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冷彎鋼質(zhì)防火門(mén)窗
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提要:本文介紹了冷彎鋼質(zhì)防火門(mén)窗的冷彎生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，并對(duì)其強(qiáng)度、以及和防火玻璃配合后的整體防火性能、節(jié)能性逐一進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞:鋼質(zhì)門(mén)窗 防火門(mén)窗 冷彎 防火玻璃 強(qiáng)度 節(jié)能 |
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本文作者：邱速希 林培浩 肖堅(jiān)偉
1 前言
玻璃被作為建筑材料,多用于門(mén)、窗、采光帶、玻璃幕墻等建筑結(jié)構(gòu)，近年來(lái)隨著玻璃性能的不斷改善, 越來(lái)越多的建筑師和結(jié)構(gòu)工程師在工程中利用玻璃來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物更亮、更輕、更美的高科技效果,增強(qiáng)城市的現(xiàn)代化氣息。玻璃在力學(xué)性能上有點(diǎn)像混凝土, 耐腐蝕性能很強(qiáng)，是一種脆性材料,抗壓性能好、抗拉性能差,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為線性,彈性模量在70~73GPa 之間,約為鋼材彈性模量的三分之一。玻璃的強(qiáng)重比要優(yōu)于普通鋼材,同時(shí),玻璃的熱膨脹系數(shù)為 9×106,與鋼材相近,這使得鋼材和玻璃能夠用于同一結(jié)構(gòu),發(fā)揮各自特長(zhǎng)， 目前隨著特種玻璃生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，大量高強(qiáng)、防火的特種玻璃應(yīng)用到建筑外墻門(mén)窗中，不但要起到玻璃的裝飾作用，還要起到防火的作用，這就對(duì)其承載的金屬框架提出了更高的要求。為配合特種玻璃性能特點(diǎn)，一般要求金屬框架具有高強(qiáng)、防火、材質(zhì)輕易加工等性能指標(biāo)。而且隨著建筑門(mén)窗越來(lái)越大，對(duì)建筑門(mén)窗的結(jié)構(gòu)形式也提出了更高的要求。綜上所述，大多數(shù)鋁合金和塑鋼框架已經(jīng)無(wú)法滿足特種玻璃的使用要求，鋼質(zhì)防火金屬門(mén)窗是此類應(yīng)用的最佳選擇。
鋼質(zhì)防火門(mén)窗是一種薄壁、截面面積大、形狀復(fù)雜的空腹結(jié)構(gòu)，這種鋼結(jié)構(gòu)特別適合采用連續(xù)冷彎生產(chǎn)。所謂冷彎成形技術(shù)是一種節(jié)省材料、節(jié)約能源、高效率的金屬成型工藝，它通過(guò)順序配置的多道次成型軋輥，把板材連續(xù)地橫向彎曲，能夠加工出力學(xué)性能好、表面質(zhì)量高、尺寸精確的高附加值產(chǎn)品，該生產(chǎn)多為在室溫下成型，很方便與沖、鉚、焊等工藝相結(jié)合，形成多工藝組合生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)精密生產(chǎn)目的。
二十世紀(jì)八十年代前，鋼質(zhì)門(mén)窗在我國(guó)金屬門(mén)窗中盛行一時(shí)[1]，隨著國(guó)家對(duì)建筑防火，特別是高層建筑防火的重視，以及《高層民用建筑防火規(guī)范》對(duì)建筑防火設(shè)計(jì)的要求，可以想象，具有防火性能、強(qiáng)度高、產(chǎn)品精密的鋼質(zhì)防火門(mén)窗將再次得過(guò)廣泛的應(yīng)用。
2 冷彎成型特點(diǎn)
國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的鋼質(zhì)防火門(mén)窗由于受技術(shù)和設(shè)備的限制，一般均采用多個(gè)部件分別進(jìn)行冷軋后再焊接而成，加工生產(chǎn)方式的鋼框架一個(gè)明顯的弊端是框架的生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)多個(gè)人工步驟，產(chǎn)品由于焊接熱變形后精度不高，并且難以加工生產(chǎn)復(fù)雜斷面的門(mén)窗型材。
冷彎型鋼一般是以熱軋或冷軋鋼作原材料，在常溫狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)拉拔、沖壓、折彎或輥式彎曲成型機(jī)組加工而成。其成品生產(chǎn)工藝包括：冷彎材料準(zhǔn)備、開(kāi)卷工藝、矯平工藝、成型工藝、焊接工藝、切斷收集工藝等。通過(guò)成熟的冷彎成型基礎(chǔ)理論支持下，利用CAD/CAM對(duì)鋼質(zhì)防火門(mén)窗進(jìn)行產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)以及冷彎設(shè)備的輥型設(shè)計(jì)，生產(chǎn)出的鋼質(zhì)防火型材具有產(chǎn)品外觀精度高、斷面尺寸精度高、機(jī)械性能良好、重量輕等特點(diǎn)。
3 鋼質(zhì)防火門(mén)窗防火性能
對(duì)于建筑防火幕墻、防火隔斷或防火門(mén)窗，構(gòu)件防火均為一個(gè)系統(tǒng)，防火玻璃在沒(méi)有支持框架或支持結(jié)構(gòu)防火性能差，將會(huì)由于失去支持后在重力的作用下自行脫落，構(gòu)件整體將喪失防火性能。《防火玻璃框架系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定防火檢測(cè)試件的材質(zhì)、構(gòu)造、安裝施工方法應(yīng)與實(shí)際工程相同，其尺寸也應(yīng)為實(shí)際工程使用的防火玻璃板塊最大尺寸[4]，這個(gè)規(guī)定也明顯的表明，防火構(gòu)件應(yīng)當(dāng)是作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和應(yīng)用。
