延烧至A座顶层。2014年4月21日大连星海广场附近的一座高层公寓起火，楼体南侧3层至34层外墙基本烧毁……

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图为上海市静安区胶州路教师公寓大楼火灾

随着我国建筑业的快速发展，居住建筑、物流产业园、商业综合体、综合医院等建筑广泛使用外墙保温材料。由于保温系统火灾事故造成了惨痛的教训，原有的建筑设计防火规范已不适应市场需要和国家的政策要求,国家相关部门在《建筑设计防火规范》GB50016-2006和《高层民用建筑设计防火规范》GB50016-95(2005版)的基础上，整合修订了具有里程碑意义的防火规范《建筑设计防火规范》GB50016-2014（以下简称《建规》）,并于2015年5月1日起实施。《建规》对不同类型、不同高度建筑保温材料的燃烧性能提出了明确严格的要求，严禁使用易燃保温材料，限制使用可燃、难燃保温材料，大力推广不燃保温材料，并对建筑外窗的耐火完整性做出了严格的规定。《建规》对于提升预防和减少火灾事故意义重大。

1 耐火窗简介

目前耐火窗在我国的国标体系中并无明确的定义。耐火窗是随着《建规》的实施逐步投入使用的新型产品。门窗行业为了与防火窗区分开，取名为“耐火窗”。耐火窗是既满足全部建筑性能要求（抗风压、气密、水密、节能等），且满足耐火完整性要求的窗。（注：有的厂家为了满足消防认证要求，取名为“其他材质非隔热防火窗”）。窗框可用铝合金、塑钢、玻璃钢、铝木复合、钢质及阻燃木质等。本文主要就铝合金耐火窗进行阐述。

耐火窗和防火窗的区别如下表：

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2 关于铝合金耐火窗的规范规定

2.1目前关于耐火窗的相关规范主要包括以下内容：

《建筑设计防火规范》GB50016-2014 《建筑幕墙、门窗通用技术条件》GB/T31433-2015 《镶玻璃构件耐火试验方法》GB/T12513-2006 《铝合金耐火节能门窗应用技术规程》DB37/T5138-2019 《住宅设计标准》DGJ/J26-2017

2.2其中《建规》中涉及耐火窗的规定主要涉及四个部分:

5.3.6 “步行街两侧建筑的商铺，其面向步行街一侧的围护构件的耐火极限不应低于1.00h，并宜采用实体墙，其门、窗应采用乙级防火门、窗；当采用防火玻璃墙(包括门、窗)时，其耐火隔热性和耐火完整性不应低于1.00h；当采用耐火完整性不低于1.00h的非隔热性防火玻璃墙(包括门、窗)时，应设置闭式自动喷水灭火系统进行保护。”

该条文主要是针对餐饮、商店等商业设施通过有顶棚的步行街连接，且步行街两侧的建筑需利用步行街进行安全疏散时，应该符合的规定。简单来说就是临街的一面有窗户时，需要耐火窗，有门时需要防火门，有玻璃墙时需要防火玻璃。

5.5.32 建筑高度大于54m的住宅建筑，每户应有一间房间符合下列规定：

（1）应靠外墙设置，并应设置可开启外窗；

（2）内、外墙体的耐火极限不应低于1.00h，该房间的门宜采用乙级防火门，外窗的耐火完整性不宜低于1.00h。

说明：这是该建规涉及到耐火窗的最核心部分，也是设计院、甲方、供应商以及验收部门最关注的部分，该条文明确了耐火窗的使用条件（不低于54m的住宅建筑）、使用数量（不低于一个房间）、使用部位（靠近外墙设置可开启外窗），耐火时间（耐火完整性不宜低于1.00h）等主要的要求。

6.2.5 除本规范另有规定外，建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.2m的实体墙或挑出宽度不小于1.0m、长度不小于开口宽度的防火挑檐；当室内设置自动喷水灭火系统时，上、下层开口之间的实体墙高度不应小于0.8m。当上、下层开口之间设置实体墙确有困难时，可设置防火玻璃墙，但高层建筑的防火玻璃墙的耐火完整性不应低于1.00h，多层建筑的防火玻璃墙的耐火完整性不应低于0.50h。外窗的耐火完整性不应低于防火玻璃墙的耐火完整性要求。

6.7.7 除本规范第6.7.3条规定的情况外，当建筑的外墙外保温系统按本节规定采用燃烧性能为B1、B2级的保温材料时，应符合下列规定：

除采用B1级保温材料且建筑高度不大于24m的公共建筑或采用B1级保温材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外，建筑外墙上门、窗的耐火完整性不应低于0.50h。

备注：耐火完整性是耐火窗的一个重要量化指标，它是指门窗在某一面受火时，在一定时间内阻止火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力。目前分为0.5小时和1小时两个等级。耐火完整性检测方法目前采用的是《镶玻璃构件耐火试验方法》GB/T12513-2006。

2.3规范中关于耐火窗自动关闭功能的规定。

目前国标《建规》对于耐火窗的自动关闭功能无明确强制性规定。但部分省份的地标对于此功能有要求。如山东省地标和江苏省地标：《铝合金耐火节能门窗应用技术规程》DB37/T5138-2019、《住宅设计标准》DGJ/J26-2017。随着国家对耐火窗要求的提高，将逐步实现耐火窗安装自闭系统。

