鋼質(zhì)防火防盜門設(shè)計結(jié)構(gòu)分析

張大朋

0 引言

鋼質(zhì)防火防盜門是國內(nèi)民用住宅市場上尤其是民用高層建筑市場上應(yīng)用廣泛的門類產(chǎn)品，自《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）從2015 年5 月正式實施以來，民用高層建筑對進(jìn)戶門要求使用防火防盜門的需求更是陡然增長。然而長久以來，防火防盜門從產(chǎn)品名稱的認(rèn)知、產(chǎn)品依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的設(shè)計思路等方面一直存在著非常大的誤區(qū)。首先，防火防盜門產(chǎn)品并沒有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，雖然有些省份在多年前出臺了一些防火防盜門的地方標(biāo)準(zhǔn)，但隨著社會發(fā)展和相關(guān)門類標(biāo)準(zhǔn)的更新，這些標(biāo)準(zhǔn)也都隨之淘汰。其次，現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《防火門》（GB12955-2008）（以下稱防火門國標(biāo)）和國家標(biāo)準(zhǔn)《防盜安全門通用技術(shù)條件》（GB17565-2007）（以下稱防盜門國標(biāo)）是目前防火防盜門產(chǎn)品必須同時執(zhí)行的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，而這兩個不同產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)中有些條款由于側(cè)重點不同，是很難同時符合的。雖然2020 年發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《防火防煙安全戶門》（T/CPQSXF001-2020）可以為防火防盜門產(chǎn)品提供一些標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，但其畢竟是團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，其條款內(nèi)容的適用性和普及率相對有限。

綜上原因，這些年相關(guān)企業(yè)設(shè)計人員面前一直有個難題，即如何整合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并設(shè)計、生產(chǎn)出真正的鋼質(zhì)防火防盜門產(chǎn)品，使之既能通過耐火性能的試驗又能達(dá)到防盜性能相關(guān)的要求。本文通過對耐火試驗過程中門體各部位的變形趨勢及耐火性能進(jìn)行分析，結(jié)合防盜門標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求和門體各部位抵御暴力開啟的防護(hù)能力等方面，為鋼質(zhì)防火防盜門的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定的參考。

1 耐火試驗過程中的結(jié)構(gòu)分析

1.1 門框和門扇的相互作用

根據(jù)防火門產(chǎn)品實際使用場合的疏散方向以及各檢測機(jī)構(gòu)的實際檢測要求，目前國內(nèi)的防火門產(chǎn)品均是按照外開門進(jìn)行耐火試驗的。為方便理解，依據(jù)《門和卷簾的耐火試驗方法》（GB/T 7633-2008）中7.3.3.3 條款的要求，將防火門耐火試驗時的狀態(tài)簡化為圖1 所示。

圖1 防火門耐火試驗狀態(tài)簡化圖

鋼質(zhì)防火門在耐火試驗時，由于鋼板受熱會膨脹，相對于背火面而言，向火面一側(cè)的鋼板會先遇熱膨脹，從而造成鋼質(zhì)門扇的頂沿和底沿朝著遠(yuǎn)離火焰的方向彎曲。同理門框也會進(jìn)行類似的彎曲，但由于門框固定在支撐結(jié)構(gòu)上，支撐結(jié)構(gòu)性質(zhì)的不同對彎曲變形的影響程度也會不同。

耐火檢測的鋼質(zhì)防火門為外開時，門扇的頂沿和底沿將朝著遠(yuǎn)離火焰和熱氣的方向彎曲，從而遠(yuǎn)離門框止口部位。這就為火焰和熱氣從測試爐中溢出提供了機(jī)會，再加上測試爐中上部正壓的作用，很容易造成門體上部尤其是開啟側(cè)上角躥火而導(dǎo)致耐火完整性失效。圖2 為防火門門扇上角躥火而造成耐火完整性喪失的典型現(xiàn)象。

圖2 防火門上角防火完整性失效示意圖

由此得出，鋼質(zhì)防火門在設(shè)計門扇結(jié)構(gòu)時如何防止受熱翹曲變形是首要考慮的問題，尤其是門框與門扇配合部位的門扇開啟側(cè)上部要重點考慮。

