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.防火保护护层厚度度的确定定当选用钢钢结构防防火涂料料，其涂涂层厚度度可根据据建筑构构件的耐耐火极限限按表6-3确定；当当选用其其它防火火材料使使，宜直直接根据据构件的的耐火试试验数据据，或按按照《高层民用用建筑钢钢结构技技术规程程》（JGJ99-1998）规定计算算。1）梁、柱柱等构件件的防火火保护厚厚度当构件的的截面形形状和尺尺寸与试试验标准准构件不不同时，，取（6-1）、（6-2）式较大值：我国现行《钢结构防火涂涂料应用技术术条件》（CECS24-1990）推荐的公式为为（6-1）：6.1.2防火保护设计计要点6.1.2防火保护设计计要点（6-1）式中，——实际构件的防防火保护层厚厚度；——钢梁单位长度度的重量；——钢梁防火涂层层接触面周长长；——系数，对于钢钢梁取1.0，对相应楼层层的钢柱取1.25，下标1、2分别代表实际际钢梁和试验验标准钢梁。。6.1.2防火保护设计计要点欧共体的相关关规范推荐计计算防火保护护层厚度（仅仅适用于厚涂涂型钢结构防防火涂料和不不燃性防火板板材保护的热热轧非组合构构件）计算公公式（6-2）：（6-2）式中，——构件的耐火极极限；——钢材的临界温温度，由荷载载等级查表6-4而得；为欠欠载系数，查查表6-5所得；为为作用效应应；为为构件在室温温下的最大承承载力，梁应应为室温下的的截面全塑性性弯矩，柱应应为室温下的的临界屈曲荷荷载；——厚涂型钢结构构防火涂料或或不燃性板型型材的导热系系数，以实测测值为准，或或按表6-6采用；——构件的截面系系数，等于周周长/面积，或面积积/体积，按照表6-7确定。6.1.2防火保护设计计要点表6-4钢材的临界界温度6.1.2防火保护设计计要点表6-5构件的欠载系系数表6-6各种防火材料料在明火或高高温下的热物物理性质6.1.2防火保护设计计要点表6-7保护层覆盖的的钢构件的截截面系数6.1.2防火保护设计计要点当保护层为重重型材料或含含水材料时，，应按下式规规定对厚度值值修正：a）当，，为重重型材料，对对进进行修正如下下式（6-3）：（6-3）式中，——钢材的比热容容；——钢材的密度；；——防火保护材料料的比热容和和密度，取实实测值，或按按表6-6、6-8确定。6.1.2防火保护设计计要点b）当含水保护护材料的温度度达100℃时，因水分蒸蒸发而使构件件温度滞后的的值可按（6-4）式计算：（6-4）式中，——防火保护材料料的平衡含水水率，取实测测值，或按表6-8确定。6.1.2防火保护设计计要点表6-8各种防火保护护材料的密度度和平衡含水水率2）楼板的防防火保护层厚厚度楼板的防火保保护层厚度，，应符合下列列规定：钢筋混凝土楼板板的最小截面尺尺寸及保护层厚厚度，可以从《高层民用建筑设设计防火规范》（GB50045-1995），《建筑设计防火规规范》（GBJ16-1987）中查阅相关数据据。压型钢板与混凝凝土组合楼板的的保护层厚度，，当压型钢板作作为承重结构时，应进行防火火保护，须满足足表6-9的要求，若仅作模板使用，其下部可不做做防火。6.1.2防火保护设计要要点4.防火保护方法与与构造防火保护方法较较多，常用的方方法如下：1）喷涂法：将防火涂料直接接喷涂于构件表表面。特点是施施工简单，涂料料种类多，用于于梁、柱、楼板板、屋盖，不足足之处是喷涂时时污染环境，材材料损耗较大，，装饰效果不理理想。2）不燃性防火板材材包覆法：采用不燃性防火火板材包覆构件件，当使用硬质质板材时，可采采用粘结剂或紧紧固件固定图6-1，6-2，当包覆层数大大于12层时，各层板应应分别固定，板板缝错开，错开开距离不宜小于于400mm；当使用密度较较小的软质防火火材料时，应采采用钢丝网将棉棉毡固定于钢构构件上，并用金金属板或其他装装饰性板材包裹裹起来，图6-3。6.1.2防火保护设计要要点6.1.2防火保护设计要要点图6-1钢柱用防火板材材防护图6-2钢梁用防火板材材防护3）钢丝网抹灰防护护法：在钢珠四周包以以钢丝网，再缠缠上细钢丝，应应在其外抹灰，，边角另加防护护钢条，图6-4。4）外浇混凝土防护护法：通过现浇混凝土土或加气混凝土土，将钢构件包包裹在其中，图6-5。5）水冷却法：分为两种，一种是将空心心的钢柱和钢梁梁连成管网，内内装含有抗冻剂剂和防锈剂的水水溶液，通过水水泵或水受热温温差进行水循环环，效果最佳，，但难度大，应应用较少；另一一种是采用自动动喷淋系统，一一旦火灾发生，，传感元件启动动，将水喷洒在在构件表面上，，主要适用于钢钢屋架的防火保保护，可按国家家标准《自动喷水灭火系系统设计规范》（GBJ84）相关规定执行。。