钢结构屋架设计及钢结构的耐久性研究.doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：钢结构屋架设计及钢结构的耐久性研究学习中心： 重庆万州奥鹏学习中心16VIP 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 2013年春季 学 号： 131511303981 学 生： 杨晓梅 指导教师： 杨晓艳 完成日期： 2014年12月22日 II完整论文请加QQ:1479352057内容摘要目前所有建筑工程的建设中均采用钢作为建筑材料。随着钢结构工程在建筑上的广泛应用，钢结构的防腐、防火保护问题也在建筑工程中被日益重视。作为钢结构工程的设计、施工人员，必须对防腐、防火涂料的类别、性质、适用性等有相当的了解，以便高建筑钢结构的使用性能。因此在实际建设中如何提高钢结构的性能与质量十分之关键。本文主要研究了钢结构工程中防腐与防火的处理方法，旨在延长钢结构的使用寿命，提高建筑的安全稳定性。关键词：钢结构工程；防腐；防火；处理方法目 录内容摘要I引 言11 设计基本资料及任务21.1 设计资料21.2 荷载资料21.3 计算屋架的上弦杆AB21.4 计算屋架的下弦杆ac31.5 计算屋架的腹杆aB42 建筑钢结构的防腐与防火52.1 建筑钢结构防腐52.2 建筑钢结构防腐的主要方法62.2.1 耐候钢62.2.2 热浸锌62.2.3 热喷铝(锌)复合涂层62.2.4 漆涂层法72.2.5 阴极保护法72.3 建筑钢结构防火72.4 建筑钢结构防火的主要方法82.4.1 钢结构防火涂料82.4.2 浇筑混凝土砌筑砖块法92.4.3 充水法92.4.4 轻质防火厚板包覆法102.4.5 复合保护法103 工程实例113.1 工程概况113.2 构件防腐处理113.2.1 构件表面处理113.2.2 油漆涂装方法和顺序113.2.3 质量控制123.3 钢结构防火涂装123.3.1 刷涂施工工艺及技术要点133.3.2 防火涂料施工注意事项133.3.3 防火涂料的修复144 结论15参考文献16引 言钢结构的优点在于施工快、强度高、抗震性强、结构占用面积小、工业化程度高、资金投入少等方面，因此广泛的应用在建筑工程中。一般情况下，普通的建筑用钢由于曝露在空气或者是潮湿的环境中则易出现腐蚀的现象。这是由于覆盖在钢材表面上的铁原子，在空气中被氧化变成铁锈，尤其是空气中含有丰富的盐碱酸类物质时，就更易出现这种问题。钢结构被腐蚀的显现不仅表现在其表面出现不同程度的锈迹，并且由于部分的锈迹而产生的应力集中，破坏钢结构的基础，另外若出现冲击钢结构的情况，则进一步降低钢结构的抗疲劳强度，甚至形成脆性断裂。因此在实际建设过程中，采取有效的措施对钢结构尽享防腐处理，才能延长钢结构的寿命，保证建筑物的安全与稳定。除了钢结构易出现腐蚀之外，还会出现抗活性下降的状况。一般情况下钢结构在处于全负荷的状态时，若温度升高到250450，其强度则会有所下降，温度升高到500左右时，则会下降一半以上的强度。除此之外，钢结构的抗压强度、弹性模量、荷载能力、屈服点等方面的力学性能都会出现一定程度的下降。所以在施工过程中就要采取有效的防火处理，以保证钢结构防火性能，确保钢结构在火灾中不被破坏。1 设计基本资料及任务1.1 设计资料某金工车间长90m，跨度24m，柱距6m，屋面采用1.5m6m大型预应力混凝土屋面板，采用梯形钢屋架，屋架计算跨度23.7m，屋面坡度，屋架端部高度1.99m，跨中高度3.19m，跨中起拱50mm。屋架简支在钢筋混凝土柱上，混凝土标号C20，钢材采用Q235，焊条采用E43型，屋架及支撑布置如图1.1所示。1.2 荷载资料上弦杆AB采用等截面，按内力，。下弦杆ac采用等截面，按内力，。图1.1 屋架计算简图腹杆aB采用2125808，长肢相并。内力，。1.3 计算屋架的上弦杆AB整个上弦不改变截面，按已知条件提供的内力进行设计，。上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取（按大型屋面板与屋架保证三点焊，故取两块屋面板宽度）。因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。