1.2 門扇耐火結(jié)構(gòu)分析

1.2.1 門扇類型及開啟方向的影響

常見的平開式防火門主要有單開門和雙開門兩種。單開門只有一個可開啟扇；雙開門有兩個可開啟扇，為表述方便，本文將安裝有鎖具的門扇稱為活動扇，另一門扇稱為固定扇。通常情況下，雙開門活動扇開啟后，固定扇才能開啟。

以外開方式進(jìn)行耐火試驗時，對于單開門，在試驗過程中門扇中部朝向爐內(nèi)方向變形，由于門框止口的阻擋，其變形量是有限的。門扇頂部向爐外變形，變形程度由門扇鎖側(cè)上下兩端的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)決定。而對于雙開門扇的鎖側(cè)而言，固定扇上下兩端有防火插銷與門框橫梁及地面（或底框）固定，門扇產(chǎn)生的變形力大部分集中在門扇中部；而活動扇的上下兩端是自由的，試驗時均朝向試驗爐外變形，從而抵消了部分門扇中部的變形力。在假設(shè)為同樣結(jié)構(gòu)的前提下，固定扇中部的變形程度會比活動扇大。

1.2.2 隔熱性能和熱變形的影響

防火門國標(biāo)中將防火門分為隔熱防火門（A 類）、部分隔熱防火門（B 類）、非隔熱防火門（C 類）三種類別。由于目前執(zhí)行的建筑設(shè)計防火規(guī)范中各場所防火門類別的選用只有隔熱防火門（A 類），因此，隔熱性能是防火門產(chǎn)品必須具備的基本性能。隔熱防火門的門扇在耐火試驗時由于填充材料導(dǎo)熱較慢，背火面的鋼板溫度上升慢，變形較小，受火面鋼板的變形力大部分只能傳遞到門扇的邊部，從而帶動邊部產(chǎn)生較大的彎曲和扭曲變形。如圖3、圖4 和圖5 所示鋼質(zhì)雙扇隔熱防火門耐火試驗30min、60min、90min 時狀態(tài)。

圖3 隔熱型防火門耐火試驗30min 時

圖4 隔熱型防火門耐火試驗60min 時

圖5 隔熱型防火門耐火試驗90min 時

從示例中防火門產(chǎn)品不同時間段的變形趨勢看，隨著耐火時間的增長，門扇中部的變形量越來越大。為更好地分析耐火時間和防火門扇最大變形部位的變形量，表1 是通過記錄示例中這樘雙開門活動扇和固定扇中間部位的變形量數(shù)值，比較直觀地顯示了門扇中部變形趨勢。

表1 雙開門門扇中部變形曲線

通過分析耐火時間和防火門扇的變形量可以看出，雙開防火門雙扇的變形量及變形趨勢比較接近的情況下，能有效地防止兩個門扇變形不一致造成中縫處漏火導(dǎo)致耐火完整性失效。尤其是對于目前國內(nèi)只需按照外開方向進(jìn)行耐火測試的防火門，只需根據(jù)單向變形趨勢設(shè)計可行的結(jié)構(gòu)即可。而對于單開門，在考慮門扇上角抗變形設(shè)計的基礎(chǔ)上，如何設(shè)計鎖側(cè)（開啟側(cè)）的中部結(jié)構(gòu)是保證耐火完整性的關(guān)鍵。

2 防盜檢測過程中的結(jié)構(gòu)分析

2.1 門框與門扇的配合強(qiáng)度

為保證門框與門扇的配合強(qiáng)度，根據(jù)防盜門國標(biāo)的規(guī)定，防盜門需具備防闖入性能和防軟物沖擊性能。具體要求是門框與門扇之間或其他部位若安裝有防闖入裝置，裝置本身及其連接強(qiáng)度應(yīng)可承受 30kg 沙袋、3 次沖擊試驗。試驗后，不應(yīng)產(chǎn)生斷裂或脫落。門扇本身應(yīng)能承受 30kg 沙袋、9 次沖擊試驗，試驗后門框與門扇間隙的最大變化量不能超過2～4mm（不同級別要求不同）。如圖6 是防盜門國標(biāo)中進(jìn)行防闖入性能和軟物沖擊性能試驗的圖示說明。

