防腐防火涂装、钢结构涂装变形-201909.pdf

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  • 在不放大的情况下观察时,表面应无氧化皮、铁锈、涂层和外来杂质。任何残留的痕迹 焰清理 应仅为表面变色(不同颜色的阴影)。

    火焰清理 应仅为表面变色(不同颜色的阴影) 殊防护要求的情况下,也可采用酸洗除锈或磷化除锈等方法。 的钢材表面处理(除锈)方法及特点见表5

    有特殊防护要求的情况下,也可采用酸洗除锈或磷化除锈等方法。 常用的钢材表面处理(除锈)方法及特点见表5。

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    常用钢材表面处理方法

    综合比较来看,表面处理(除锈)效果以酸洗磷化为最好,喷砂(丸)除锈、酸洗处理次之, 工除锈效果最差。薄壁型钢结构应优先采用酸洗磷化处理方法,以延长其维护年限和使用寿命。

    综合比较来看,表面处理(除锈)效果以酸洗磷化为最好,喷砂(丸)除锈、酸洗处理次之, 工除锈效果最差。薄壁型钢结构应优先采用酸洗磷化处理方法,以延长其维护年限和使用寿命。

    1.2.3.2钢材表面处理(除锈) 钢材表面处理(除锈)质量等级的确定,是轻型钢结构防护设计的主要内容,其质量要求应符 合现行国家标准《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第一部分》(GB/T8923.1)。确 定的等级过高,会造成人力浪费,防护费用急剧增加;确定的等级过低,将起不到应有的防护作用。 钢材表面处理(除锈)质量等级一般应根据钢材表面的原始锈蚀状况、选用的底漆、可能采用的表 面处理(除锈)方法、工程造价及预期的涂装维护周期等因素综合考虑后确定。 不同品种的防腐涂料底漆对表面处理(除锈)的质量要求是不同的。一般而言,常规油性涂料 的湿润性和渗透性较好,对除锈质量要求可略低一些;高性能的涂料(如富锌类涂料),对基层表面 的处理较高。 与钢材表面处理(除锈)方法对应的质量等级见表6。

