高层钢结构的防护PPT（34页）

1、第六讲 高层钢结构的防护6.1 高层钢结构的防火技术6.1.1 建筑物的耐火等级与构件的耐火极限6.1.2 防火保护设计要点6.2 高层钢结构的防腐技术6.2.1 防腐方法6.2.2 涂料品种的选择6.2.3 涂层结构和涂层厚度设计要点6.2.4 除锈方法选择与除锈等级确定 建筑用钢材，在高温下强度降低，温度达400时屈服现象消失，强度明显降低，当温度450500时，钢材内部再结晶，强度急剧下降。当火灾发生时温度可达9001000，未加保护的钢结构耐火极限一般在0.25h左右。所以，必须采用防火保护措施，使建筑钢结构构件达到规范所规定的耐火极限。 高层建筑钢结构的防火设计应符合： 高层民用建筑

2、设计防火规范（GB50045-1995） 建筑设计防火规范（GBJ16-1987） 高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-1998）中部分相关条款6.1 高层钢结构的防火技术 为保证人员安全离开火场的必要时间，以减少伤亡，并争取建筑主体火灾之后基本保持完整以减少损失，高层建筑应具有一定的耐火能力。 我国高层民用建筑设计防火规范（GB50045-1995）根据建筑的使用性质、火灾的危险性、疏散和扑救难度将建筑分为以下两类，见表6-1。6.1.1 建筑物的耐火等级与构件的耐火极限表6-1 建筑物分类 6.1.1 建筑物的耐火等级与构件的耐火极限名称一类二类居住建筑高层住宅19层及19层以上普通住

3、宅1018层的普通住宅公共建筑医院、百货楼、展览楼、财政金融楼、电信楼、广播楼、省级邮政楼、高级旅馆重要的办公楼、科研楼、图书馆、档案楼建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、图书楼、档案楼等建筑高度不超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、图书楼、档案楼；省级以下的邮政楼等建筑物的耐火等级： 根据建筑的使用性质、重要程度、规模大小、层数多少和火灾危险性进行分级。我国划分为四个等级。 一类高层建筑的耐火等级为一级，二类则不能低于二级。与高层主体相连的附属部分可为二级，地下室均为一级。建筑构件的耐火等级： 建筑物是由建筑构件所组成，因此建筑物的耐火等级是确定建筑构件耐火等

4、级（以小时计）的依据。我国规范对建筑物各构件的耐火等级和燃烧性能分别作出规定，高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-1998）给出以下规定值，表6-2。6.1.1 建筑物的耐火等级与构件的耐火极限6.1.1 建筑物的耐火等级与构件的耐火极限表6-2 建筑构件的燃烧性能和耐火极限1. 防火保护材料的类型 常用的防火保护材料有：防火涂料、不燃性防火板材、水溶液和混凝土保护层等。1）防火涂料：专门用于喷涂钢结构构件表面，能形成耐火隔热保护层，以提高结构耐火等级的一种耐火材料。品种较多，通常根据高温下涂层变化情况分为膨胀型和非膨胀型两大系列。 膨胀型防火涂料：又称薄涂型防火涂料，厚度一般为27mm，

5、基料为有机树脂，遇火后会发泡膨胀，形成比原涂料层厚度大几十倍到数十倍的多孔碳质层，阻挡外部热源传热，用于钢结构防火，耐火极限可达0.51.5h，表6-3。6.1.2 防火保护设计要点 非膨胀型防火涂料：主要为无机绝热材料，遇火不膨胀，自身具有良好的隔热性，又称隔热性防火涂料、厚涂型防火涂料，厚度从850mm，耐火极限可达3h。 由于高层钢结构构件的耐火极限在1.5h以上，所以应该选用厚涂型防火涂料。2）不燃性防火板材：包括硬质板材和软质板材两类。硬质防火板材有石膏板、水泥蛭石板、硅酸钙板珍珠岩棉板等；软质防火板材有硅酸铝棉毡、岩棉毡、玻璃棉毡等。6.1.2 防火保护设计要点6.1.2 防火保护

6、设计要点耐火性能防火涂料类别有机薄涂型无机厚涂型涂层厚度/mm3 5.5 715 20 30 40 50耐火极限/h0.5 1.0 1.51.0 1.5 2.0 2.5 3.0表6-3 钢结构防火涂层厚度与耐火极限 2. 防火保护材料的选用原则 根据防火要求、施工技术条件和防火材料供应选用合适的防火材料，其原则是：良好的绝热性，导热系数低或热容量大；使用、火灾期间不开裂、不脱落，本身具有一定的强度和抗冲击能力，粘结强度大或固定牢靠；不腐蚀钢材，呈碱性且捋离子含量低；不含危害人体健康的石棉等物质；各项技术指标需经国家检测机构检测合格。6.1.2 防火保护设计要点3. 防火保护层厚度的确定 当选用