圖6 防闖入性能和防軟物沖擊性能試驗

鉸鏈部位是防盜門的門框和門扇配合強(qiáng)度的關(guān)鍵部位，在防盜門國標(biāo)中對其有嚴(yán)格的測試要求，其中懸端吊重性能的試驗（如圖7 所示）最具代表性，具體試驗方法是將門扇開啟到90°或45°，在通過門扇把手垂直于地面的作用線上附加100kg 重物，保持5 min，試驗后門框門扇的垂直變形量應(yīng)小于或等于2.0mm，且門扇啟閉正常。

圖7 懸端吊重性能試驗

2.2 門體抗破壞性能的結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 鎖具部位強(qiáng)度

防盜鎖是防盜門所有配件中決定防盜級別最關(guān)鍵的核心部件，因此對于防盜鎖的固定和防護(hù)強(qiáng)度，在防盜門國標(biāo)中有著嚴(yán)格的要求。防盜門國標(biāo)要求在鎖具安裝部位的防護(hù)面應(yīng)有公稱厚度大于或等于 2.0mm、強(qiáng)度大于或等于 Q235 的加強(qiáng)防護(hù)鋼板，其尺寸應(yīng)大于或等于鎖體最大外形尺寸。另外鎖芯是防盜鎖最核心、最需要防護(hù)的部件，國標(biāo)要求防盜鎖的鎖芯防護(hù)面?zhèn)葢?yīng)安裝防鉆套，其防破壞能力應(yīng)達(dá)到相應(yīng)防盜安全級別的要求。

由于防盜鎖部位對于防盜門整體的防護(hù)而言最為重要，因此對于此部位防盜性能檢測的破壞性試驗也是重中之重。在防盜門國標(biāo)中規(guī)定的對鎖具及其安裝部位的破壞性試驗方法多達(dá)8 項，是所有防盜性能檢測方法中規(guī)定最為詳細(xì)的。此部位的破壞試驗可以使用所有規(guī)定的手動或電動工具，通過撬、鉆、鏨、切、割、鋸甚至強(qiáng)力沖擊等幾乎所有的辦法，以期通過破壞鎖具實現(xiàn)開啟門扇的目的。

2.2.2 門扇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

防盜門的門扇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接關(guān)系到防盜門的防盜性能的高低，因為門扇抵御強(qiáng)力破壞的時間就是防盜門劃分級別的主要依據(jù)。其中對于門扇的開孔試驗就是最具代表的破壞性檢測手段，即從防盜門防護(hù)面一側(cè)利用防盜門國標(biāo)中規(guī)定的手動工具或電動工具在規(guī)定時間內(nèi)破壞出一個大于或等于615cm的開口，利用適用的工具進(jìn)行鉆、鏨、切、割等一切破壞手段均是允許的。因此，防盜門的門扇內(nèi)部要根據(jù)不同的防盜級別進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足能抵御不同強(qiáng)度和時間的強(qiáng)力破壞。如圖8 展示的是檢測人員正在進(jìn)行門扇開孔的破壞性試驗。

圖8 門扇開孔破壞性試驗示意圖

3 門體的設(shè)計結(jié)構(gòu)分析

對于整個鋼質(zhì)防火防盜門的門體結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，從防火性能方面考慮應(yīng)將控制門扇的變形量作為設(shè)計重點，而從防盜性能方面考慮應(yīng)重點提高門扇的抗破壞強(qiáng)度。由于單開門與雙開門的結(jié)構(gòu)不同以及門體各部位的功能特點不同，所以在進(jìn)行門體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)分別考慮各自的重點影響因素。

3.1 鉸鏈側(cè)結(jié)構(gòu)

作為門扇與門框的連接固定點，鉸鏈的結(jié)構(gòu)、位置及數(shù)量的設(shè)計受承重性能、門扇高度、門的使用性能等因素影響。而這些因素中首要考慮的應(yīng)為其承重性。

為保證鉸鏈的承重性，上、下鉸鏈均應(yīng)放置在門扇高度方向的兩端且能夠滿足加工工藝要求的位置。當(dāng)門扇洞口高度較大或門扇重量超過兩個鉸鏈可承受的范圍時，應(yīng)加裝第三鉸鏈。（對于大尺寸的鋼質(zhì)防火防盜門，可能需要更多的鉸鏈，在此就不做過多闡述）其設(shè)計位置的影響因素主要有以下幾個方面：

