鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐除銹及防火策略論文

　　當(dāng)前在推行建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化及其鋼結(jié)構(gòu)建筑中，人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐和防火長(zhǎng)效性有誤區(qū)。有人認(rèn)為，目前我國(guó)的現(xiàn)行防腐和防火技術(shù)耐久性不夠，不能滿足鋼結(jié)構(gòu)工程的需要，有的甚至認(rèn)為推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐防火是一個(gè)不可逾越的“障礙”.對(duì)此誤區(qū)我們不能沉默，它直接影響鋼結(jié)構(gòu)建筑的推廣應(yīng)用，我們?cè)诖酥販劁摬姆栏�防火基本知識(shí)，旨在技術(shù)交流。

　　一、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與環(huán)境有關(guān)

　　鋼材腐蝕與相對(duì)濕度和大氣中侵蝕性物質(zhì)含量密切相關(guān)，從“鋼材腐蝕與大氣相對(duì)濕度”關(guān)系圖1中可見(jiàn)，只有在濕度超過(guò)70%時(shí)才發(fā)生值得重視的腐蝕。大氣相對(duì)濕度及侵蝕介質(zhì)（如二氧化硫等）的含量是影響鋼材腐蝕的主要因素。根據(jù)這些影響因素的程度不同，無(wú)保護(hù)鋼材的年腐蝕速度如表1所示。我國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求“設(shè)計(jì)中一般不應(yīng)因考慮銹蝕而加大鋼材截面的厚度”.

　　二、鋼結(jié)構(gòu)建筑沒(méi)有維修先例

　　在人類居住、辦公建筑的室內(nèi)環(huán)境中，不存在高濕度的或高含量的侵蝕性氣體，屬于一類建筑環(huán)境，民用建筑鋼結(jié)構(gòu)僅做規(guī)范規(guī)定的一般性防腐即可，再加上防火層和裝修層的保護(hù)，防腐涂料沒(méi)有遭到破壞、也沒(méi)有紫外線照射的老化，防腐涂層得到長(zhǎng)期保護(hù)，與氧氣隔絕，鋼材不能被氧化，無(wú)需在使用中對(duì)防腐層進(jìn)行維修。世界上也沒(méi)有維修先例。

　　美 國(guó) 紐 約 帝 國(guó) 大 廈（Empire StateBuilding），是位于美國(guó)紐約市的一棟著名的摩天大樓，由Shreeve, Lamb, and Harmon建筑公司設(shè)計(jì)，1930年動(dòng)工，1931年落成，只用了410天，全鋼結(jié)構(gòu)102層、高384米，從1931年建成至今仍正常使用，未曾見(jiàn)到報(bào)道這座鋼結(jié)構(gòu)建筑每隔幾年就要大修一次。

　　芝加哥的漢考克大廈（John Hancock Center）樓 高343.5米（1,127英 尺）， 加 上 天 線 高 達(dá)457.2米，地上100層，總樓面面積260,126平方米，1965年開(kāi)工，1969年完工，是當(dāng)時(shí)紐約之外全世界最高的摩天大樓，主要構(gòu)件的鋼材屈服強(qiáng)度為350MPa.從1969年建成至今仍正常使用，也未曾見(jiàn)報(bào)道這座鋼結(jié)構(gòu)建筑每隔幾年就要大修一次。

　　北京長(zhǎng)富宮飯店于1987年建造，全鋼結(jié)構(gòu)，地下2層、地上25層，高91m,純鋼框架結(jié)構(gòu)，主要鋼材SM490A（屈服強(qiáng)度為325MPa），標(biāo)準(zhǔn)層高3.3m,主要柱網(wǎng)8m×9.8m,外墻采用帶面磚的預(yù)制混凝土掛板，是我國(guó)早期的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑。賓館建筑每個(gè)房間都有用水設(shè)備。從1987年建成至今仍正常使用，也未曾見(jiàn)報(bào)道這座鋼結(jié)構(gòu)建筑每隔幾年就要大修一次。

　　從國(guó)外到國(guó)內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)建筑從未進(jìn)行過(guò)也沒(méi)考慮過(guò)要在使用中去“維護(hù)”鋼結(jié)構(gòu)的防腐刷漆問(wèn)題，若真是那樣，鋼結(jié)構(gòu)就沒(méi)有在建筑中使用的價(jià)值。

　　總之，鋼結(jié)構(gòu)建筑在人類生存環(huán)境中按現(xiàn)行規(guī)范一次性做好防腐，就能達(dá)到長(zhǎng)效防腐的效果，不需要中途把建筑拆除進(jìn)行維護(hù)。要是“信不過(guò)”,那就做鍍鋅防腐，輸電鋼塔常年在崇山峻嶺中屹立，未見(jiàn)鋼塔因銹蝕倒塌，鋼塔只不過(guò)做了鍍鋅防腐即可長(zhǎng)效防腐；要是還“信不過(guò)”,那就用艦船防腐涂料吧，潛艇常年浸泡在海水里不是也有辦法防腐嗎？科學(xué)是追求簡(jiǎn)單化，夠用就行了，建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的防腐采用現(xiàn)行建筑規(guī)范做法是完全能滿足長(zhǎng)效防腐要求的。

