浅谈钢结构厂房的防腐与防火设计与施工

1、浅谈轻钢结构厂房建设过程中应注意的几个问题作者：马瑞鹏工作单位：中国电子系统工程第四建设有限公司摘要：本文首先从理论上分析了轻钢结构的几点不足，继而相应地提出了其在基础施工、防腐、防火处理中应注意的几个问题。Abstract: This article first theoretically analyzed light steel structure several spots to be insufficient, subsequently correspondingly proposed it several questions which in the foundation const

2、ruction, the anticorrosion, fire-resistance processing should pay attention.目录1. 轻钢结构基础的施工 31.1与传统混凝土结构的基础不同之处 31.2轻钢结构基础施工应注意的几个问题 42. 钢结构的防腐处理 52.1钢结构的腐蚀机理 52.2. 钢结构防腐应注意的几个问题53. 钢结构的防火处理63.1钢结构防火设计的一般规定 73.2钢结构构件的防火设计原则 73.3常用的防火措施 7关键词（Key word ）：刚接（Hinged point）；铰接（Joint ）；防腐（Anticorrosion ）；耐火

3、极限（Duration of fire-resistance）引言：相对于钢筋混凝土而言，建筑钢材具有强度高、塑性韧性好、自重轻等特点，更适合建造跨度大、高度高、承载重的结构，再加上钢结构具有制作简便、施工工期短的优势，所以随着我们国家经济实力的日渐增长，钢结构在建筑业中得到更为广泛应用。但是钢结构相对于钢筋混凝土结构，也有也有自己的弱点和不足，如钢材耐腐蚀、耐锈蚀能力性差，自身防火能力差等；所以我们在建设过程中应注意以下几个问题。正文：1. 轻钢结构基础的施工1.1与传统混凝土结构的基础不同之处1 混凝土结构的基础，通过预留插筋的方式连接上部结构，而轻钢结构基础，则通过预埋锚栓的方式进行连接

4、。2 轻钢结构基础与上部结构是二次施工完成的，其间存在连接问题。1 混凝土结构柱脚均为刚接，即同时存在轴向力N 、水平剪力V 和弯矩M ，故基础尺寸较大。23 轻钢结构常见的柱脚型式有刚接和铰接两种，其受力是不同的。对于铰接柱脚，只存在轴向力N 和水平力V ；对于刚接柱脚，除存在轴向力N 和水平力V 之外，还存在一定的弯矩M ，从而使刚接柱脚的基础大于铰接柱脚。刚接或铰接柱脚关键取决于锚栓布置，铰接柱脚一般采用两个锚栓，以保证其充分转动，但有时考虑锚栓质量问题，若一个锚栓质量不保证，会对整个结构受力产生较大影响，所以为安全起见，也可布置四个锚栓，但锚栓尽量接近，以保证柱脚转动；刚接柱脚一般采用

5、四个或四个以上锚栓连接。但锚栓尽量放远，以保证柱脚不能转动。1 对于混凝土结构基础，通常柱网尺寸较小，故柱底水平力相对较小，基础一般不会产生滑移现象，又由于上部结构自重很大，足以抵抗风荷载作用下产生的上拔力，故基础也不会产生上拔的可能，对于这种结构，基础主要发生冲切、剪切破坏；2 轻钢结构基础，基础除发生冲切、剪切破坏之外，由于存在较大的水平力，对于固接柱脚，还存在较大的弯矩作用，从而导致基础产生倾覆和滑移破坏，另外，在风荷载较大的情况下，特别对于一些敞开或半敞开的结构，由于轻钢结构自重很轻，有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力，导致基础上拔破坏。为防止这些破坏的发生，最经济有效的方法是增加基础