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    钢材表面处理方法和质量等级

    :1新建工程重要构件的除锈等级不应低于S2

    2喷射或抛射除锈后的表面粗糙度宜为40um~75um,且不应大于涂层厚度的1/3。

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    1.2.4防腐涂料的选用 经表面处理(除锈)后的钢板表面在检查合格后,应在要求的时限内(时间间隔不超过6小时) 进行涂装。在此期间,钢板表面应保持洁净,严禁沾水、油污等。 喷涂(涂刷)在钢结构构件表面的防腐涂料(俗称油漆)是一种含油或不含油的胶体溶液,将 其涂敷在钢材表面,可以结成一层附着坚固的薄膜,防止钢材腐蚀。涂料是由成膜物质、颜料、有 凯溶剂等组成。涂料一般分底漆和面漆两种。底漆主要起附看和防腐作用,它的漆膜粗糙,与钢材 表面附着力强,并与面漆结合好;面漆主要是保护下层的底漆,并起到耐老化作用。面漆对大气和 湿气又抗气候性和不透水性,具有一定的防腐性能,它漆膜光泽,增加了建筑物的美感和对紫外线 的防护。 轻型钢结构的防腐蚀,除要求对钢材表面进行彻底处理(除锈)外,选择防腐蚀性能好、施工 便利、价格合适的涂料及相配套的施工工艺,对于保证结构的正常使用、减少维护费用,起着主要 的作用。 防腐涂料品种紧多,性能和用途各异。在进行钢结构防腐蚀设计时,应了解和掌握各类涂料的 基本性能和适用条件。每一种类型的涂料都由一定的优缺点,必须根据涂装要求,合理地选用涂料 品种。涂料选用时应着重注意以下几方面的问题 (1)根据工程结构所处的环境,如位于室内或室外、温度和湿度、侵蚀性介质的种类和浓度及 后期维护难易程度等,选用合适的涂料。对于酸性介质,可选用耐酸性能较好的酚醛树脂类漆;对 于碱性介质,可选用耐碱性能较好的环氧树脂类漆。 (2)注意涂料的配套性,不仅要求底漆与钢材表面的附着力好、底漆与面漆之间也应有良好的 粘结力,而且要求漆层间作用匹配、性能匹配、硬度匹配。各漆层间不能出现互溶或咬底现象。如 油基性底漆(油性红丹漆)不能与强溶剂型面漆(如过氯乙烯漆)配套使用,否则会咬起底漆的漆 膜;但磷化底漆或铁红醇酸底漆与过氯乙烯漆配套使用,能取得良好的防腐效果。 (3)根据结构构件的重要性(主要承重构件、次要承重构件或围护结构构件)分别选用不同的 涂料品种,或采用相同品种但敷涂不同的涂层厚度和层数。 (4)考虑涂料的施工性能和施工条件的可能性。防腐涂料有的宜涂刷,有的宜喷涂。轻型钢结 构一般宜选用干燥快、便于喷涂的常温固化型涂料。 (5)选择的涂料应具有施工过程中良好的稳定性、低毒性、低刺激性和合适的温度和固化要求, 面漆应有良好的耐盐雾、耐湿热、耐霉菌、耐化学腐蚀和耐侯性能。面漆的色彩要符合建筑美观要 求。 (6)选择涂料品种时,既要考虑一次性涂装费用,也要根据涂层的使用年限,将一次性投资与 长远效益结合。此外,还要考虑到涂料的产地和供货情况。如果条件许可,应采用较为彻底的表面 处理防腐和质量较好的涂料,虽然一次性投资较高,但可大大减少维护次数,对后期生产的影响也

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    较小,总体防护费用和综合经济效益还是明显的。 建筑钢结构常用的防腐底漆和面漆分别见表8和表9。

    建筑钢结构常用的防腐底漆和面漆分别见表8和表9

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    1.2.5防腐涂层结构和厚度 一个完整的防腐涂层结构一般由多层防腐底漆和面漆组成。涂层厚度应适当,过厚虽然可以增 加防护能力,但涂层附着力和机械性能下降,且费用增加;过薄易产生肉眼看不见的针孔和其他缺 陷,起不到预期的防护效果。每一涂层的厚度因涂料品种和施工方法而有所不同,涂刷施工比喷涂 施工的涂层厚;正常情况下油性漆每一涂层的厚度约为35μm,合成树脂漆为25μm,乙烯漆为15 um。根据轻型钢结构的使用要求,一般情况下,构件表面的涂层干膜总厚度室内不得低于125μm; 室外不得低于150μm;涂刷(喷涂)的遍数不应少于4~5遍。对于油性基漆,如红丹防锈漆等, 它固化慢,渗透性大,流平性好,已涂刷为宜;对于过氯乙烯漆、环氧树脂类漆,因干燥迅速,为 使涂层均匀平整,避免针孔,宜采用喷涂。喷涂工效高,但涂料利用率稍低,有一定浪费。 不同环境条件下,轻型钢结构采用的