　　三、鋼結(jié)構(gòu)的防腐除銹是關(guān)鍵

　　實(shí)踐中有些因施工質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)返銹現(xiàn)象，主要是鋼材除銹不徹底或帶秀刷漆造成的。我們知道，涂層的防護(hù)作用程度和防護(hù)時(shí)間長(zhǎng)短取決于涂層質(zhì)量，而涂層質(zhì)量受到表面處理（防銹質(zhì)量）、涂層厚度（涂裝道數(shù)）、涂料品種、施工質(zhì)量等因素的影響，這些因素的影響程度大致為表2所示。鋼材只有經(jīng)過(guò)表面徹底清理去除鐵銹、軋屑和油類等污染物，底層涂料才能永久地附著于鋼材上并對(duì)它起有效的保護(hù)作用。除銹方法和除銹等級(jí)見(jiàn)表3所示。

　　由于各國(guó)制定鋼材表面除銹等級(jí)時(shí)，基本上都是采用美國(guó)和瑞典的除銹標(biāo)準(zhǔn)作為藍(lán)本，因此各國(guó)的除銹等級(jí)大體上是對(duì)應(yīng)采用的，我國(guó)與瑞典完全一致。

　　除銹等級(jí)的確定是涂裝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。由于鋼材表面處理是影響涂層質(zhì)量的主要因素，所以合理的正確地確定除銹等級(jí)對(duì)保證涂層質(zhì)量具有非常重要的作用。確定的除銹等級(jí)過(guò)高，會(huì)造成人力和費(fèi)用的浪費(fèi)，過(guò)低會(huì)降低涂層質(zhì)量，起不到應(yīng)有的防護(hù)作用，反而是更大的浪費(fèi)。單純從除銹等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)看，Sa3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量最高，但它需要施工條件和費(fèi)用也最高。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道：達(dá)到Sa3級(jí)的除銹質(zhì)量，只能在相對(duì)濕度不大于55%的條件下才能實(shí)現(xiàn)。瑞典除銹標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明書指出：鋼材除銹質(zhì)量達(dá)到Sa3級(jí)時(shí)，表面清潔度為100%,達(dá)到Sa2.5級(jí)則為95%.按工時(shí)消耗計(jì)算，若以Sa2級(jí)為100%,Sa2.5級(jí)則為130%和Sa3級(jí)為200%.因此，不能盲目要求過(guò)高的標(biāo)準(zhǔn)，而要根據(jù)需要來(lái)確定除銹等級(jí)。

　　設(shè)計(jì)首先要考慮與底漆相適應(yīng)的除銹等級(jí)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定了各種底漆或防銹漆要求最低的除銹等級(jí)為表4所列。

　　設(shè)計(jì)上一般規(guī)定干膜總厚度應(yīng)為100μm~150μm.涂層厚度應(yīng)適當(dāng)，過(guò)厚雖然可以增加防護(hù)能力，但附著力和機(jī)械性能有所降低，且費(fèi)用過(guò)高；過(guò)薄易產(chǎn)生肉眼看不見(jiàn)的針孔和其他缺陷，起不到隔離環(huán)境的作用。涂層厚度用磁性測(cè)厚儀測(cè)定。

　　有防火要求的鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)表面可僅涂?jī)杀榉冷P底漆，再涂?jī)杀楸Ｗo(hù)性面漆，干膜總厚度應(yīng)在75μm~100μm,然后在其表面涂裝防火涂料或防火板包裹，起防火作用，也可保護(hù)底漆。

　　四、鋼結(jié)構(gòu)的防火

　　鋼結(jié)構(gòu)耐火性能較差，與混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能相比見(jiàn)表5所示。鋼結(jié)構(gòu)的耐火強(qiáng)度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)低，且剛度下降較多，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火場(chǎng)溫度高達(dá)800℃~1000℃，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生較大的塑性變形而致使結(jié)構(gòu)倒塌。因此，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須加以保護(hù)以提高耐火時(shí)間從而把火災(zāi)損失降到最小。

　　在住宅建筑中，有很多分戶墻構(gòu)成很多防火分區(qū)，某戶發(fā)生火災(zāi)后不會(huì)很快蔓延整樓層或整棟建筑著火。不僅如此，還有許多有利因素：