腹杆内力为，根据屋架节点板厚度参考表，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。设，上弦杆为轴心受压的截面，该截面类型属于b类截面，已知。需要截面积：需要的回转半径：，根据A，查角钢规格表，选用21409014，短肢相并，。按所选角钢进行验算：轴心压杆的允许长细比为150。1508/25.1=60.11503106/68.6=45.3150满足长细比的要求。已知，验算上弦杆中的应力是否满足要求，830000/(0.8076091.2)=168.9215所需截面合适。1.4 计算屋架的下弦杆ac整个下弦不改变截面，按已知条件提供的内力进行设计，。下弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况取。计算所需下弦截面净面积：选用21258012，短肢相并，。本连接中，螺栓孔对下弦截面的削弱不考虑，。按所选角钢进行验算：轴心拉杆的允许长细比为350。3000/22.4=133.9=35011850/61.6=192.3=350859000/4680=183.5 N/mm2f=215 N/mm2所需截面合适。1.5 计算屋架的腹杆aB按已知条件提供的内力进行设计，。计算长度：选用21258012，短肢相并，。按所选角钢进行验算：轴心拉杆的允许长细比为350。2535/22.4=113.6=1502535/61.6=41.2=150已知，验算上弦杆中的应力是否满足要求，463800/4680=99.1所以不满足要求。32 建筑钢结构的防腐与防火钢结构具有重量轻而强度高，塑性、韧性好，施工周期短等优点，因此在建筑工程中得到广泛的应用和发展。高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度建筑采用钢结构尤为理想，同时钢结构又是对城市影响最小的结构之一，是可重复利用的绿色环保材料。然而在钢结构的设计和使用中，建筑钢结构防腐和防火仍是钢结构应用的主要难题及阻碍。本章要分别对钢结构防腐和防火的基本概念，主要方法等内容进行详细阐述。本章中将分别讨论钢结构防腐和防火的基本概念，主要技术方法及其各自的特点。2.1 建筑钢结构防腐钢结构在使用期间和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起材质的变质和钢结构的破坏失效，称为钢结构的腐蚀。钢材在空气或潮湿的环境中易于锈蚀，钢材表面的铁原子与空气中的氧气化合而成质地疏松的氧化铁锈，特别是当空气中含有酸碱盐类介质时情况更为严重，腐蚀不仅使钢材表面产生不均匀的锈蚀，而且局部的锈蚀引起应力集中，促使钢结构提前破坏，尤其是在反复冲击荷载的作用下，更加速了疲劳强度降低，出现脆性断裂。钢结构的腐蚀危害建筑物的安全，造成巨大损失，甚至引起灾难性事故，后果极其严重。据一些工业发达国家统计，每年由于钢结构的腐蚀而造成的经济损失约占国民生产总值的2%4%，全世界每年因此造成的经济损失已高达数千亿美元以上。只有在设计建造的同时，对其进行卓有成效的防腐，确保长效防腐才能确保钢结构的长久寿命。经过多年的发展，目前钢结构建筑产业蓬勃发展，但是，由于相关法规、规范及标准的出台相对滞后，近几年来在钢结构建筑中出现的问题也不少，如1998年在浙江发生的数万平方米的轻钢结构厂房及个别网架钢结构工程的倒塌事故；某地一座跨度达70米的网架钢结构工程，经过5年使用突然整体倒塌。事故的发生除了设计、制作、安装方面的问题外，钢结构的防腐也是一个相当严重的问题。薛发说，钢结构工程的业主、使用者、设计施工企业等对钢结构的防护问题都缺乏足够的重视，在意识上依然停留在传统的防腐技术上。由于材料及施工工艺选择不当，经常造成钢结构过早的腐蚀或破坏。目前，无论是工程业主、使用者还是施工者对于施工时如何检测防腐涂层的性能，基本不予重视。另外，一些工程业主完全依图而定，在工程开工之前，没有找专门的防腐工程专家对工程整体防腐方案进行评估，没有委派专业的防腐施工工程师或专家对防腐涂层进行严格的检验，一切交给工程监理。工程监理对防腐的理解也是依图而定，工程交付使用后基本没有进行防腐维护的检测，还有的不顾实际情况大砍防腐工程的费用，这些都使钢结构寿命大大缩短。综合世界各国对钢结构建筑的防护做法证明，用重防腐涂料进行防腐涂装及用防火防腐涂料 进行防火防腐涂装是最经济有效、最简便实用、最普遍的一种方法。