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1、第6章 钢结构的防护,钢 结 构,6.1 钢结构抗火设计的基本概念,规范规定：在火灾情况下，钢结构构件承载能力极限状态的判断标准为：构件丧失稳定承载力；构件的变形速率成为无限；构件达到不适于继续承载的变形。规范规定：在火灾情况下，钢结构整体承载能力极限状态的判断标准为：结构丧失稳定承载力；结构达到不适于继续承载的整体变形。,钢 结 构,钢结构已在建筑工程中发挥着独特且日益重要的作用，高层建筑、特别是超高层建筑中，采用钢结构承重的日益增多。钢材赋予这些建筑物以宽阔、轻盈而又不失稳固的建筑风格。钢结构在火的作用下是不会燃烧的，但是钢材在高温火焰的直接灼烧下，强度会随着温度的上升而下降，当到达一个临
2、界点温度(550，大多数据标准定为538)时，就会显著地降低强度而失去承载力。而且钢材的热导率高，在大火中，热量会在钢材内部迅速传递，由火焰直烧处很快地影响到临近的低温部分。所以钢结构建筑受到大火的作用，很快就会变形坍塌，根本没有灭火的时间，最多只能扑灭余火。而火灾后的钢结构失去了强度，已经没有使用价值，因此钢结构建筑一旦损坏也就无法修复。火灾的影响很大，会造成大量的人员伤亡和财产损失，社会影响极大。,钢 结 构,2001年震惊世界的“911”事件中被飞机撞毁的纽约世界贸易大厦双子楼，事后专家分析，飞机其实并没有将大厦撞倒，而是由于飞机在撞到大楼的同时破坏了大楼钢结构上的防火涂层，使得钢结构暴
3、露在熊熊烈火中，一个多小时后，结构软化，强度丧失，终于承载不料如此沉重的重量，轰然倒下，造成几千人命丧废墟，损失多达几百亿美元。据此，只有15min耐火极限的钢结构，远远达不到国家规定的防火规范要求，会很快失去其承载能力。一旦发生这种情况，将对整个建筑物造成灾难性的后果。正因为如此，对钢结构采取有效的保护，使其避免受高温火焰的直接灼烧，从而延缓其坍塌时间，为消防救火提供宝贵的时间就显得十分重要。,钢 结 构,钢 结 构,6.2 钢结构抗火设计的耐火极限要求,单、多层和高层建筑构件的耐火极限,钢 结 构,6.3 钢结构的材料要求及防火保护措施,高温下钢材的物理参数,钢 结 构,6.5 钢结构的防
4、火保护措施和构造要求 6.5.1 保护措施,目前提高钢结构抗火性能的方法主要有：外包混凝土或砌筑砌体，防火板包覆（包裹法）；涂覆、喷淋防火涂料（涂覆法）；截流法 复合防火保护。钢结构的防火保护措施应安全可靠、经济适用，并应考虑：在要求的耐火极限内能有效地保护钢结构；防火材料应易于和钢构件结合，并对钢构件不产生有害影响；当钢构件受火后发生允许变形时，防火保护材料不应发生结构破坏，仍能保持原有的保护作用直至规定耐火时间；施工方便，易于保证施工质量；防火保护材料不应对人体有毒害。,钢 结 构,宝贝不不不,钢 结 构,防火涂料的防火原理：钢结构防火涂料的防火原理有三个：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢
5、结构不至于直接暴露在火焰高温中；二是涂层吸热后部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用；三是涂层本身多孔轻质和受热后形成炭化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。,（一）涂覆、喷淋防火涂料（涂覆法）,钢 结 构,防火涂料分类：1、按防火原理分有膨胀型和非膨胀型两大类：非膨胀型：非膨胀型防火涂料是通过下述作用来防火的，其一是涂层自身的难燃性或非燃性；其二是在火焰或高温的作用下能释放出灭火性气体，并形成非燃性的无机层隔绝空气，非膨胀型防火涂料按照成膜物质的特点，可分为无机和有机两种类型。膨胀型：膨
