鋼質(zhì)防火門的耐火性能失效分析及改進(jìn)

崔秋鵬（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東濟(jì)南 250102）

鋼質(zhì)防火門的耐火性能失效分析及改進(jìn)

崔秋鵬
（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東濟(jì)南 250102）

鋼質(zhì)防火門是現(xiàn)代建筑消防設(shè)施中一種重要的防火分隔產(chǎn)品，其質(zhì)量直接關(guān)系到火勢的蔓延和人員的逃生。在其耐火性能試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)框扇變形導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格，究其原因主要與門扇邊緣結(jié)構(gòu)有關(guān)。本文對(duì)鋼質(zhì)防火門門扇邊緣結(jié)構(gòu)的幾種基本形式進(jìn)行了介紹，分析了不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)防火門耐火性能的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議，以求提高鋼質(zhì)防火門產(chǎn)品質(zhì)量。

鋼質(zhì)防火門 邊緣結(jié)構(gòu) 耐火試驗(yàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層建筑不斷涌現(xiàn)，鋼質(zhì)防火門作為建筑消防設(shè)施中一個(gè)重要組成部分，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)起著非常重要的作用。鋼質(zhì)防火門是指用鋼質(zhì)材料制作門框、門扇骨架和門扇面板，門扇內(nèi)若填充材料，則填充對(duì)人體無毒無害的防火隔熱材料，并配以防火五金配件所組成的具有一定耐火性能的門。耐火性能是體現(xiàn)防火門質(zhì)量的一個(gè)最重要的指標(biāo)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，約有80%不合格產(chǎn)品是由防火門失去耐火完整性造成的，其不合格現(xiàn)象主要體現(xiàn)為框扇變形不一致導(dǎo)致門扇有鎖一側(cè)上角或下角翹起，究其原因主要在于門扇兩面鋼材受熱不均勻時(shí)，熱膨脹不同引起門扇向溫度較高的受火面內(nèi)凹，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7633-2008《門和卷簾的耐火試驗(yàn)方法》中規(guī)定，安裝在耐火試驗(yàn)爐上的防火門不能鎖閉，所以防火門門扇一側(cè)僅通過門鎖相連，另一側(cè)通過多副鉸鏈固定，導(dǎo)致有門鎖一側(cè)門扇上下端容易外翹，極易喪失耐火完整性。本文對(duì)鋼質(zhì)防火門門扇的基本結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡單的介紹，同時(shí)分析門扇邊緣結(jié)構(gòu)形式對(duì)耐火性能的影響，并提出改進(jìn)措施。

1　鋼質(zhì)防火門分類及門扇基本結(jié)構(gòu)

鋼質(zhì)防火門是由門框、門扇通過防火鉸鏈連接形成的，另外配置防火鎖、防火閉門裝置等五金配件，雙扇門還應(yīng)加裝防火插銷（裝在固定扇一側(cè)）和防火順序器。鋼質(zhì)防火門按耐火性能可分為隔熱防火門、非隔熱防火門、部分隔熱防火門，按耐火極限可分為甲級(jí)、乙級(jí)、丙級(jí)等型號(hào)；按門扇的數(shù)量可分為單扇防火門、雙扇防火門和多扇防火門等。

鋼質(zhì)防火門門扇基本結(jié)構(gòu)由外部鋼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部填充材料組成。外部鋼結(jié)構(gòu)由鋼質(zhì)面板和四周鋼質(zhì)邊框通過焊接或膠接組合而成?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB12955-2008《防火門》規(guī)定兩面面板應(yīng)采用性能不低于冷軋薄鋼板的鋼質(zhì)材料，板材厚度要求不得小于0.8mm，實(shí)際使用中，大多數(shù)生產(chǎn)廠家選用的面板鋼材厚度是0.8mm。四周邊框結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可采用獨(dú)立構(gòu)件，也可由一面面板彎邊構(gòu)成，或由兩面面板分別彎邊后通過焊接或膠接組合在一起構(gòu)成等。內(nèi)部填充材料多采用膨脹珍珠巖、發(fā)泡型膨脹珍珠巖、無機(jī)可溶纖維等，為提高鋼質(zhì)防火門的耐火性能，有些廠家會(huì)在面板與門芯之間設(shè)置防火板。外部鋼結(jié)構(gòu)與內(nèi)部填充材料間采用膠接組合。

