型材、玻璃、硅胶、五金、胶条……耐火窗材料的设计与选择

背景介绍

建筑门窗作为建筑物重要的外围护结构，在实现建筑物美观、环保、节能、安全等诸多方面起到非常重要的作用。比如前些年在建筑节能和绿色建筑的可持续发展要求推动下，建筑门窗的节能功能被人们广泛重视，并制定和颁布了一系列节能门窗的标准，用于指导节能门窗的设计生产。可以说，建筑物功能要求不断提升的过程，就是建筑门窗的发展过程。为了满足人们对建筑物舒适度、健康度和安全度指标日益提升的需求，建筑门窗在提高已有的各项性能要求的基础上，也在不断完善和发展新的性能要求。

节能门窗不具备耐火性能，是目前高层建筑防火技术研究中必须面对的一个现实。近年来，多起因建筑外门窗不具备防火性能而导致的灾难性火灾事故频频发生，例如2010 年11 月15 日上海静安区胶州路居民楼火灾，2011 年 2 月 3 日沈阳皇朝万鑫酒店火灾，2014 年4 月 21 日大连星海广场公寓火灾，以及 2017 年 6 月14 日伦敦格伦费尔塔公寓大楼火灾等。为此，公安部组织编制了 GB 50016-2014《建筑设计防火规范》，对特殊使用部位的建筑外门窗的耐火完整性提出了具体要求。由于传统意义上的防火门和防火窗不具备建筑外门窗的相关物理性能，尤其是保温性能，因此不能作为建筑外围护结构的功能使用。

节能门窗分类

通常而言，建筑外门窗由玻璃面板、框架型材、五金配件、密封胶条，以及其他辅助配件等组成，如图1 所示。在节能门窗的工程设计过程中，依据不同地区不同使用部位，首先对组成门窗的各个材料元素进行选取，以实现所需要的功能和性能指标。对于耐火节能门窗而言，由于普通节能窗用材料，部分不能满足耐火完整性的要求，所以其组成材料也相应有所同。表1 中列出了按使用的框架型材种类区分，目前可以用于耐火节能门窗的类型。

耐火节能门窗用材料

2.1 型材

2.1.1 铝合金型材

铝合金型材如图 2 所示。铝合金为热的良导体，其导热系数为160 W/(m·K)，属于构成门窗型材材料中导热系数最高的，且导热率随温度的升高而上升。工业用铝合金的熔点约620～650 ℃，在火灾中火场温度通常远高于铝的熔点。但是铝合金型材一般在300 ℃ 左右即失去承载能力，并发生不可接受的变形而无法使用。从已有火灾案例来看，建筑门窗铝合金型材的破坏多为在高温下严重变形而无法使用，完全烧熔的现象相对少见。