（1）根據(jù)門扇的重心位置，第三鉸鏈的位置應(yīng)放置在門扇中部以上、盡量靠近上鉸鏈的部位，以提高其承重性；

（2）為減小門扇無約束變形的長度，保證在試驗過程中門扇鉸鏈側(cè)自由段的變形量不會導(dǎo)致耐火完整性的喪失，其位置應(yīng)盡量靠近門扇的中部。

（3）為保證鉸鏈側(cè)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能滿足防盜性能測試中的懸端吊重性能試驗要求，不僅需考慮鉸鏈的承重性能，也需注意框扇與鉸鏈連接固定部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度。

需提醒注意的是在防火性能試驗中對于a 和b 的兩個方面是存在矛盾的。為解決這個矛盾，可通過在第三鉸鏈與下鉸鏈之間增加固定栓（如圖9 所示）的方式，來限定此部位的變形量。尤其是防盜檢測過程中固定栓作為框扇間的鎖閉點，對增加門體的整體防盜性能是很有效的，因此固定栓的作用是不容忽視的。

圖9 鉸鏈側(cè)門扇的固定栓

3.2 鎖側(cè)結(jié)構(gòu)

3.2.1 單開門的鎖側(cè)結(jié)構(gòu)

對單開門的防火完整性以及抗破壞性能而言，鎖側(cè)部位都是一個薄弱點。一般情況下，在設(shè)計防火防盜門時采取設(shè)置加強(qiáng)筋的辦法以提高門扇鎖側(cè)部位的強(qiáng)度，提高其抗變形和抗破壞的能力。加強(qiáng)筋的設(shè)置應(yīng)考慮以下方面：

（1）根據(jù)門扇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計與其相匹配的抗彎能力好的加強(qiáng)筋形式；

（2）對于耐火時間要求較高的防火防盜門，加強(qiáng)筋的規(guī)格和位置應(yīng)不影響門的隔熱性；

（3）門扇鎖側(cè)部位的加強(qiáng)筋應(yīng)與鎖具部位抗破壞的加強(qiáng)板保護(hù)盒連接成整體，以提高門扇鎖側(cè)部位的整體強(qiáng)度。

另外，由于鋼質(zhì)防火防盜門的鎖側(cè)安裝有鎖具，鎖舌作為限位點，為保證門扇變形單位長度的減小，在條件允許的情況下，鎖具的位置應(yīng)設(shè)計在盡量靠近門扇高度方向的中部。

3.2.2 雙開門的鎖側(cè)結(jié)構(gòu)

相對于單開門，在設(shè)計雙開門的鎖側(cè)結(jié)構(gòu)時，防盜性能方面基本沒有太大差異，而對于耐火性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計則是至關(guān)重要也是難度最大的。

根據(jù)前面章節(jié)對門扇耐火結(jié)構(gòu)的分析，通過試驗數(shù)據(jù)我們已經(jīng)得出結(jié)論，為保證雙開門整體的耐火完整性，固定扇與活動扇鎖側(cè)的變形應(yīng)大體相同。為避免二者的結(jié)構(gòu)差異造成耐火實驗時變形趨勢不一致，在設(shè)計雙開門的鎖側(cè)結(jié)構(gòu)時應(yīng)重點考慮活動扇與固定扇的相對配合結(jié)構(gòu)。

考慮到雙開門中活動扇與固定扇之間的配合順序以及受熱變形的方向，在設(shè)計門扇結(jié)構(gòu)時盡可能提高固定扇的抗變形能力，并使活動扇的抗變形能力與固定扇相似或稍低于固定扇，才能保證二者的變形基本一致。原因如下：

（1）如果活動扇的抗變形能力較強(qiáng)，而固定扇較弱，固定扇變形大于活動扇變形，導(dǎo)致的結(jié)果是：雙開門中縫處產(chǎn)生過大縫隙引起完整性的喪失。