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    近年来,随着工程实际的需要和新产品的研制开发,带锈防腐涂料已有供应。带锈防腐涂料是 种改进的转化型带锈防腐底漆,这种涂料能在钢材表面形成一层具有高效电化学保护性能的薄膜, 以起到化锈的防腐底漆作用。该涂料主要用于钢结构中不易除锈的部位或钢结构的维修工程中,无 其适合于高空作业和复杂结构外形只能手工除锈的情况。带锈防腐涂料已在宝钢二期工程、首钢利 鞍钢等工程中使用,效果良好,相信将是一种具有发展前景和竞争力的新型防腐涂料。 1.2.6防腐涂层的保护和维修 防腐底漆的涂装一般在钢结构制造厂进行,面漆的喷涂(涂刷)一般在结构安装就位完成后进 行。在运输和安装过程中底漆被损坏的部位应补漆,然后再敷涂面漆, 轻型钢结构防护工程的预期使用年限应以10~15年的目标为宜。在使用过程中,涂层长期受紫 外线、雨水、温度变化、干湿交替、大气中侵蚀性介质的腐蚀等因素的影响,其防护性能会劣化或 失效,有时还会受到机械损伤,故应在结构使用期间注意定期检查,把握好合理的维护期限,对防 腐涂层进行维修。 对钢结构表面重新涂装的合理期限应根据构件表面的锈蚀程度(A、B、C、D四个等级)决定, 锈蚀程度为A或B级时,可以仅在根据表面局部地修补或加涂防腐涂层;待达到锈蚀程度等级C、! 级时,则必须彻底清除旧涂层,并进行严格的表面处理,此时所需的非户费用将大为增加。 重新涂装时所选用的涂料应与原涂层的涂料品种相同或能匹配。一般应根据钢材表面的腐蚀情 况选择适当的重新涂装方法,见表11中的建议

    1.3轻型钢结构防火 1.3.1火灾对钢结构建筑的危害 火是物质燃烧的过程和现象,在人类进化和社会生产力发展过程中起着重要作用,然而,火

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    旦失去控制形成火灾将给人类物质和生命财产造成重大损失。从结构设计人员的角度看,火灾是建 筑物在使用阶段可能发生的最危险的灾害之一。火灾发生后,不仅造成建筑物本身的损坏、人员受 到严重伤害和其他财产的严重损毁等直接经济损失,而且可能造成建筑物暂停使用、工厂停产、供 水和供电中断、建筑物需要维修和加固等问题,从而影响人们的正常生活和工作导致重大的间接经 济损失。统计资料表明,火灾造成的平均简介经济损失是直接经济损失的3倍以上。各类火灾中, 建筑火灾发生次数最多,损失最大,约占全部火灾损失的80%以上。 建筑物发生火灾时,除烧毁室内外生活设施和生产设备、对人的生命造成重大威胁外,还可能 对建筑物的承重结构和建筑门、窗和装饰等围护结构造成破坏。 钢材虽是不燃烧材料,但耐火性能差。未加保护的钢结构在火灾温度作用下,耐火时限仅有15 25min,其自身温度可骤升至540℃。当其温度达到600℃时,钢材基本丧失全部强度和刚度,并因 丧失强度、稳定性和严重变形而使结构塌破坏。因此当建筑采用钢结构而且无防火保护措施时, 一旦发生火灾,结构极易遭到破坏,损失巨大。如1996年江苏昆山的一座轻型钢结构厂房发生火灾 30分钟左右造成4320m的厂房烧毁玥塌;1998年北京某采用钢结构建造的家具城发生火灾,造成该 建筑整体倒塌。国内近年来每年发生的建筑火灾多达5万起以上,损失超过几十亿元。2005年4月, 南京青少年科技活动中心钢结构屋盖发生火灾,30分钟内造成金属屋面过火面积达6000m,损失惨 重,同时影响了该建筑的按时投入使用,造成巨额经济索赔;幸运的是,由于该建筑承重钢结构在 火灾发生时已经敷涂好了防火涂料,因而没有造成结构跨塌和严重的结构安全问题。 轻型钢结构近年来在我国应用日益增多,但由于结构多采用细长和薄壁的构件,自身抗火能力 差,若没有可靠的防火保护措施,火灾造成的危害将更为严重。 1.3.2轻型钢结构防火设计原则 传统的设计观点认为,建筑防火是建筑设计师需要考虑的问题,结构工程师在结构设计时对结 构防火(抗火)考虑不多。诚然,建筑设计师对诸如建筑防火分区、避难层设置、紧急安全疏散出 口、消防喷淋等问题的精心考虑对于减轻火灾损失、减少人员伤亡具有重要作用。然而,结构设计 人员在防火问题上绝不是无所作为。作为防火分隔的防火墙是支承在结构上的,如果火灾中支承结 构发生破坏,防火墙实际起不到防火分隔的作用;建筑避难层下的结构如果没有足够的耐火能力而 在火灾中破坏,将造成严重的人员伤亡;倘若建筑物的结构构件(梁、板、柱和楼梯等)在火灾中 破坏,将直接影响室内人员的疏散和消防人员进入建筑内灭火,损失更大。因此,结构工程师在进 行轻型钢结构设计时,应对结构防火问题高度重视,责无旁贷。 在进行轻型钢结构防火设计时,经常遇到“防火、耐火和抗火”这三个侧重点不同却又相互联 系的概念。“防火”是指防火保护和防止火灾,轻型钢结构设计时建筑专业的防火包括:建筑防火措 施(如防火分区、消防设施布置、防火墙、防火门等);结构专业包括:结构采用防火涂料、防火板