　　第一是鋼結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備。一幢建筑發(fā)生火災(zāi)不是各層各房間同時(shí)燃燒，而是局部先起火，個(gè)別構(gòu)件先達(dá)到耐火極限而喪失承載力被破壞。但是，按彈性理論設(shè)計(jì)的超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)個(gè)別構(gòu)件破壞后仍能繼續(xù)承載，如一根連續(xù)梁當(dāng)中某個(gè)截面出現(xiàn)塑性鉸后梁仍保持承載力。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是按重力荷載、風(fēng)、地震組合，火災(zāi)發(fā)生時(shí)不一定會(huì)有大風(fēng)和地震同時(shí)出現(xiàn)。因此，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有一定的儲(chǔ)備。

　　第二是住宅房間內(nèi)有多少可燃物、究竟能產(chǎn)生多少熱量以及達(dá)到鋼構(gòu)件300℃以上的溫度能持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題。對(duì)此，國(guó)外提出一個(gè)火災(zāi)荷載概念：火災(zāi)荷載是由一個(gè)給定空間內(nèi)所有可燃材料的總量以及燃燒所釋放的熱量來(lái)計(jì)算，即

　　Qi=Gi·Hμ （4.6.2-1）

　　式 中， Qi為 每 種 可 燃 材 料 產(chǎn) 生 的 熱 量（Mcal）； Gi為可燃材料的重量（kg）； Hμ為正常溫度下可燃材料發(fā)熱量（Mcal/kg），見(jiàn)表6所列。

　　任何特定的材料燃燒性能是由發(fā)生燃燒的區(qū)段內(nèi)形成的“時(shí)間·溫度”曲線表示的，這一曲線又可以進(jìn)而與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“時(shí)間·溫度”曲線找到對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而得到所考慮區(qū)段火災(zāi)荷載作用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。如表7所示。

　　從火災(zāi)中包圍結(jié)構(gòu)構(gòu)件氣體溫度可以計(jì)算出傳給構(gòu)件的總熱量，考慮到由各種外包層形成的隔熱能力，每個(gè)構(gòu)件的溫度應(yīng)分別計(jì)算。如果這種外包層能防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件的升溫超過(guò)臨界值T,則該構(gòu)件設(shè)計(jì)本身就不必考慮火災(zāi)的外加荷載。如果從達(dá)到某一臨界溫度所持續(xù)燃燒的時(shí)間沒(méi)有超過(guò)受保護(hù)鋼構(gòu)件的耐火極限，也就是安全的。換句話說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)建筑不一定都要求做防火設(shè)計(jì)，這樣的工程實(shí)例很多。

　　如果考慮了以上的因素，就能緩和嚴(yán)格的耐火要求，采用較少的防護(hù)材料從而降低費(fèi)用�？傊�，目前按現(xiàn)行國(guó)家防火規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)是完全可以滿足實(shí)際防火能力的，多余的擔(dān)心是沒(méi)有根據(jù)的。美國(guó)“9.11”事件是極其偶然的，人類歷史上也僅為這一次，各國(guó)不會(huì)因?yàn)椤?.11”而修改自己的行業(yè)技術(shù)政策，鋼結(jié)構(gòu)住宅也沒(méi)有可能遭受這樣大的火災(zāi)災(zāi)害。

　　五、結(jié)論

　　鋼材銹蝕是氧化反應(yīng)，當(dāng)鋼材被除銹徹底，防腐涂料牢牢附著在鋼材表面，再有防火涂料和裝修材料的保護(hù)，完全把空氣隔絕，鋼材就不能被氧化。至于防銹漆的年限是指它耐風(fēng)化的時(shí)間。潮濕也不一定就發(fā)生腐蝕，不然我們建筑為何大量采用鋼樁。關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防火是個(gè)管理問(wèn)題，要求從技術(shù)上徹底防火那就不是建筑，而是一座煉鋼爐！現(xiàn)行的耐火時(shí)限是逃生時(shí)間，不是要建筑“燒不塌”.

　　我們要把研究與應(yīng)用區(qū)分開(kāi)來(lái)，研究可以無(wú)止境，應(yīng)用“夠了”就好。工程應(yīng)用按“規(guī)范”規(guī)定做，我國(guó)的防腐和防火規(guī)范是能夠滿足工程需要的，懷疑和否定規(guī)范也是違反規(guī)范的�！皯岩伞笨梢酝ㄟ^(guò)交流解決，“否定”就不好辦了，就會(huì)阻礙鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 沈祖炎主編，《鋼結(jié)構(gòu)制作安裝手冊(cè)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

　　[2] 冶金部建筑研究總院、馬鞍山鋼鐵股份有限公司，《熱軋 H 型鋼設(shè)計(jì)手冊(cè)》，中國(guó)計(jì)劃出版社，1998.

　　[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003,2003.

　　[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001,2002.

　　[5] [ 西德 ]F. 哈特 W. 海恩 H. 桑塔格 著，夏英超等譯，《鋼結(jié)構(gòu)建筑資料集》中國(guó)建筑出版社，1983.

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