7、钢结构防火涂料，其涂层厚度可根据建筑构件的耐火极限按表6-3确定；当选用其它防火材料使，宜直接根据构件的耐火试验数据，或按照高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-1998）规定计算。1）梁、柱等构件的防火保护厚度 当构件的截面形状和尺寸与试验标准构件不同时，取（6-1）、（6-2）式较大值： 我国现行钢结构防火涂料应用技术条件（CECS24-1990）推荐的公式为（6-1）： 6.1.2 防火保护设计要点6.1.2 防火保护设计要点（6-1） 式中， 实际构件的防火保护层厚度； 钢梁单位长度的重量； 钢梁防火涂层接触面周长； 系数，对于钢梁取1.0，对相应楼层的钢柱取1.25，下标1、2分别

8、代表实际钢梁和试验标准钢梁。 6.1.2 防火保护设计要点 欧共体的相关规范推荐计算防火保护层厚度（仅适用于厚涂型钢结构防火涂料和不燃性防火板材保护的热轧非组合构件）计算公式（6-2）： （6-2） 式中， 构件的耐火极限； 钢材的临界温度，由荷载等级 查表6-4 而得； 为欠载系数，查表6-5所得； 为作用效应； 为构件在室温下的最大承载力，梁应为室温下的截面全塑性弯矩，柱应为室温下的临界屈曲荷载； 厚涂型钢结构防火涂料或不燃性板型材的导热系数，以实测值为准，或按表6-6采用； 构件的截面系数，等于周长/面积，或面积/体积，按照表6-7确定。 6.1.2 防火保护设计要点 表6-4 钢材的

9、临界温度6.1.2 防火保护设计要点 表6-5 构件的欠载系数 表6-6 各种防火材料在明火或高温下的热物理性质6.1.2 防火保护设计要点 表6-7 保护层覆盖的钢构件的截面系数6.1.2 防火保护设计要点 当保护层为重型材料或含水材料时，应按下式规定对厚度值修正：a）当 ，为重型材料，对 进行修正如下式（6-3）： （6-3） 式中， 钢材的比热容 ； 钢材的密度；防火保护材料的比热容和密度，取实测值，或按表6-6、6-8确定。 6.1.2 防火保护设计要点b）当含水保护材料的温度达100时，因水分蒸发而使构件温度滞后的值可按（6-4）式计算： （6-4） 式中， 防火保护材料的平衡含水率

10、，取实测值，或按表6-8确定。 6.1.2 防火保护设计要点 表6-8 各种防火保护材料的密度和平衡含水率2） 楼板的防火保护层厚度 楼板的防火保护层厚度，应符合下列规定：钢筋混凝土楼板的最小截面尺寸及保护层厚度，可以从高层民用建筑设计防火规范（GB50045-1995），建筑设计防火规范（GBJ16-1987）中查阅相关数据。压型钢板与混凝土组合楼板的保护层厚度，当压型钢板作为承重结构时，应进行防火保护，须满足表6-9的要求，若仅作模板使用，其下部可不做防火。6.1.2 防火保护设计要点4. 防火保护方法与构造 防火保护方法较多，常用的方法如下：1）喷涂法：将防火涂料直接喷涂于构件表面。特点

11、是施工简单，涂料种类多，用于梁、柱、楼板、屋盖，不足之处是喷涂时污染环境，材料损耗较大，装饰效果不理想。2）不燃性防火板材包覆法：采用不燃性防火板材包覆构件，当使用硬质板材时，可采用粘结剂或紧固件固定图6-1，6-2，当包覆层数大于12层时，各层板应分别固定，板缝错开，错开距离不宜小于400mm；当使用密度较小的软质防火材料时，应采用钢丝网将棉毡固定于钢构件上，并用金属板或其他装饰性板材包裹起来，图6-3。6.1.2 防火保护设计要点6.1.2 防火保护设计要点 图6-1 钢柱用防火板材防护 图6-2 钢梁用防火板材防护3）钢丝网抹灰防护法：在钢珠四周包以钢丝网，再缠上细钢丝，应在其外抹灰，边

12、角另加防护钢条，图6-4。4）外浇混凝土防护法：通过现浇混凝土或加气混凝土，将钢构件包裹在其中，图6-5。5）水冷却法：分为两种，一种是将空心的钢柱和钢梁连成管网，内装含有抗冻剂和防锈剂的水溶液，通过水泵或水受热温差进行水循环，效果最佳，但难度大，应用较少；另一种是采用自动喷淋系统，一旦火灾发生，传感元件启动，将水喷洒在构件表面上，主要适用于钢屋架的防火保护，可按国家标准自动喷水灭火系统设计规范（GBJ84）相关规定执行。6.1.2 防火保护设计要点6.1.2 防火保护设计要点 图6-3 钢柱用矿棉毡等包裹 图6-4 钢丝网抹灰防护6）使用耐火钢：刚才冶炼时，添加一定的微量元素来提高钢材本身的