2.2 建筑钢结构防腐的主要方法2.2.1 耐候钢耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，一般含有磷、铜、镍、铬、钛等金属，使金属表面形成保护层，以提高耐腐蚀性。其低温冲击韧性也比一般的结构用钢好，执行标准为焊接结构用耐候钢(GB4172-84)。2.2.2 热浸锌热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65m，对厚板不小于86m，从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定。热浸锌的首道工序是酸洗除锈，然后是清洗。这两道工序不彻底均会给防腐蚀留下隐患，应避免设计出具有相贴合面的构件，以免贴合面的缝隙中酸洗不彻底或酸液洗不净。对于管形构件应该让其两端开敞，两端封闭会造成管内空气膨胀而使封头板爆裂，造成安全事故；一端封闭则锌液流通不畅，易在管内积存。2.2.3 热喷铝(锌)复合涂层这是一种与热浸锌防腐蚀效果相当的长效防腐蚀方法。具体做法是先对钢构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛。再用乙炔-氧焰将不断送出的铝(锌)丝融化，并用压缩空气吹附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝(锌)喷涂层(厚度约80m100m)。最后用油漆等涂料封闭毛细孔，形成复合涂层。此法无法在管状构件的内壁施工，因而管状构件两端必须做气密性封闭，以使内壁不被腐蚀。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制。另一优点是这种工艺的热影响是局部的，受约束的，因而不会产生热变形。与热浸锌相比，这种方法的缺点是工业化程度较低，喷砂喷铝(锌)的劳动强度大，质量易受操作者的情绪变化影响。2.3 建筑钢结构防火钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。2.4.3 充水法在空心钢构件内充水是抵御火灾最有效的方法，能使钢结构在火灾时保持较低的温度。水在结构构件内循环，受热的水可经冷却再循环，或由水管引入凉水来取代加热过的水。这种方法在国外被广泛地使用在钢柱的防护中。这种方法造价低，对空心钢构件的防渗漏、防腐蚀要求高，只适用于空心钢构件的保护。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。2.4.4 轻质防火厚板包覆法就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。采用无机防火板材对大型钢构件进行箱式包裹，如石膏板、蛭石板、无石棉硅酸钙隔热板等，包板的厚度根据耐火极限的要求而定。这种方法具有施工方便、装修面平整光滑、成本低、损耗小、无环境污染、施工周期短、耐老化等优点，推广前景好，是钢结构防火保护新的发展方向。2.4.5 复合保护法紧贴钢板用防火涂料或柔性毡状隔热材料，外用防火薄板作罩面板。这种方法适用于表面有装饰要求，一般用于需要粘贴柔性毡状隔热材料或涂敷厚质防火涂料的钢柱。83 工程实例3.1 工程概况重庆某大型车站钢结构工程,建筑钢结构根据设计要求所有钢构件彻底除锈之后，涂刷防腐油漆或防火涂料。钢框架构件主要由加工厂完成底漆和中漆，现场负责面漆防腐、防火，其中汽机钢屋架为现场制作，现场负责底漆、中间漆、面漆的防腐、防火，节点防腐也需经底漆、中间漆、面漆。钢梯、钢平台栏杆及外露铁件部件，基层除锈后涂刷防腐漆一道,再刷浅灰色调合漆两遍，油漆的使用年限及质量应符合国家标准的规定。4 结论国内外目前已有的钢结构防火涂料主要有两大类：非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料，前者防火效果较差，已逐渐被淘汰，而膨胀型钢结构防火涂料由美国ALBI化学公司于1948年首先发明。ALBI化学公司是世界上第一个生产水性、薄型、膨胀型钢结构防火涂料的企业。用于钢结构的膨胀型防火涂料主要有ALBI CLAD800和ALBI CLADTF两个产品，前者为溶剂型涂料，后者则为水性涂料。这两种防火涂料的特点为：1