高层钢结构的防护

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450～500℃时，钢材内部再结晶，强度急剧下降。当火灾发生时温度可达900～1000℃，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层以上普通住宅10～18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2～7mm，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0.5～1.5h，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8～50mm，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/mm35.571520304050耐火极限/h0.51.01.51.01.52.02.53.0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，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.防火保偿护方法地与构造防火保状护方法倡较多，谢常用的物方法如粘下：1）喷涂佣法：将防月火涂驴料直应接喷粒涂于右构件刺表面险。特但点是伍施工既简单忍，涂博料种袋类多践，用海于梁词、柱牢、楼腾板、徒屋盖拒，不健足之飞处是岭喷涂满时污尿染环梁境，严材料福损耗乡丰较大绒，装些饰效期果不疮理想呢。2）不燃卧性防鸭火板映材包柴覆法送：采用塞不燃侮性防乒火板笋材包下覆构粗件，蚂当使跟用硬排质板化材时弓，可般采用膛粘结兄剂或斩紧固搭件固牌定图6-1，6-饭2，当包阅覆层数保大于12层时内，各友层板影应分明别固宝定，哭板缝莫错开拢，错拳开距元离不企宜小昌于400灶mm；当巨使用敲密度悉较小吉的软宽质防其火材缘瑞料时贪，应志采用尾钢丝揉网将栗棉毡愿固定麻于钢孟构件脂上，宽并用读金属渣板或鹅其他旁装饰辈性板鬼材包京裹起泰来，图6-3。6.1持.2防火记保护俊设计茫要点6.1仆.2防火炸保护离设计斧要点图6-浅1钢柱晕用防四火板共材防捷护图6-2钢梁锤用防蓄火板况材防抽护3）钢丝网悦抹灰防术护法：在钢珠洽四周包路以钢丝屑网，再息缠上细靠钢丝，胶应在其塌外抹灰牌，边角闲另加防框护钢条饲，图6-4。4）外浇混片凝土防喘护法：通过早现浇赖混凝懒土或展加气杏混凝裂土，损将钢围构件杠包裹时在其戚中，图6-5。5）水冷却认法：分为两种，一爆种是德将空拦心的枝钢柱液和钢矛梁连腰成管念网，唐内装给含有袖抗冻章剂和海防锈长剂的破水溶乖液，扁通过永水泵慰或水抛受热忙温差陕进行炸水循助环，亮效果商最佳踪蝶，但发难度抽大，肢应用洋较少澡；另乖一种避是采莲用自养动喷研淋系存统，纲一旦啄火灾胡发生罗，传录感元陶件启鸽动，付将水恳喷洒从在构猜件表宗面上伏，主存要适更用于田钢屋乎架的起防火珍保护史，可傅按国亿家标伏准《自动喷进水灭火胃系统设略计规范》（GB支J8头4）相关规仙定执行堵。6.犁1.肌2防火厉保护谣设计设要点6.朋1.秩2防火扰保护希设计蚁要点图6-补3钢柱专用矿训棉毡略等包练裹图6-4钢丝尊网抹盟灰防饮护6）使用耐远火钢：刚才净冶炼时臂，添加束一定的醉微量元睡素来提蜓高钢材狱本身的谣耐火能田力，可运减少防绸火保护咸，增强偿钢结构热抗火灾妈破坏。才可减少妄防火涂智层1/3以上，某收些场匙合下创甚至喊可以妙取消慢防火广保护哄，节档约防洋锈维培护费舍用，户具有遥显著古的经洪济和给社会境效益慢。6.1唐.2防火械保护偶设计竟要点图6-5钢柱外栏浇混凝收土防护钢材的耐腐蚀槐性差，裸透露的商钢结蹦构构雅件在俊大气夺环境翼下易语生锈午腐蚀董，导致构愧件截面蹈减小，茎降低承山载力，滤影响结饺构使用傲寿命，所以飘建筑钢策结构中逗的所有钢芽结构构李件均应相进行防愁锈处理，以保辰证其耐灯久性。6.砌2高层钢速结构的贴防腐技枝术6.2鼻.1防腐方挽法钢结六构的声防腐惕方法缎，可巾根据抗腐蚀冲机理分为里以下缝几种豪。1）使用耐铺候钢：在钢宇材冶炼父过程中糖，增加窜合金元模素，使算金属表万面形成色保护层阁，以提唤高钢材搅的抗锈退蚀能力述，低温迅冲击任端性也得弊到增强效。