鋼質(zhì)防火門(mén)窗采用優(yōu)質(zhì)的冷軋鋼材作為原材料，其熔點(diǎn)接近1500℃，不僅其熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金的650℃，并且通過(guò)其空腹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低門(mén)窗框架吸熱速度，進(jìn)一步提高其防火時(shí)間，使得鋼質(zhì)防火門(mén)窗防火性能與防火玻璃防火性能更加配套，充分發(fā)揮防火門(mén)窗整體防火性能。
圖2和圖3分別為鋼質(zhì)防火框架配合防火玻璃以及鋁合金門(mén)框配合防火玻璃根據(jù)根據(jù)《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)防火》[5]進(jìn)行測(cè)試，鋼質(zhì)防火門(mén)窗在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下60min后依然保存完好，鋁合金門(mén)窗在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件進(jìn)行15min后，鋁合金窗框開(kāi)始熔化脫落，并在18min后完成脫落，防火玻璃失去支撐，門(mén)窗系統(tǒng)失去防火隔煙霧功能。
4 鋼質(zhì)防火門(mén)窗強(qiáng)度
傳統(tǒng)認(rèn)為鋼門(mén)窗的結(jié)構(gòu)截面小，強(qiáng)度低，實(shí)際上，鋼型材的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于目前廣泛應(yīng)用的鋁合金，以門(mén)窗的主受力構(gòu)件中立挺為例，在中立挺的抗風(fēng)壓強(qiáng)度計(jì)算中，經(jīng)常采用以下材料力學(xué)公式：
鋼材的許用應(yīng)力是[σ]=210；鋁合金的許用應(yīng)力是[σ]=70，正好是三倍之差。由于[σ]與Iz呈線性關(guān)系， 當(dāng)作用于主受力構(gòu)件上的彎矩一定，使用鋼質(zhì)型材時(shí)，截面的主慣性矩僅需鋁合金型材的三分之一即可。從圖4可以看出，鋁型材的厚度需要達(dá)到鋼質(zhì)型材的3倍才能承受相同的荷載。
5、鋼質(zhì)防火門(mén)窗節(jié)能性
在確保鋼質(zhì)防火門(mén)窗防火性能的情況下，利用美國(guó)勞倫斯－貝克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（lbl）的門(mén)窗計(jì)算軟件thermal和windows或廣東省建筑科學(xué)研究院的建筑幕墻門(mén)窗熱工性能計(jì)算軟件對(duì)鋼質(zhì)防火門(mén)窗的斷面、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分提高鋼質(zhì)防火門(mén)窗的建筑節(jié)能性，使其優(yōu)于鋁合金門(mén)窗，并達(dá)到或接近斷熱鋁合金門(mén)窗一樣的節(jié)能性。
對(duì)一個(gè)尺寸為2000mm×1600mm的鋼質(zhì)防火門(mén)窗（如圖5）根據(jù)建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法[6]進(jìn)行節(jié)能分析，其結(jié)果如下：
6、密封性能
經(jīng)過(guò)精密設(shè)計(jì)并采用冷彎成型的鋼質(zhì)防火門(mén)窗，其產(chǎn)品精密度高、平整度好，配合專用的防火密封材料，利用精湛的門(mén)窗組裝技術(shù)，產(chǎn)品具有良好的水密性和氣密性。
多點(diǎn)鎖以及為安裝防火多點(diǎn)鎖而設(shè)計(jì)的鎖槽和雙重密封膠條有效的解決了鋼質(zhì)防火門(mén)窗的密封性問(wèn)題。
7、結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)行《高層民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》中的考慮800mm高[7]的防火窗檻墻所考慮的是建筑內(nèi)部火災(zāi)，2009年央視火災(zāi)和2010年上海膠州路事件表明，建筑防火不僅應(yīng)該關(guān)注于建筑內(nèi)部火災(zāi)，并且也應(yīng)該重視建筑外部火災(zāi)，因此相信未來(lái)隨著對(duì)外部火災(zāi)的重視，具有良好防火性能的鋼質(zhì)防火門(mén)窗將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，另一方面，隨著鋼質(zhì)防火門(mén)窗冷彎生產(chǎn)技術(shù)的成熟和門(mén)窗設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷優(yōu)化，鋼質(zhì)方面門(mén)窗也具有良好的隔熱性能和密封性能，完全能達(dá)到鋁合金、塑鋼門(mén)窗的性能，從經(jīng)濟(jì)性而言，對(duì)比鋼質(zhì)型材和鋁合金型材的價(jià)格以及其型材厚度，鋼質(zhì)防火門(mén)窗也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 陳昌業(yè).為什么鋼門(mén)窗在國(guó)內(nèi)被冷落.鋼木門(mén)窗,2006(10):30-34
[2] 徐尚義.現(xiàn)代輥式冷彎成型生產(chǎn)技術(shù)的新發(fā)展.鋼管,1995(3):16-20
[3] 楊明珠,李濤.冷彎成型工藝分析及問(wèn)題.考試周刊,2008(45)
[4] 防火玻璃框架系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)范,DBJ 11-624-2006
[5] 鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法,GB 12513-2006,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006
[7] 建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法,GB/T 8484-2008,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008
[8] 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范,GB 50045-2005,中國(guó)計(jì)劃出版社,2005
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