2　常見鋼質(zhì)防火門門扇生產(chǎn)工藝

鋼質(zhì)防火門門扇的制造工藝流程見圖1。

圖1

3　鋼質(zhì)防火門門扇邊緣結(jié)構(gòu)形式及其在耐火性能試驗(yàn)中的特性分析

常見的鋼質(zhì)防火門門扇邊緣結(jié)構(gòu)主要有以下四種形式：

（1）邊框由受火面面板直接彎邊并與背火面面板焊接或膠接構(gòu)成（如圖2），這種結(jié)構(gòu)比較常見，高層住宅建筑入戶防火門大多采用這種結(jié)構(gòu)形式。

這種結(jié)構(gòu)形式在耐火試驗(yàn)中，門扇邊緣處溫度自受火面至背火面由最高點(diǎn)逐步遞減，僅在邊框與背火面面板連接處會(huì)因鋼板不連續(xù)而出現(xiàn)溫度突變。該處處于溫度較低區(qū)域，若未采取隔熱措施，突變量不會(huì)很大，且焊點(diǎn)愈多且密，接觸面愈大突變量愈小，該邊緣結(jié)構(gòu)溫度變化趨勢見圖7中曲線1所示。門扇邊框兩端溫差相對(duì)較大，導(dǎo)致熱自由彎曲變形相對(duì)較大。而邊框與背火面面板連接處，溫差較小，導(dǎo)致由此引起的熱應(yīng)力不大，較小的熱應(yīng)力不會(huì)造成結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)，因此熱應(yīng)力也無法降低。這種結(jié)構(gòu)形式在耐火試驗(yàn)中彎曲變形最為嚴(yán)重（如圖3）。

（2）邊框由背火面面板彎邊并與受火面面板焊接或膠接構(gòu)成（如圖4），公共建筑樓梯間或疏散通道用的防火門大多采用這種結(jié)構(gòu)形式。

這種結(jié)構(gòu)在耐火試驗(yàn)中，受火面面板與邊框連接處鋼板不連續(xù)，熱傳導(dǎo)受阻，溫度發(fā)生突變，由于該處溫度相對(duì)較高，突變量相對(duì)較大，焊點(diǎn)越少且稀，接觸面越小溫差越大。較大的溫差還會(huì)使邊框由較低溫度開始均勻遞減，降低了其受火面與背火面之間的溫差，其邊緣溫度變化趨勢見圖7中曲線2所示。在邊緣連接處，受火面面板因溫度較高，極易在焊點(diǎn)間發(fā)生局部失穩(wěn)，若加大焊點(diǎn)間距，還會(huì)使失穩(wěn)提前，臨界應(yīng)力降低，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)彎曲變形減小。但由于未采取斷熱措施，該處溫差不會(huì)很大，熱應(yīng)力也不會(huì)很高，因此熱應(yīng)力降低所形成的門扇邊緣變形量的減少在整個(gè)變形量中所占份額也相對(duì)較小，效率不會(huì)很高。但這種結(jié)構(gòu)形式在耐火試驗(yàn)中較前一種彎曲變形量要小。

圖2　門扇邊緣結(jié)構(gòu)圖

圖3　門扇下角變形圖

圖4　門扇邊緣結(jié)構(gòu)示意圖

圖5　門扇邊緣結(jié)構(gòu)示意圖

圖6　門扇邊緣結(jié)構(gòu)圖

（3）邊框由受火面和背火面面板分別彎邊焊接或膠接構(gòu)成（如圖5）。

這種結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)中，連接處由于鋼板不連續(xù)導(dǎo)致溫度突變，焊點(diǎn)越少且稀，接觸面積越小突變量越大。當(dāng)采用膠接連接時(shí)，由于高溫會(huì)導(dǎo)致膠層分離，溫度突變量還會(huì)更大，溫度的突變使冷邊溫度下降，熱邊溫度升高（熱量外傳受阻），邊框的受火面部分和背火面部分溫差均下降，該結(jié)構(gòu)邊緣溫度變化趨勢見圖7中曲線3。邊框的受火面部分和背火面部分溫差的下降導(dǎo)致熱變形減小，但熱應(yīng)力的存在和結(jié)構(gòu)高度顯著減少引起的抗彎剛度降低又加大了彎曲變形，所以門扇邊緣總變形量較上述兩種結(jié)構(gòu)形式不會(huì)發(fā)生明顯變化。