6、埋深，即增加基础上覆土的厚度，但增加了土方开挖和回填工程量。另外对于轻钢结构基础，还须预埋锚栓（也称地脚螺栓），用于上部结构和基础的连接，若锚栓离混凝土基础边缘太近，会产生基础劈裂破坏，所以我国钢结构设计规范规定了锚栓离混凝土基础边缘的距离不得小于150mm ；若锚栓长度过短，会使锚栓从基础中拔出，导致破坏，所以规范也规定了锚栓埋入长度。1.2轻钢结构基础施工应注意的几个问题根据基础的刚接和铰接的受力不同，所以锚栓的施工布置必须保证严格按图施工。如下图： 钢筋混凝土基础施工完毕，必须及时回填土，防止钢结构安装后混凝土基础产生倾覆和滑移破坏。我国钢结构设计规范是不允许锚栓抗剪的，剪力是通过底板和

7、基础顶面的摩擦力来传递的，若不满足要求则须设抗剪键。所以无论铰接和刚接接柱脚，锚栓都必须拧紧。尤其是刚接接柱脚，为保证弯矩传递，施工完毕后须进行全数检验。2. 钢结构的防腐处理钢材耐腐蚀性和耐锈蚀性差能较。据发达国家的不完全统计，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的。钢结构的腐蚀不仅造成经济损失，也给结构的安全带来隐患，由于钢锈蚀而导致的工程事故也屡见不鲜。因此钢结构（特别是薄壁钢构件）的防腐处理必须搞好。2.1钢结构的腐蚀机理常温下钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢结构在常温大气环境中使用，钢材受大气中水分、氧和其他污染物（未清理干净的焊渣、锈层、表面污物）的作用而被腐蚀。大气的相对湿

8、度在60以下时，钢材的腐蚀是很轻微的；但当相对湿度增加到某一数值时，钢材的腐蚀速度突然升高，这一数值称为临界湿度。常温下，一般钢材的临界湿度为6070。当空气被污染或在沿海地区空气中含盐时，临界湿度都很低，钢材表面容易形成水膜。此时焊渣和未处理干净的锈层（氧化铁皮）作为阴极，钢结构构件（母材）作为阳极在水膜中发生电化学腐蚀。大气中的水分吸附在钢材表面形成的水膜是造成钢材腐蚀的决定因素；大气的相对湿度和污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素。高温下钢铁的腐蚀主要是化学腐蚀。高温状态下，水以气态存在，电化学作用很小，降为次要因素。金属和干燥气体（如O 2、H 2S 、SO 2、Cl 2等）相接触

9、，表面生成相应的化合物（氯化物、硫化物、氧化物），形成对钢材的化学腐蚀。2.2. 钢结构防腐应注意的几个问题钢材加工后到出厂，构件表面会不可避免的沾有油污、水分、灰尘等污染物以及存在毛刺、氧化铁皮、锈层等表面缺陷。而污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素。表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，无法达到预期的防护效果。因此，的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，有时甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大，应给与足够的重视。要考虑结构所处的使用条件及选用涂料的范围的一致性，根据腐蚀介质的情况（种类、温度和浓度）气相或液相，湿热地区或干燥地区等条件进行

10、选用。对于有酸性介质，可采用耐酸性能较好的酚醛树脂漆，而对于碱性介质，则应采用耐碱性较好的环氧树脂漆。要考虑施工条件的可能性。有的宜刷涂，有的宜喷涂，有的自然干燥成膜等等。对于一般情况，宜用干燥、便于喷刷的冷固型涂料。要考虑涂料的正确配套。由于大部分涂料是有机胶状物质为基料，涂料每涂一层结成薄膜后，难免有许多异常细小的微孔，腐蚀介质仍有可能渗入侵蚀钢铁。因此，目前涂料的施工都不是涂单层，而是涂多层，目的在于将微孔减少到最低限度。底漆和面漆之间应有良好的适应性。如过氯乙烯漆与磷化底漆或铁红醇酸底漆配套使用， 才能得到很好的效果，而不能与油性底漆（如油性红丹漆）配套使用。因为过氯乙烯漆中含有强溶剂

