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1、钢结构防腐防火设计方法1钢结构防护的重要性钢结构的防护主要包括：防腐蚀、防火和隔热（8多）钢结构尽管具有承载能力高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、建设速度快和有利 环保等诸多优点，但也存在耐腐蚀性能差的缺点。钢结构建筑处于大气环境中，空气中的有 害成分（如酸、盐等）、建筑室内外的温度、湿度和通风情况等因素都与钢材的腐蚀程度和 速度密切相关。当钢结构建筑因功能需要而长期处于侵蚀性介质环境中（如化工厂房、高温 冶炼车间等），钢材的腐蚀问题更为严重。钢结构腐蚀是其在长期的使用过程中不可避免的 一种物理化学现象。腐蚀不仅造成结构自身的削弱、影响结构安全，而且还造成经济损失。 钢结构因杆件细长、壁薄
2、，一经腐蚀将会严重降低结构的承载能力，特别是薄壁型钢结构的 防腐蚀问题更为突出，必须通过可靠的防腐蚀措施阻止和延缓钢结构的腐蚀，保证结构在设 计使用年限内的安全和正常使用功能。钢材是不燃烧材料，但耐火性能差。钢材的机械力学性能，如屈服强度、抗拉极限强度 以及弹性模量等，随着温度的升高而降低，出现强度下降、变形增加等问题。钢材在温度 200C以下，材料性能基本不变；当温度超过200C后，材料弹性模量开始明显降低；当温 度接近600700C时，钢材的弹性模量仅为常温下的20%，屈服强度趋近于零（8单）。火 灾是一种偶然的灾难性荷载（作用）。现代钢结构功能复杂，火灾隐患多，且一旦发生火灾， 火势迅速
3、蔓延，人员疏散困难，灭火难度大，若没有很好的防火保护措施，将导致结构温度 迅速上升，钢材强度急剧下降，引起结构出现过大的不可恢复的塑性变形，甚至结构倒塌， 将造成巨大的人员和财产损失。因此，对钢结构的防火性能应引起足够重视。2 钢结构防腐蚀2.1概述现行国家标准工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046）中把侵蚀性介质对钢材的作用以 及其他特殊情况下的物理化学作用统称为腐蚀。通常把钢材在大气（包括工业大气）中最广 泛存在的“电化腐蚀”现象成为锈蚀，因此钢材的锈蚀是钢材腐蚀的一种形式，是一种广义 上的腐蚀。在侵蚀性介质作用下，钢材将产生腐蚀。侵蚀性介质主要有酸腐蚀、碱腐蚀和盐腐蚀三 种类型。根据其形
4、态分，有液相腐蚀和气相腐蚀两大类。此外，大气湿度和雨水、大气灰尘、 温度作用以及钢材与其他金属的接触都将引起钢材的腐蚀。钢材腐蚀的类型有：（1）均匀腐蚀：腐蚀均匀地分布在整个钢材表面，这种腐蚀的危险性相对较小。（2）不均匀腐蚀：当钢材中杂质分布不均匀，或不同部位的电解液浓度有差异时，将 产生不均匀腐蚀，这种腐蚀可使构件产生薄弱截面，故危险性较大。（3）点（坑）腐蚀：腐蚀集中在钢材表面上不同的区域内并向深处发展，甚至能使个 别部位腐蚀成孔穴，比较危险。（4）应力腐蚀：在拉应力作用下，有氧化物的侵蚀性介质（如硝酸盐、氯化物、氢氧 基离子等）沿钢材晶体介面渗入钢材内部起腐蚀作用，拉应力越高，腐蚀越快
5、。一般情况下， 拉应力集中处易发生应力腐蚀现象。（5）氢脆：钢材受酸性腐蚀时产生的氢渗入钢材晶粒间而降低钢材的塑性，在拉应力 作用下产生脆性断裂的现象。应力腐蚀和氢脆都是在无明显变形征兆的情况下突然发生脆性断裂，因而相当危险。防止钢结构过早腐蚀，提高其使用寿命，是设计人员、施工人员和使用单位需要共同关 注的问题。除对某些特殊工程、有条件时可以采用耐侯钢和其他耐大气腐蚀性能强的钢材外， 在钢结构表面喷涂（涂刷）防腐涂料仍是目前国内外钢结构房屋防腐蚀的主要措施之一。通 过喷涂（涂刷）防腐涂料等办法，在钢材表面形成保护膜，将引起腐蚀的各种外界条件（如 水分、氧气、二氧化碳、酸气等）与钢材表面尽可能隔