（4）采用獨(dú)立邊框的結(jié)構(gòu)形式（如圖6）。

該結(jié)構(gòu)在受火面面板與邊框及背火面面板與邊框連接處，由于鋼板不連續(xù)，均會(huì)引起溫度突變，焊點(diǎn)越稀，接觸面越小突變量越大，該結(jié)構(gòu)溫度變化趨勢見圖7中曲線4。該結(jié)構(gòu)結(jié)合了圖2和圖4兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，受火面面板邊緣局部失穩(wěn)導(dǎo)致熱應(yīng)力降低，對(duì)彎曲剛度較大的邊框引起的變形量也會(huì)減小。該類結(jié)構(gòu)形式若參數(shù)選擇得當(dāng)，優(yōu)于前三種類型。但由于未采取斷熱措施，連接處溫差不會(huì)很大，利用結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)降低熱應(yīng)力的效果也不會(huì)很大，因此減少門扇彎曲變形的效率也不會(huì)很高。S（mm）門扇邊緣距受火面距離

圖7　溫度變化趨勢圖（假設(shè)門扇厚度為60mm）

圖8　門扇邊緣結(jié)構(gòu)示意圖

4　改進(jìn)措施

通過對(duì)以上四種常見門扇邊緣鋼結(jié)構(gòu)形式在耐火性能試驗(yàn)中的特性分析，門扇的變形情況都沒有得到有效抑制，對(duì)此，設(shè)計(jì)提出了一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，并驗(yàn)證其耐火性能的可靠性。具體形式在圖5所示結(jié)構(gòu)形式的邊框采取隔熱措施（如圖8所示），該結(jié)構(gòu)自受火面至背火面溫度會(huì)在斷熱處發(fā)生突變，突變量遠(yuǎn)大于上述四種結(jié)構(gòu)，且突變量受斷熱位置和斷熱效果的影響，其溫度變化趨勢見圖7中曲線5所示。隔熱處較大溫差的存在會(huì)使冷熱兩端各自的溫差減少，使門扇邊緣因熱影響直接導(dǎo)致的彎曲變形減少。若斷熱處受火面一邊鋼結(jié)構(gòu)邊緣采用的較小的抗彎剛度（即鋼板彎邊較小，甚至沒有彎邊），連接點(diǎn)間距足夠大，該邊會(huì)在壓力作用下發(fā)生局部失穩(wěn)，使熱應(yīng)力降低，抗彎剛度越小，熱應(yīng)力也會(huì)越小，熱應(yīng)力的降低將會(huì)明顯減少門扇邊緣彎曲變形。

5　結(jié)語

通過以上的分析，鋼質(zhì)防火門門扇邊緣結(jié)構(gòu)形式的不同對(duì)門扇彎曲變形有重要的影響，在日常生產(chǎn)中，如果采取合適的門扇結(jié)構(gòu)及工藝對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大作用，希望本文提出的結(jié)構(gòu)形式能對(duì)防火門生產(chǎn)企業(yè)有所幫助。

［1］孫玉泉，于廣和.防火門生產(chǎn)與檢測技術(shù)［M］.濟(jì)南：黃河出版社，2011，（284-307）.

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Fire resistance steel door is an important fire separation product of modern building fire safety facilities， the product quality is directly related to the fire spread and personnel escape. The main failure form of the fire resistance steel doors in fire-resistance test is deformation between door frame and door leaf，the failure form is concerned with its door leaf edge structure.This paper reviews several basic forms and analysis of door leaf edge structure，finds corresponding improvement measures，and provides important guidance and advice to improve the quality of fire resistance steel doors.

fire resistance steel door； edge structure；fire-resistance test

崔秋鵬（1981—），男，碩士，工程師，主要從事消防產(chǎn)品質(zhì)量研究及管理。