（2）如果固定扇的抗變形能力很強(qiáng)，活動扇抗變形能力與固定扇相似或稍弱，二者的變形趨勢大致相同或活動扇的變形趨勢大于固定扇，則在變形過程中，固定扇作為相對的固定桿件會抵消活動扇的部分變形，致使二者變形量大體一致。

根據(jù)上述原理，為彌補(bǔ)雙開門活動扇與固定扇的變形差異，在中縫處可設(shè)計止口結(jié)構(gòu)（如圖10 所示）或者蓋縫板結(jié)構(gòu)（如圖11 所示），這些結(jié)構(gòu)能減小門扇在耐火試驗時中縫產(chǎn)生火焰貫穿縫隙的幾率，是滿足耐火完整性的一個重要保障。

圖10 雙開門中縫止口結(jié)構(gòu)示意圖

圖11 雙開門配蓋縫板結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 門扇填芯

在耐火試驗過程中，門扇填芯材料的強(qiáng)度和隔熱性能起著非常關(guān)鍵的作用。由于鋼質(zhì)防火防盜門的主體材料鋼板在遇火受熱時極易變形而且導(dǎo)熱系數(shù)高，隔熱性能非常差。為滿足鋼質(zhì)防火門耐火檢測時達(dá)到相應(yīng)級別的耐火完整性和耐火隔熱性，在合理設(shè)計門體結(jié)構(gòu)的同時選用適合的門扇防火填芯材料是不可或缺的。

門扇填芯材料不僅需要具有較高的強(qiáng)度和良好的隔熱性能，還需滿足防火門國標(biāo)和防盜門國標(biāo)中要求的各項燃燒性能和環(huán)保性能。目前市場上常用的防火防盜門用填芯材料主要有膨脹珍珠巖板、泡沫水泥板、膨脹蛭石板以及玻鎂板、氧化鎂板等為代表的菱鎂水泥防火板。每種防火填芯材料的各項性能和成本有比較大的差異，表2 列舉了主要的防火門常用填芯材料性能差異和成本比較，設(shè)計人員可根據(jù)本企業(yè)鋼質(zhì)防火防盜門的性能要求以及產(chǎn)品定位選用適合的填芯材料。

表2 防火門常用填芯材料對比表

4 使用性能

鋼質(zhì)防火防盜門應(yīng)用的場合不同，其配置與性能要求也有所不同。在個性化需求越來越多的今天，鋼質(zhì)防火防盜門不僅用于高層公寓的戶門、而且經(jīng)常被用于寫字樓、酒店等高檔公共區(qū)域，這就要求產(chǎn)品除具有基本的防火防盜性能外，還需滿足業(yè)主或設(shè)計師的各種附加的性能要求，通常包括良好的保溫、隔聲等性能、外觀裝飾以及智能化控制等方面的相關(guān)需求。另外，對于消防要求比較高的場所，鋼質(zhì)防火防盜門還會要求安裝有控制門自動關(guān)閉的閉門器、保證雙開門按順序關(guān)閉的順序器、各種與消防系統(tǒng)聯(lián)動的門禁系統(tǒng)等。

附加的各項性能要求勢必導(dǎo)致門體相應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化，但所有的變化均應(yīng)以不影響整體的防火和防盜性能為前提。

5 結(jié)論

通過以上對鋼質(zhì)防火防盜門的結(jié)構(gòu)分析，得出以下結(jié)論：

（1）在設(shè)計門扇結(jié)構(gòu)時應(yīng)重點考慮門扇開啟側(cè)上部如何防止受熱翹曲變形的問題；

（2）在保證隔熱性的前提下，門扇內(nèi)部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)尤其是鎖側(cè)部位的設(shè)計應(yīng)綜合考慮門扇的抗變形能力和抗破壞性能；

（3）門體鉸鏈側(cè)的鉸鏈位置和強(qiáng)度設(shè)計需合理，固定栓作用是有利的；

（4）對于雙開門的門扇中縫部位宜設(shè)計為止口結(jié)構(gòu)或蓋封板結(jié)構(gòu)；

（5）根據(jù)防火防盜門產(chǎn)品的性能要求以及產(chǎn)品定位選用適合的填芯材料；

（6）使用性能的提高及變化應(yīng)以不損失防火性能和防盜性能為前提。