6、胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜。在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍，甚至上百倍的非易燃的海绵状的碳质层，它可以隔断外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用。,钢 结 构,2、按溶剂类型分有溶剂型和水溶型两大类：两类涂料所选用的防火组分基本相同，其选用的溶剂以采用的成膜物而定。溶剂型成膜物质一般选用氯化聚烯烃、丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等，采用的溶剂为汽油、醋酸丁酯等。水溶型防火涂料的成膜物质一般选用氯偏乳液、丙烯酸乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯等。这些材料均以水为溶剂。这两类涂料在涂料的防火性能、理化性能以及耐候性能等方面，溶剂型防火涂料都优于
7、水溶型防火涂料，但是，由于成本、环境污染等原因，水溶型防火涂料也发展得较快。,3、按涂层厚度来分，可分为厚型、薄型、超薄型钢结构防火涂料。其中超薄型用量最大，约占钢结构防火涂料的70%；其次是厚型，约占20%；薄型钢结构防火涂料目前用量较少。4、按应用环境来分，可以简单地划分为室内和室外两大类钢结构防火涂料。,钢 结 构,钢 结 构,钢结构防火涂料品种的选用，应符合下列规定：高层建筑结构和单、多层钢结构的室内隐蔽构件，当规定其耐火极限在1.5h以上时，应选用非膨胀型钢结构防火涂料；室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定其耐火极限在1.5h及以下时，可选用膨胀型钢结构防火涂料
8、；耐火极限要求不低于1.5h的钢结构和室外的钢结构工程，不宜选用膨胀型防火涂料。露天钢结构应选用适合外用的钢结构防火涂料，且至少应经过一年以上室外钢结构工程的应用验证，涂层性能无明显变化；复层涂料应相互配套，底层涂料应能同普通的防锈漆配合使用，或者底层涂料自身具有防锈功能；膨胀型防火涂料的保护层厚度应通过实际的耐火试验确定。,防锈底漆：防火涂料作为功能性涂料，主要作用是防火。钢结构的防腐蚀仍需要由防锈底漆完成，用于钢结构防火涂料的防锈底漆，必须与防火涂料相兼容，两者间具有良好的附着力。防火涂料的底漆类型见下表。,钢 结 构,封闭面漆：封闭面漆在防火涂料系统中非常重要。由于防火涂料的本身的装饰性
9、都比较差，因此有必要涂上一道面漆，且由于防火涂料的耐久性一直没有经过长期的实际考察，理论上说，有机物都会老化、降解等，这对防火涂料的性能是比较致命的。如果涂有耐老化的面漆涂层，可以解决这个问题。面漆作用：一是抵抗腐蚀性介质和外应力对防火涂料的破坏，有效地封闭和阻挡水分、湿气渗透到涂料表层，与防火涂料上下配合，发挥保护钢材的总体效果；二是对建筑总体起装饰美化作用，如良好的光泽、丰富的色彩、平整光滑的外表等。类型：防火涂料的面漆主要有醇酸涂料、丙烯酸涂料氯化橡胶涂料、聚氨脂涂料、硅氨烷类涂料、环氧涂料类等。,钢 结 构,钢 结 构,防火涂料涂装的一般规定：防火涂料的涂装，应在钢结构安装就位，并经验
10、收合格后进行。钢结构防火涂料涂装前钢材表面表面应除锈，并根据设计要求涂装防腐底漆。防腐底漆与防火涂料不应发生化学反应。防火涂料涂装基层不应有油污、灰尘和泥砂等污垢。钢构件连接处412mm宽的缝隙应采用防火涂料或其它防火材料，如硅酸铝纤维棉，防火堵料等填补堵平。对大多数防火涂料而言，施工过程中和涂层干燥固化前，环境温度应宜保持在538之间，相对湿度不应大于85%，空气应流动。涂装时构件表面不应有结露；涂装后4h内应保护免受雨淋。,钢 结 构,钢 结 构,防火板安装应符合下列要求：防火板的包裹必须根据构件形状和所处部位进行包裹构造设计，在满足耐火要求的条件下充分考虑安装的牢固稳定；固定和稳定防火板