    1.3.2轻型钢结构防火设计原则

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    对钢结构构件、节点等进行防护。“耐火”是指建筑物的某一防火区域在发生火灾时能忍耐多长时间 而不出现火灾蔓延到其他防火区域以及结构或构件在发生火灾时能忍耐多长时间而不出现承载能力 过多降低导致结构或构件的破坏甚至塌。耐火更强调时间上的意义。“抗火”是指结构或构件抵抗 火灾引起的急剧上升的不均匀温度(场)作用,是结构或构件的基本功能要求之一。轻型钢结构的 抗火一般通过对结构构件采取防火保护措施、使其在火灾作用下承载能力尽管有所降低但仍能满足 此时保证结构安全和稳定的必需的承载要求。结构耐火强调的是结构在火灾发生时的特定荷载和约 束条件下的结构耐火时间;而结构抗火强调的是结构抵抗火灾作用的影响时需要考虑的火灾和药束 条件。轻型钢结构的防火设计一般指设计时对结构需要采取的防火保护措施,使其在承受火灾发生 时特定的荷载和约束条件下,满足结构耐火的时间要求,确保结构的安全,尽量减少火灾造成的人 员伤亡和财产损失,并为火灾后结构的安全鉴定、修复和加固创造必要的条件。 钢结构防火设计应立足于防火保护有效的前提下,针对现场具体条件,考虑构件的承载形式, 空间位置及环境因素等,选择施工简便、易于保证施工质量的防火保护措施。 钢结构防火保护措施应和其他施工、作业相匹配。选用防火保护措施时,一方面应考虑不影响 前续已完工的施工及后续施工,另一方面还应保证后续施工不影响防火保护的性能。例如,膨胀型 防火涂料应与防腐底漆、防腐面漆相容(防腐涂料、防火涂料由里及外的顺序依次为:防腐底漆, 防腐中间漆,膨胀型防火涂料,防腐面漆)。为了保证膨胀型防火涂料膨胀不受影响,防腐面漆不应 过硬,构件外部应留有足够的膨胀空间,也不应包裹防火毡等。 无防火保护的钢结构的耐火时间通常仅为15min20min,达不到规定的设计耐火极限要求,因 比需要进行防火保护。防火保护的具体措施,如防火涂料类型、涂层厚度等,应根据相应规范进行 抗火设计确定,保证构件的耐火时间达到规定的设计耐火极限要求,并做到经济合理。轻型钢结构 的防火设计、施工等要求应符合现行国家规范《建筑设计防火规范》(GB50016)、《高层民用建筑钢 结构技术规程》(JGJ99)、《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249)和《钢结构防火涂料》(GB14907) 等的有关规定。根据建筑物和结构构件的重要性及破坏的危险性,确定建筑物的耐火等级,必要时 应与消防部门共同商定设防标准;据此考虑到消防灭火时间的需要,确定结构构件(梁、柱、楼板 承重墙等)和建筑部件(防火墙、防火门、吊顶等)的耐火时。 轻型钢结构的防火设计原则,是在设计所采用的防火措施条件下,能保证结构构件在所规定的 耐火极限时间内,其承载能力仍不小于各种作用及其组合所产生的效应。 住宅建筑钢构件的耐火极限(h)不应低于下表的规定,