11、，会破坏底漆漆膜。底漆中粉料多，基料少，成膜粗糙，底漆的功能是使漆膜与基层和面漆结合牢固，即就是要有好的附着力；底漆还有阻蚀性颜料，可以阻止锈蚀的发生，有的还能对金属起钝化和电化学保护作用，防止金属生锈。要达到良好的防腐效果，在选择恰当、高性能涂料的同时，对于涂料的厚度亦有一定的要求。如果涂层厚度薄或不均匀，钢材表面毛刺的高峰会露出涂层，涂层就会有针孔，这时水中的氧、氯离子、水分子等会穿过这些薄弱的地方，使钢铁生锈腐蚀，腐蚀产物体积膨胀，形成锈包，逐渐扩大，最后涂层起泡脱落 对于一般涂装要求的构件，并采用手工及动力工具除锈时，可采用两道底漆、两道面漆的做法；对涂装要求较高的构件，并采用喷射除锈

12、时，宜采用2遍底漆，12遍中间漆及2遍面漆的做法。涂层干漆膜总厚度不宜小于120m （弱侵蚀）及150m （中等侵蚀）、200m （较强侵蚀的重要构件）。需加重防腐的部位，可适当增加涂层厚度2060m 。厚度要均匀、连续完整、无针孔，方可取得良好的防腐效果。3. 钢结构的防火处理钢结构虽然具有独特的优越性，它适用于各种工程结构，但钢结构耐火性能差早已为人们所熟知，钢材虽为非燃烧材料，但却易导热、怕火烧，其耐火极限仅为1520分钟。在火灾的温度下，未加防火保护的钢结构，当结构温度达到350、500、600时，其强度分别下将1/3、1/2、2/3，当结构温度达到600以上时，将完全丧失承载能力。因

13、此，在火灾作用下，钢结构不可避免地会发生扭曲变形，最终导致垮塌毁坏。钢结构的防火包括钢结构的防火设计和钢结构的防火保护措施。钢结构防火设计的实质是：选定保护材料及所需厚度，从而使结构在火灾中的升温不超过其临界温度而确保耐火稳定性。防火设计的目标就是使结构构件的实际耐火时间大于或等于规定的耐火极限。3.1钢结构防火设计的一般规定钢结构的防火设计应符合国家建筑设计防火规范GBJ1687（2001修订版）、高层民用建筑设计防火规范GB50045及石油化工企业设计防火规范GB50160、高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99等的有关规定。建筑师应慎重并合理地确定工业建筑的防火类别与建筑物的防火等级，必要

14、时应与消防部门共同商定设防标准。3.2钢结构构件的防火设计原则：是在设计所采用的防火措施的条件下，能保证构件在所规定的耐火极限时间内，其承载力仍不小于各种作用和组合效应。建筑物等级所要求承重构件耐火极限如表12。 3.3常用的防火措施如：单面屏蔽法；浇筑混凝土或耐火砖等，比较常见的是以下两种：1 对于有防火与装饰要求时办公与居住建筑等的钢结构，可在钢结构表面做除锈及涂底漆（粘贴面不可涂底漆）后，采用防火板（如ALC 板）等专用的、可模制定型的装饰性板材外包防火构造。2 对无装饰要求的工业与民用建筑钢结构，可根据造价、施工条件等因素采用防火板材外包防火构造。防火用板材分为两类：一类为密度大、强度

15、高的薄板，如短纤维增强的各种水泥压力板（包括TK 板、FC 板等）、纸面石膏板、以及各种玻璃布增强的无机板（俗称无机玻璃钢）；另一类是密度较小的厚板，如轻质（或超轻质）硅酸钙防火板（如KB 板）及膨胀蛭石防火板。板材不同厚度与不同构造的耐火性能、时限等，均应有国家检测机构的检测认定。防火板由工厂加工，它的表面平整，装饰性好，施工为干作业。用于钢结构防火具有占用空间少、综合造价低的特点。这是目前通常采用的防火措施。将防火涂料涂抹在构件表面，这种方法施工方便，重量轻、耐火时间长，可以涂抹于构件的任何位置，不受截面形状的限制，具有较好的经济性和实用性。下面将重点介绍钢结构的防火涂料。钢结构防火涂料的