11、的龙骨粘结剂应为不燃材料。龙骨材料应便于构件、防火板连接。粘结剂在高温下应能保持一定的强度，一保证结构的稳定和完整。,（二）外包混凝土或砌筑砌体，防火板包覆（包裹法）,钢 结 构,采用柔性毡状隔热材料进行防火保护时应符合下列要求：仅适用于平时不宜受损且不受水湿的部位；包裹构造的外层应设金属保护壳。金属保护壳应固定在支承构件上，支承构件应固定在钢构件上。支承构件应为不燃材料；在材料自重作用下，毡状材料不应发生体积压缩不均的现象。,采用复合防火保护时应符合下列要求：必须根据构件形状和所处部位进行包裹构造设计，在满足耐火要求的条件下充分考虑安装的牢固稳定；在包裹构造设计时，应充分考虑外层包裹施工不应
12、对内层防火层在成结构破坏或损伤。,（三）复合防火保护,钢 结 构,钢 结 构,6.5.2 构造措施,钢 结 构,当钢结构采用非膨胀型防火涂料进行防火保护且符合下列情况之一时，涂层内应设置与钢构件相连接的钢丝网：承受冲击、振动荷载的构件；涂层厚度不小于30mm的构件；黏结强度不大于0.05Mpa的钢结构防火涂料；腹板高度超过500mm的构件；构件幅面较大且涂层长期暴露在室外。,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,钢 结 构,6.6 钢结构防腐蚀,钢材的耐腐蚀性:碳素钢的耐腐蚀性：较差。低合金钢的耐腐蚀性：比碳素钢高，一般在11.5倍，高
13、的 可达26倍。耐候钢的耐腐蚀性：在表面形成保护层，以提高耐大气腐 蚀性能。铸铁的耐腐蚀性：普通铸铁耐腐蚀性能比较低。镀锌钢材：镀锌层形成保护膜，防止环境中的腐蚀介质与 钢铁表面接触。,钢结构防腐蚀设计的构造要求：中等腐蚀环境中的承重结构：尽量采用管形封闭截面、实腹式(工字型，H型和T型)截面。主梁、柱等重要的构件的传力焊缝，应采用连续焊缝。角焊缝的焊脚尺寸不应小于8mm及所焊板件的厚度(当板件厚度大于8mm时)。钢结构所在室内环境的湿度不宜过高，一般控制长期环境湿度在75%以下。当在高湿度环境下作业时，应采取有效的通风排湿措施。钢结构节点及连接构造应避免易于积灰和积湿的角、槽等，连接零件之间
14、应有可供检查与维修的空间(净空不宜小于120mm)。,钢 结 构,钢柱脚埋入地下部分，应以C15混凝土包覆(厚度不小于50mm)，并包出地面120150mm。所埋入部分表面应做除锈处理，但不用做涂装处理。当地下有侵蚀作用时柱脚不应埋入地下。钢结构件直接与铝合金金属制品接触时，会引起接触电偶腐蚀，应在构件接触表面涂12道铬酸锌底漆及配套面漆阻隔，或设置绝缘层隔离，相互间的连接紧固件应采用热镀锌的紧固件。,钢 结 构,目前钢结构防锈最常用的方法是在钢结构构件表面涂刷非金属涂料。涂料分为底漆个面漆两大类。常用的施工方法有刷涂法、滚涂法、浸涂法、喷涂法等。钢结构防锈涂料是一种含油或不含油的胶体溶液，涂
15、敷在钢材表面，结成一层薄膜，使钢材与外界腐蚀介质隔绝。涂料分底漆和面漆两种。底漆是直接涂在钢材表面上的漆。含粉料多，基料少，成膜粗糙，与钢材表面粘结力强，与面漆结合性好。面漆是涂在底漆上的漆。含粉料少，基料多，成膜后有光泽，主要功能是保护下层底漆。面漆对大气和湿气有高度的不渗透性，并能抵抗有腐蚀介质、阳光紫外线所引起风化分解。,钢 结 构,钢 结 构,涂装遍数、涂层厚度均应符合设计要求：当设计无具体要求时，涂层干漆膜厚度应为：室外150m,室内125m；允许误差为-25m。每遍涂层干漆膜厚度的合格质量允许误差为-5m。底漆和面漆各二道。高层建筑钢结构一般处在室内环境中，而且要喷涂防火涂层，所以通常只刷二道防锈底漆。抽检数量为构件数的10%，且同类构件不应少于3件。,钢 结 构,钢 结 构,Thank you!,