说明：自闭功能是指耐火窗设置具有热敏感元件的自动闭窗器，确保发生火情时触发热敏感元件，窗在规定时间内自动关闭锁紧，防止火苗进入室内。根据检测要求，热敏感元件在（64±0.5）度的温度下5min内不应动作，在（74±0.5）度的温度内1min内应能动作。活动窗扇自动关闭时间不应大于1min,最大限度防止发生火情时屋内无人不能及时关闭耐火窗的问题。

3 铝合金耐火窗的关键材料

3.1防火玻璃

防火玻璃按结构可分为单片防火玻璃和复合防火玻璃。按耐火性能分为隔热型（A类）和非隔热型（C类）防火玻璃。防火玻璃按耐火极限可分为5个等级：0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、3.0h。

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综合考虑铝合金耐火窗的耐火完整性要求，建筑节能要求，建筑采光、遮阳与隔音等要求，一般采用节能防火中空玻璃结构。大致分为三个功能层：外层隔热防护玻璃、中间层和内层防火玻璃。外层隔热防护玻璃：处于玻璃最外层，一般采用LOW-E膜满足热工要求，可采用单银LOW-E或双银LOW-E膜。中间层：一般为干燥的空气。为达到更好的热工性能，可选择冲氩气等惰性气体。内层防火玻璃：考虑到外窗防火要求，一般将防火玻璃设置在室内面。当建筑发生火灾时，内层防火玻璃保持耐火完整性，保护建筑室内人员和财产安全。

3.2 铝合金窗框

铝合金的熔点一般在550~650度。火灾发生时，铝合金框很快开始软化变形。铝料一般在300度左右即失去承载能力，并发生不可接受的变形而无法使用。因此需要通过填充阻燃材料、增加支撑、加固等方式提高铝框的耐火完整性能。

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（1）第一种方式是采用型材腔内置钢衬。将加工好的钢衬穿入型材腔中，在框架的角部增加角码，通过螺钉将型材、钢衬及角码连接成整体。这样即使隔热条和型材表面完全熔化，穿入型材内的钢衬依然能保持原有状态，托住玻璃，保证玻璃不会坍塌，保持窗体系的耐火完整性。这种方式的缺点是操作不方便，加工效率较低。

（2）第二种方式是在型材腔内填充吸热型防火灌注料。防火灌注料为A1级粉末状固体，加水搅拌后注入型材内部固化，形成内框架。当发生火灾时通过大量吸热降低形成升温速度，阻隔热量传递，提高窗体系统的机械强度。缺点是腔体狭长，人工灌注难度大，对操作工人熟练度和责任心要求高，是否灌注饱满不方便检查；另外，市场上大多数灌注料存在腐蚀型材的情况。

（3）第三种方式是在型材腔内穿入耐火膨胀条。耐火膨胀条采用可膨胀石墨基材配置粘合剂材料制成，初始膨胀温度约180度，不需明火，膨胀倍数可达10~30倍，形成稳定的隔热碳层。因此做法简单，目前这种方式市场上较为普遍。

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3.3 密封胶条及五金件

（1）铝合金耐火窗的密封胶条应采用阻燃型三元乙丙胶条，同时结合防火膨胀条对各部件连接部位进行密封。阻燃型三元乙丙胶条加入了防火复合料和阻燃复合料，形成具有密封盒阻燃特性的密封胶条。密封位置如采用密封胶替代，密封胶需采用防火耐候硅酮密封胶，以保证窗的耐火完整性。

（2）铝合金窗的五金件，包括铰链、传动器、执手、锁块等，可采用铸钢、不锈钢等材质，可保证在规定时间内不会熔融、变形。

4 铝合金耐火窗的应用

某工程为回迁房项目，采用B1级保温材料，按《建规》要求应采用耐火完整性不低于0.50h的耐火窗。现以江河W60系列隔热内开窗为例，对建筑外窗的耐火完整性的技术改进提供一个解决方案。

4.1防火设计

如图1所示，节点为固定扇位置的做法。玻璃采用6+12A+6中空玻璃，其中内片玻璃为铯钾玻璃。在迎火面与玻璃平行位置设置耐火膨胀条，15倍膨胀系数。其中隔热腔内的膨胀条为穿入，隔热条侧面及型材上的膨胀条为带单面贴可粘接的。密封胶条为阻燃型三元乙丙胶条，与玻璃、膨胀条一起组成一道防火密封线。隔热条前后的型材通过连接钢片连接，增加型材承载力，控制变形，同时外侧型材熔化后钢片起到固定玻璃的作用，防止玻璃坍塌，失去耐火完整性。

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图1

如图2所示，节点为开启扇位置的做法。面材选用采用6+12A+6中空玻璃，其中内片玻璃为铯钾玻璃。框料和扇料分别需要连接钢片将隔热条前后部分连接。合页位于背火面。其他构造与固定扇位置相同。

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图2

4.2 耐火完整性试验

样窗试验试件是采用垂直炉进行的（见附图），试验时间在25分之前炉内温度上升非常明显，25分钟之后温度平稳上升。试验过程中，迎火面玻璃非防火玻璃在3分钟之后即开始破碎，直到试验结束主要依靠内片防火玻璃起作用。在顺利满足30分钟耐火完整性之后，我们进行了破坏性试验，烧至40分钟背火面出现明火，试验结束。从照片中可以看出，迎火面型材大部分已经烧毁，中梃严重变形，膨胀条已膨胀并发挥作用。背火面型材完好，有轻微变形。

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