对于扯处于强孟腐蚀环辉境中的筑建筑钢宪结构，爪宜使用柄耐候钢征，目前踢的使用但标准为《焊接结谁构用耐书候钢》（GB/决T41该72-干200扑0）。2）金属镀壤层保护：在登金属睡表面肺施加拥镀层辣，采糠用电秒镀或丑热浸犬镀锌烂等方舟法，饼提高段钢材幼的抗求锈蚀所能力才。3）非金杰属涂姥层保完护：在稳钢材吗表层肉涂以沃涂层兄，使迎钢材片不受倡空气碧中的鸣有害佩介质刚侵蚀骡，是放较常么用的危方法方。效畏果好农，价桨格低亡廉，哨适应植性强支；但流涂料淋的耐覆久性假较差迹需定支期进凯行维六修，情而且还在刷荷涂料铁之前匠需要止对钢轻材表卸面进老行彻飞底清们理，歇花费箭人力炎、物欧力。6.2戏.1防腐程方法4）阴极保鸡护：在钢兆结构表扎面附加享较活泼击的金属山取代钢律材的腐拾蚀，主棚要用于缩慧水下或专地下结州构。5）构造佩措施：除哄采用狂防锈放措施迷之外踢，在贱构造照上应室避免网出现晶难于遭检查蚊、清走理和漆刷漆昂之处努，以解及保丈留湿伤气和押尘土逆的凹缸槽；匹闭口哑构件茶应沿冒全长世和端读部焊客接封况闭。构造措嗽施虽然陆不能直图接防锈群，但给好钢结构打提供了宏一个良朝好的环柿境，减璃缓钢结蝴构的锈评蚀速度冬，在设寒计过程辜中不容易忽视。6.2摧.2涂料启品种亚的选炸择防腐涂各料品种银繁多，股性能用餐途各异巧，应视在结构所怪处的环圆境、有秩无侵蚀善介质以方及建筑后物的重良要性而昨定。一般笼分为底漆和面漆（有盒时含中间度漆）。底漆含粉碗料多遭，基井料少挪，成吉膜粗拴糙，寨主要央起附着币和防塌锈作用双；面漆则基愈料多遣，成或膜有袜光泽环，保搞护底扩漆不砍受大古气腐迎蚀，稼具有防腐、赴耐老化价和装饰作用骂。涂捏料选幕择应蚂注意茫涂料笛的配储套性惑，最舒好选膛用同培一厂辱家相址同品北牌和驶牌号草的产输品，锋使得炭面漆伸、底色漆良提好结仍合。根据高崭层钢结炮构防火伞要求高赴的特点博，应选怜用与防妈火涂料馅相配套蓄的底漆瓜，大多岗选用溶剂晃基无沈机富曾锌底洒漆，防乘锈寿州命长签。6.著2.虫3涂层络结构狼和涂有层厚愤度设斩计要推点完整的央涂层结半构一般述由多层底漆和面漆组成拌。设态计上夹一般僵规定野两遍芽底漆绕、两只遍面蚁漆，烂干漆掌膜厚用度一友般为10够0～150μm。通额常室丛外工隶程为15什0μm，室羡内工烈程为12抵5μm，允许做偏差为25μm。在洁临海锣、海叫上或红强烈朱腐蚀敏性大碧气中嚷，厚械度可屯加厚线为20罗0～220μm。对于高育层钢结疾构，当帐采用厚涂惕型防驳火涂颜料时，钢重结构表猴面可仅病涂两遍铁防锈底躲漆，其采干漆膜知总厚度短一般为75～10犯0μm。然后排在其表偷面涂装饿防火涂想料，既错起防火桌作用，棒又可保痒护底漆痒。涂层厚浆度用干舍漆膜测围厚仪测鸦定，并红应满足杆设计规败定和《钢结构楚工程施应工质量描验收规燃范》（GB爷50慨20土5-夹20叼01）的要求恳。6.权2.堆3涂层结港构和涂听层厚度猴设计要隐点注意事跑项：1）结构的感有些部认位是禁日止涂涂等料的，蛇在设计秧图中应前予以注枪明，比如纺：地脚螺贵栓和底犁板；高扫强度螺罗栓摩擦屡接触面钟；与混豪凝土紧羊贴或埋兼入的部光分（钢膨骨混凝饿土）；做焊接封济闭的空睛心界面是内壁；劝工地焊寺接部位矮及两侧100爱mm，且违要满先足超摔声波继探伤豆要求流的范把围（伍但需赛进行捧不影帅响焊彼接的欠防锈锦处理晌，比甘如除篇锈后先涂欢娘氧富帮锌底吊漆）贪。2）工程微安装质完毕马后，佛须对物有些拨部位找进行右补漆，如接合馅部的灿外露乐部分拘、紧光固件疑、工摸地焊锋接部谦位、义运输裁和安造装中位的损苏坏部策分。3）对于丹安装娇后涂游装不宜到的裂构件侦部位咳，在苹安装岁前应哨预先克刷好夺涂料。6.勤2.劲4除锈辞方法黎选择达与除健锈等艰级确顺定钢材的锹表面处滥理（主要够是除锈）是东涂装说工程妹中的远重要鹊一环爱，将役直接站影响驻涂装娇质量物。影事响钢在结构待防腐毙涂层韵保护举寿命随的因上素中部，最希主要裤的是巨钢材商涂装残前的量表面薪涂装素质量甜。现领行《钢结构患工程施例工质量响验收规柿范》（GB址50遥20降5-非20蜓01）中规定改了除锈泉方法与葵等级，表6-丛10。表6-1妙0钢结治构除卧锈方死法与欠除锈恼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

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