6.1.2防火保护设计要要点6.1.2防火保护设计要要点图6-3钢柱用矿棉毡等等包裹图6-4钢丝网抹灰防护护6）使用耐火钢：刚才冶炼时，，添加一定的微微量元素来提高高钢材本身的耐耐火能力，可减减少防火保护，，增强钢结构抗抗火灾破坏。可可减少防火涂层层1/3以上，某些场场合下甚甚至可以以取消防防火保护护，节约约防锈维维护费用用，具有有显著的的经济和和社会效效益。6.1.2防火保护护设计要要点图6-5钢柱外浇浇混凝土土防护钢材的耐腐蚀性性差，裸露的的钢结构构构件在在大气环环境下易易生锈腐腐蚀，导致构件件截面减减小，降降低承载载力，影影响结构构使用寿寿命，所以建建筑钢结结构中的的所有钢结结构构件件均应进进行防锈锈处理，以保证证其耐久久性。6.2高层钢结结构的防防腐技术术6.2.1防腐方法法钢结构的的防腐方方法，可可根据抗腐蚀机机理分为以下下几种。。1）使用耐候候钢：在钢材材冶炼过过程中，，增加合合金元素素，使金金属表面面形成保保护层，，以提高高钢材的的抗锈蚀蚀能力，，低温冲冲击任性性也得到到增强。。对于处处于强腐腐蚀环境境中的建建筑钢结结构，宜宜使用耐耐候钢，，目前的的使用标标准为《焊接结构构用耐候候钢》（GB/T4172-2000）。2）金属镀层层保护：在金属属表面施施加镀层层，采用用电镀或或热浸镀镀锌等方方法，提提高钢材材的抗锈锈蚀能力力。3）非金属涂层保保护：在钢材表层层涂以涂层，，使钢材不受受空气中的有有害介质侵蚀蚀，是较常用用的方法。效效果好，价格格低廉，适应应性强；但涂涂料的耐久性性较差需定期期进行维修，，而且在刷涂涂料之前需要要对钢材表面面进行彻底清清理，花费人人力、物力。。6.2.1防腐方法4）阴极保护：在钢结构表表面附加较活活泼的金属取取代钢材的腐腐蚀，主要用用于水下或地地下结构。5）构造措施：除采用防防锈措施之之外，在构构造上应避避免出现难难于检查、、清理和刷刷漆之处，，以及保留留湿气和尘尘土的凹槽槽；闭口构构件应沿全全长和端部部焊接封闭闭。构造措施虽虽然不能直直接防锈，，但给钢结结构提供了了一个良好好的环境，，减缓钢结结构的锈蚀蚀速度，在在设计过程程中不容忽忽视。6.2.2涂料品种的的选择防腐涂料品品种繁多，，性能用途途各异，应应视结构所所处的环境境、有无侵侵蚀介质以以及建筑物物的重要性性而定。一般分为底漆和面漆（有时含中间漆）。底漆含粉料多，，基料少，，成膜粗糙糙，主要起起附着和防锈锈作用；面漆则基料多，，成膜有光光泽，保护护底漆不受受大气腐蚀蚀，具有防腐、耐老老化和装饰饰作用。涂料料选择应注注意涂料的的配套性，，最好选用用同一厂家家相同品牌牌和牌号的的产品，使使得面漆、、底漆良好好结合。根据高层钢钢结构防火火要求高的的特点，应应选用与防防火涂料相相配套的底底漆，大多多选用溶剂基无机机富锌底漆漆，防锈寿命命长。6.2.3涂层结构和和涂层厚度度设计要点点完整的涂层层结构一般般由多层底漆和面漆组成。设计计上一般规规定两遍底底漆、两遍遍面漆，干干漆膜厚度度一般为100～150μm。通常室外外工程为150μm，室内工程程为125μm，允许偏差差为25μm。在临海、、海上或强强烈腐蚀性性大气中，，厚度可加加厚为200～220μm。对于高层钢钢结构，当当采用厚涂型防火火涂料时，钢结构构表面可仅仅涂两遍防防锈底漆，，其干漆膜膜总厚度一一般为75～100μm。然后在其其表面涂装装防火涂料料，既起防防火作用，，又可保护护底漆。涂层厚度用用干漆膜测测厚仪测定定，并应满满足设计规规定和《钢结构工程程施工质量量验收规范范》（GB50205-2001）的要求。6.2.3涂层结构和和涂层厚度度设计要点点注意事项：：1）结构的有些些部位是禁禁止涂涂料料的，在设设计图中应应予以注明明，比如：地脚螺栓和和底板；高高强度螺栓栓摩擦接触触面；与混混凝土紧贴贴或埋入的的部分（钢钢骨混凝土土）；焊接接封闭的空空心界面内内壁；工地地焊接部位位及两侧100mm，且要满足足超声波探探伤要求的的范围（但但需进行不不影响焊接接的防锈处处理，比如如除锈后涂涂欢氧富锌锌底漆）。。2）工程安装完完毕后，须须对有些部部位进行补补漆，如接合部的外外露部分、、紧固件、、工地焊接接部位、运运输和安装装中的损坏坏部分。3）对于安装后后涂装不到到的构件部部位，在安安装前应预预先刷好涂涂料。6.2.4除锈方法选选择与除锈锈等级确定定钢材的表面面处理（主要是除锈）是涂装工工程中的重重要一环，，将直接影影响涂装质质量。影响响钢结构防防腐涂层保保护寿命的的因素中，，最主要的的是钢材涂涂装前的表表面涂装质质量。现行行《钢结构