6、离，从而达到保护钢材、防止腐蚀的 目的。这种方法效果好，但缺点是耐久性较差，经过一定时期需要维修（维护）。有时，对 一些较小尺寸或有特殊要求的钢结构构件也会采用金属覆盖的方法，如电镀、化学镀、熔化 镀和金属喷涂（喷铝、喷锌）等。其原理是采用包含大量铝、锌等比铁化学反应能力强的金 属涂料（镀层）来覆盖金属表面，铝、锌等金属析出时会放出电子并将电子补给铁起阴极作 用从而抑止铁的化学反应，使钢材表面钝化，减小钢材的腐蚀。钢结构防腐蚀设计的基本原则是：预防为主、区别对待、合理设防。防腐涂料对钢结构的防护程度和防护时间的长短取决于涂层质量。涂层质量取决于防腐 蚀设计和涂装施工。防腐蚀设计的主要内容包括：
7、钢材表面处理、除锈方法的选择、除锈质 量等级的确定、涂料品种的选择、涂层结构和涂层厚度的确定。2.2钢结构的防腐蚀设计原则钢结构防腐蚀设计时，应对建筑物所处的环境、使用条件和状况、结构构件的基材种类、 表面除锈等级、涂层结构、涂层厚度、涂装方法、施工条件和工程造价以及预期的耐腐蚀年 限等综合考虑后，提出合理的防腐蚀设计要求。钢结构防腐蚀的设计原则：（1）设计人员应全面考虑建筑物的整体布置，隔离有腐蚀性的介质区域或限制腐蚀介 质的来源（如通过改进生产工艺、设备等），尽可能消除对钢结构腐蚀的有害因素。采用有 利于房屋自然通风的建筑和结构布置方案，以降低空气中对钢材腐蚀有害物质的含量。（2）尽可能选
8、用含有适量合金元素的耐腐蚀性能较好的低合金钢材（如15MnVCu、 15MnTiCu等）。一般，含铜（Cu）元素的钢材具有良好的耐腐蚀性能。（3）结构设计时应选用不宜受腐蚀的合理方案，简化节点构造，尽量避免出现难以检 查、清刷、涂装以及易积水和积灰的死角和凹槽。尽可能选用受力性能好、表面面积小的圆 管、方管和矩形管等封闭截面构件。闭口截面构件的端部应焊接封闭以免水气侵入引起锈蚀， 封闭的管材内壁可不作防腐蚀处理。（4）在构件加工制造和现场拼接过程中要保证焊缝质量，因为焊缝内的夹渣、裂隙等 缺陷易引起腐蚀；焊缝的热影响区较易生锈，涂装前应对焊缝及其周围部位仔细进行表面处 理，焊皮、熔渣、飞溅物等
9、影响涂层薄膜的生成，应彻底清除干净。（5）钢结构构件的端部和转角部位应保证足够的涂层厚度。钢柱埋入混凝土的结合面、 高强度螺栓连接的摩擦面以及工地焊缝周围3050mm范围内，不得在工厂预先喷涂（涂刷） 涂料。只能在工地安装就位后，对这些部位进行认真清理并按设计规定的涂层结构和涂层厚 度进行涂装，并保证其不低于相邻部位的防护等级。尽量避免或减少构件涂装后进行焊接， 以防破坏涂层的完整性。对构件运输、安装过程中损坏的涂层，应在构件安装就位后及时清 理并按设计规定的涂层结构和涂层厚度进行修复。（6）对工厂制作、加工好的构件要妥善堆放，避免钢材表面生锈而导致二次涂装，造 成不必要的浪费。（7）钢结构应
10、在构件表面涂层出现粉化或出现锈斑时就进行维护，不应拖延至涂层大 面积脱落时才维护，以减小表面处理工作量、保证维护质量、节约维护费用；维护时使用的 涂料应与原涂层所用的涂料品种尽可能相同或匹配。（8）钢结构应根据表1所示的外部环境条件对钢结构侵蚀作用的分类选择合理的表面 处理方法基配套涂料。（9）对设计使用年限大于或等于25年的建筑物，对使用期间不能重新喷涂（涂刷）防 腐涂料的结构部位，应采取特殊的防腐蚀措施。（20单）（10）在钢结构的设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和所采用的涂料（或镀层） 及涂层（镀层）的厚度，必要时对特殊的施工要求和方法也应说明。（11）钢结构柱脚在地面以下的部分应采
11、用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不 应小于50mm），并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时，柱 脚底面应高出地面不小于100mm。受侵蚀性介质作用的柱脚，不宜埋入地下。（5判）外界条件对钢结构的侵蚀作用分类表1项次地 区相对湿度（%）对结构的侵蚀作用分类室内（采暖房屋）室内（非采暖房屋）室外卜1农村，一般城市的商业区基干燥，60无侵蚀性无侵蚀性弱侵蚀性2一般，6075无侵蚀性弱侵蚀性中等侵蚀性住宅区3潮湿，75弱侵蚀性弱侵蚀性中等侵蚀性4工业区，沿海 第五干燥，60弱侵蚀性中等侵蚀性中等侵蚀性5一般，6075弱侵蚀性中等侵蚀性中等侵蚀性6潮湿，75中等侵蚀性