16、类型可根据不同的方法来定义：从所用溶剂来分，可分为溶剂型和水基型钢结构防火涂料；从使用范围分，可分为室内和室外钢结构防火涂料；根据防火机理分，可分为非膨胀型和膨胀型钢结构防火涂料；根据涂层厚度来分，可分为厚型、薄型、超薄型钢结构防火涂料。钢结构防火涂料的技术性能，应符合下表114 结构防火涂料，不包括室外钢结构防火涂料的技术要求。2. 超薄型钢结构防火涂料比普通膨胀性防火涂料涂层更薄，其装饰性和耐火性能更好，其涂层外观完全类同于一般饰面型涂料，既可喷涂也可手工涂刷。由于国内目前处于起步阶段，尚无正式标准。通常将3mm 涂层厚，耐火极限不低于90分钟的膨胀型防火涂料称之为超薄型钢结构防火涂料。1

17、 厚型钢结构防火涂料：所谓厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度在850毫米的涂料，这类钢结构防火涂料的耐火极限可达0.53小时。在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢件。这类钢结构防火涂料是用合适的粘结剂，再配以无机轻质材料，增强材料组成。与其他类型的钢结构防火涂料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外，由于它从基料到大多数添加剂都是无机物，因此它还具有成本低廉这一突出特点。该类钢结构防火涂料施工采用喷涂，一般多应用在耐火极限要求2小时以上的室内钢结构上。但这类产品由于涂层厚，外观装饰性相对较差。2 薄型钢结构防火涂料：涂层使用厚度在37毫米

18、的钢结构防火涂料称为薄型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升，保护钢构件。这类钢结构涂料一般是用适当的乳胶聚合物作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这种类型防火涂料，要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好的附着力，耐久性和耐水性好。该类钢结构防火涂料在生产过程中一般都分为三步：第一步先将各种阻燃添加剂分散在水中，然后研磨成规定细度的浆料，第二步再用基料(乳液 进行配漆，第三步在浆料中配以无机轻质材料、增强材料等搅拌均匀。该涂料一般分为底层(隔热层 和面层(装饰层 ，其装饰性比厚型好，施工采用喷涂，一般使用在耐火极限要求不超过2小时的建筑钢结构

19、上。3 超薄型钢结构防火涂料：超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3毫米的钢结构防火涂料，这类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热层，是近几年发展起来的新品种。它可采用喷涂、刷涂或滚涂施工，一般使用在要求耐火极限2小时以内的建筑钢结构上。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型膨胀钢结构防火涂料粘度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出优点。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求，特别是对裸露的钢结构，这类涂料是目前备受用户青睐的钢结构防火涂料。为了赶上或超过国外同类产品，满足市场的需要，研制和开发高耐候性的室外超薄型钢结构防火涂料是今后发展的方向。1 实际工程中选用的

20、防火涂料必须有国家检测机构对其耐火性能认可的检测报告及生产许可证。2 民用建筑及大型公用建筑的承重钢结构宜采用防火涂料防火，一般应由建筑师与结构工程师按建筑物耐火等级及耐火时限，根据钢结构防火涂料应用技术规范CECS24，选用涂料的类别（薄涂型或厚涂型）及构造做法。3 选用时宜优先选用薄涂型防火涂料，选用厚涂型涂料时，其外需做装饰面层隔护。装饰要求较高的部位可选用超薄型防火涂料。4 防火涂料的厚度，宜直接采用实际构件的耐火试验数据。当构件的截面尺寸或形状与试验标准构件不同时，应按现行钢结构防火涂料应用技术规程CECS24附录三的方法，推算所需防火涂层厚度。5 室外环境的钢结构，一般不考虑防火保护。但石化企业的室内、外应按石油化工企业设计防火规范的规定进行防火防护设计。当室外钢结构需防火保护时，应采用专用的露天用防火涂料，并以防锈底漆打底。6 不得将饰面型防火涂料（适用于基材为可燃材料的木结构）用于钢结构的的防火保护。7 重要的钢柱构件采用防火涂料保护时，一般应采用厚涂型防火涂料，且节点部位宜做加厚处理。当所用防火涂料的粘接强度小于0.05Mpa 时，涂层内应设置与钢构件相连接的钢丝网。8 承重钢梁构件采用厚涂型防火涂料时，其重要节点部位宜加厚处理。当为下列任意中情况时，涂层内应设与钢梁相连