13、耐火能力，可减少防火保护，增强钢结构抗火灾破坏。可减少防火涂层1/3以上，某些场合下甚至可以取消防火保护，节约防锈维护费用，具有显著的经济和社会效益。6.1.2 防火保护设计要点 图6-5 钢柱外浇混凝土防护 钢材的耐腐蚀性差，裸露的钢结构构件在大气环境下易生锈腐蚀，导致构件截面减小，降低承载力，影响结构使用寿命，所以建筑钢结构中的所有钢结构构件均应进行防锈处理，以保证其耐久性。6.2 高层钢结构的防腐技术6.2.1 防腐方法钢结构的防腐方法，可根据抗腐蚀机理分为以下几种。1）使用耐候钢：在钢材冶炼过程中，增加合金元素，使金属表面形成保护层，以提高钢材的抗锈蚀能力，低温冲击任性也得到增强。对于

14、处于强腐蚀环境中的建筑钢结构，宜使用耐候钢，目前的使用标准为焊接结构用耐候钢（GB/T4172-2000）。2）金属镀层保护：在金属表面施加镀层，采用电镀或热浸镀锌等方法，提高钢材的抗锈蚀能力。3）非金属涂层保护：在钢材表层涂以涂层，使钢材不受空气中的有害介质侵蚀，是较常用的方法。效果好，价格低廉，适应性强；但涂料的耐久性较差需定期进行维修，而且在刷涂料之前需要对钢材表面进行彻底清理，花费人力、物力。6.2.1 防腐方法4）阴极保护：在钢结构表面附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀，主要用于水下或地下结构。5）构造措施：除采用防锈措施之外，在构造上应避免出现难于检查、清理和刷漆之处，以及保留湿气和尘

15、土的凹槽；闭口构件应沿全长和端部焊接封闭。构造措施虽然不能直接防锈，但给钢结构提供了一个良好的环境，减缓钢结构的锈蚀速度，在设计过程中不容忽视。6.2.2 涂料品种的选择 防腐涂料品种繁多，性能用途各异，应视结构所处的环境、有无侵蚀介质以及建筑物的重要性而定。 一般分为底漆和面漆（有时含中间漆）。底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，主要起附着和防锈作用；面漆则基料多，成膜有光泽，保护底漆不受大气腐蚀，具有防腐、耐老化和装饰作用。涂料选择应注意涂料的配套性，最好选用同一厂家相同品牌和牌号的产品，使得面漆、底漆良好结合。 根据高层钢结构防火要求高的特点，应选用与防火涂料相配套的底漆，大多选用溶剂基无机

16、富锌底漆，防锈寿命长。6.2.3 涂层结构和涂层厚度设计要点 完整的涂层结构一般由多层底漆和面漆组成。设计上一般规定两遍底漆、两遍面漆，干漆膜厚度一般为100150m 。通常室外工程为150m，室内工程为125m，允许偏差为25m。在临海、海上或强烈腐蚀性大气中，厚度可加厚为200220m。 对于高层钢结构，当采用厚涂型防火涂料时，钢结构表面可仅涂两遍防锈底漆，其干漆膜总厚度一般为75100m。然后在其表面涂装防火涂料，既起防火作用，又可保护底漆。 涂层厚度用干漆膜测厚仪测定，并应满足设计规定和钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）的要求。6.2.3 涂层结构和涂层厚度设计要点

17、注意事项：1）结构的有些部位是禁止涂涂料的，在设计图中应予以注明，比如：地脚螺栓和底板；高强度螺栓摩擦接触面；与混凝土紧贴或埋入的部分（钢骨混凝土）；焊接封闭的空心界面内壁；工地焊接部位及两侧100mm，且要满足超声波探伤要求的范围（但需进行不影响焊接的防锈处理，比如除锈后涂欢氧富锌底漆）。2）工程安装完毕后，须对有些部位进行补漆，如接合部的外露部分、紧固件、工地焊接部位、运输和安装中的损坏部分。3）对于安装后涂装不到的构件部位，在安装前应预先刷好涂料。6.2.4 除锈方法选择与除锈等级确定 钢材的表面处理（主要是除锈）是涂装工程中的重要一环，将直接影响涂装质量。影响钢结构防腐涂层保护寿命的因素中，最主要的是钢材涂装前的表面涂装质量。现行钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）中规定了除锈方法与等级，表6-10。表6-10 钢结构除锈方法与除锈等级除锈方法喷射或抛射除锈手工和动力工具除锈除锈等级Sa2 SaSa3St2St3注：当材料和零件采用化学除锈方法时，应选用具备除锈、磷化、钝化两个以上功能的处理液，其质量应符合多功能钢铁表面处理液通用技术条件的规定 6.2.4 除锈方法选择与除锈等级确定1）除锈方法的选择钢结构的除锈方法主要有：手工和动力工具除锈：利用手工铲刀、钢丝刷和打磨机械。工具简单、费用低，但劳动