12、中等侵蚀性中等侵蚀性注：1.标准相对湿度系指当地的年平均相对湿度，对于恒温恒湿的或有相对湿度 指标的建筑物，按室内相对湿度采用。2. 一般城市的商业区及住宅区系指无侵蚀性介质的地区，工业区则包括受侵 蚀性介质影响及散发轻微侵蚀性介质的地区。2.3钢材表面处理（除锈）钢材的表面处理（除锈）是钢结构防护工程的主要一环，表面处理的质量好坏，关系到 防腐涂料能否取得良好效果的关键之一。钢材在生产过程中，表面会产生一层均匀的氧化皮；钢材在储存过程中由于大气的腐蚀 而生锈；钢材在加工工程中在构件表面往往产生焊渣、毛刺和缺陷以及附着油污等污染物。 这些氧化皮、铁锈和污染物若不及时清理，将会影响到防腐涂层的附
13、着力和使用寿命。如果 除锈不彻底，涂层下的金属表面将继续腐蚀扩展，是涂层破坏失效，达不到预期的防护效果。 工程实际经验表明，表面处理质量要影响到整个涂装质量的60%以上，设计和施工人员应高 度重视。（9单）根据现行国家标准涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级（GB/T 8923），热轧钢材表 面锈蚀程度的目测评定等级（冷轧钢材可参照使用）分为四个等级：A全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面；B已发生锈蚀，部分氧化皮已经剥落的钢材表面；C氧化皮易因锈蚀而剥落，但可以铲除，并且有少量点腐蚀的钢材表面；D氧化皮已因锈蚀而全面剥离，并且已经普遍发生点腐蚀的钢材表面。（1）钢材表面处理（除锈）方法钢结
14、构表面处理的方法主要有：手工工具除锈、手工动力机械、喷砂（丸）除锈、酸洗除锈、磷化除锈等。目前我国钢结构工厂内主要采用喷砂（丸）除锈辅助以手工动力机械除 锈，工地主要以手工动力机械除锈或手工工具除锈。有特殊防护要求的情况下，也可采用酸 洗除锈或磷化除锈等方法。常用的钢材表面处理（除锈）方法及特点见表2。常用钢材表面处理方法表2处理方法工艺特点效果手工工具 除锈手工作业，主要工具为 铲刀、钢丝刷、砂纸尖 锤等只能满足一般涂装要求。保留了无锈的氧化皮， 能基本清除浮锈和其他附着物。工具简单、操作 方便、费用低；但劳动强度大、效率低、质量较 差。手工动力机械除锈手工采用电动砂轮机、 钢丝刷轮、或风动
15、除锈 机等除锈效果尚可，局部可见表面灰白色金属光泽， 适于管型构件或面积不大的钢板以及现场局部涂 装修补，施工灵活。喷砂（丸）除锈用压缩空气把石英砂粒 或钢丸高速喷射到钢材 表面，产生冲击和磨削 作用，将表面铁锈和附 着物清除干净工效高，除锈彻底，能控制除锈质量，露出粗糙 的金属本色，是目前工厂表面处理的首选方法。但构件凹角部位不易清理，卫生条件较差，先进 的喷砂机能将砂粒或钢丸的细粉自动搜集、筛除， 防止扬尘。酸洗处理米用磷酸类或盐酸类化 学溶剂浸泡，通过化学 作用清除钢材表面油 污、氧化皮及铁锈除锈效果好，工效高，适于形状复杂、小型和薄 壁构件。如不用缓蚀剂，会损伤母材；处理后须 用中和液彻底清洗后吹干并立即涂一层硼钡底 漆；成本较高，需要专门的工艺控制。磷化处理构件酸洗或喷砂（丸） 处理后，再用浓度2%左 右的磷酸作磷化处理， 使钢材表面有一层磷化膜可组织钢材表面过早返锈，同时能与防腐涂料紧 密结合，提高涂层的附着力和防腐蚀性能，适于 腐蚀性介质较为严重的环境。成本高，工序多， 须专业人员操作。综合比较来看，表面处理（除锈）效果以酸洗磷化为最好，喷砂（丸）除锈、酸洗处理 次之，人工除锈效果最差。薄壁型钢结构应优先采用酸洗