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    住宅建筑钢构件的耐火极限(h)

    注:9层及9层以下住宅建筑中设有自动喷水灭火系统保护时,其构件耐火极限可按表中规定 值降低0.5h。

    注:9层及9层以下住宅建筑中设有自动喷水灭火系统保护时,其构件耐火极限可按表中规定 值降低0.5h。

    值降低0.5h。 结构承重构件的耐火极限时间的定义为:在标准耐火试验条件下,建筑构件、配件或结构从受 到火的作用时起,至失去承载能力、完整性或隔热性时止所用时间,用小时表示。 失去稳定性时指构件在火灾中丧失承载能力,或达到不适宜继续承载的变形。失去完整性是指 建筑分隔构件(楼板、隔墙等)一面受火时,构件出现穿透裂缝或穿火孔隙,致使火焰能穿过构件: 造成背火面的可燃物起火燃烧。失去隔热性是指分隔构件一面受火时,背火面温度达到220℃以上 造成背火面可燃物起火燃烧。 规范规定的耐火时限是设计人员进行防火设计的基本依据。设计人员还应根据结构和采取的防 护措施等具体情况合理运用。例如,在实际结构中,当构件个别截面达到破坏温度时,有时并不会 引起该结构构件的立刻破坏,按弹性理论设计的超静定结构仍有一定的强度储备,一根连续梁中的 个别截面因达到破坏温度而出现塑性铰,但梁仍具有承载力。结构构件在达到破坏温度前所经历的 时间与构件的吸热比和升温比有关。体积相等时,构件的表面积越大,热传导越快,吸热比和升温 比就高。薄壁、细长且为开口截面的构件吸收热量稍、升温快,而封闭的管型截面升温相对较慢, 耐火性能更好些。若在管型截面构件内灌注混凝土,由于混凝土具有较高的热容量,构件的耐火性 能将有较大提高。综合考虑上述因素后,设计人员在满足规范防火要求的前提下,有可能灵活地采 取防火措施从而降低防护费用。

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    1.3.3轻型钢结构防火设计和措施 1.3.3.1防火保护材料的种类 轻型钢结构构件必须采取适当的防火保护措施,才可达到要求的耐火时限。一般采用在钢结构 构件表面敷涂或覆盖防火保护材料的方法。常用的防火保护材料有: (1)防火涂料 防火涂料是以无机粘合剂与膨胀珍珠岩、耐高温硅酸盐材料等吸热、隔热及增强材料合成的 种防火材料,喷涂于钢结构构件表面,形成可靠的耐火隔热保护层,以提高钢结构构件的耐火性能 根据其阻燃隔热的原理,可分为膨胀性和非膨胀性两种。根据涂层厚度及性能可分为薄涂型防火涂 料(涂层厚度2~7mm)和厚涂型防火涂料(涂层厚度8~50mm)。 钢结构防火涂料的品种较多,根据高温下涂层变化情况分非膨胀型和膨胀型两大类:

    防火涂料的分类(高温下涂层变化情况分) 表13

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    另一类是以膨胀蛭石、珍珠岩为骨料,水泥为黏结剂的单组分包装涂料,到现场只需加水拌匀即可 吏用,能喷也能抹,手工涂抹施工时涂层表面能达到光滑平整。水泥系防火涂料中,密度较高的品 中具有优良的耐水性和抗冻融性。 膨胀型防火涂料,国内称超薄型、薄型防火涂料,其基料为有机树脂,配方中还含有发泡剂, 且燃剂、成碳剂等成分,遇火后自身会发泡膨胀,形成比原涂层厚度数倍到数十倍的多孔碳质层 多孔碳质层可阻挡外部热源对基材的传热,如同绝热屏障。膨胀型防火涂料在一定程度上可起到防 需中间漆的作用,可在外面直接做防腐面漆,能达到很好的外观效果(在外观要求不是特别高的情 兄下,某些产品可兼作面漆使用)。采用膨胀型防火涂料时,应特别注意防腐涂料、防火涂料的相容 性问题。膨胀型防火涂料在设计耐火极限不高于1.5h时,具有较好的经济性。目前国际上也有少 数膨胀型防火涂料产品,能满足设计耐火极限3.0h的钢构件的防火保护需要,但是其价格较高, 彭胀型防火涂料在近20年取得了很大的发展,在钢结构防火保护工程中的市场份额越来越大。图 内不同钢结构防火保护材料在英国的市场份额。 钢结构采用喷涂防火涂料保护时,应符合下列规定: ①室内隐蔽构件,宜选用非膨胀型防火涂料; ②设计耐火极限大于1.50h的构件,不宜选用膨胀型防火涂料: ③室外、半室外钢结构采用膨胀型防火涂料时,应选用符合环境对其性能要求的产品 ④非膨胀型防火涂料涂层的厚度不应小于10mm 5防火涂料与防腐涂料应相容、匹配。 (2)防火板材及柔性毡状隔热材料 防火板材主要有各种厚度的防火石膏板、水泥蛭石板、硅酸钙板、轻质加气混凝土板和岩棉板 等硬质板材。防火板材通过紧固件或粘结剂外贴在钢构件表面,起到防火隔热的作用。其防火性能 能满足一般要求,价格较低,但施工较复杂、重量较大,适用于同时有防火与装饰要求的钢结构公 供建筑与住宅。 钢结构采用包覆防火板保护时,应符合下列规定: ①防火板应为不燃材料,且受火时不应出现炸裂和穿透裂缝等现象: ②防火板的包覆应根据构件形状和所处部位进行构造设计,并应采取确保安装牢固稳定的措 拖; 3③固定防火板的龙骨及黏结剂应为不然材料。龙骨应便于与构件及防火板连接,黏结剂在高 温下应能保持一定的强度,并应能保证防火板的包敷完整。 钢结构采用包覆柔性毡状隔热材料保护时,应符合下列规定:

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    ①不应用于易受潮或受水的钢结构; ②在自重作用下,毡状材料不应发生压缩不均的现象。 (3)外包混凝土保护层 在钢构件外侧采用混凝土外包,可现浇或喷涂成型,外包混凝土层内需配置钢丝网或小直径钢 筋加强,防止混凝土收缩裂缝或过火时爆裂。现浇外包混凝土的容重大,应用上受到一定限制。 钢结构采用外包混凝土、金属网抹砂浆或砌筑砌体保护时,应符合下列规定: ①当采用外包混凝土时,混凝土的强度等级不宜低于C20; ②当采用外包金属网抹砂浆时,砂浆的强度等级不宜低于M5;金属丝网的网格不宜大于 20mm,丝径不宜小于0.6mm;砂浆最小厚度不宜小于25mm ③当采用砌筑砌体时,砌块的强度等级不宜低于MU10 1.3.3.2防火材料的选用 轻型承重钢结构宜采用防火涂料或防火板材防火,目前国内主要采用前者。当采用防火涂料作 为轻型钢结构防火保护措施时,一般应由建筑师和结构工程师按建筑物防火等级和构件的耐火时限 (必要时应与消防部门共同商定设防标准),根据《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24:90)的 规定,选用合理的涂料种类、涂层厚度及构造做法。 防火涂料应具有: (1)良好的绝热性,要求导热系数小、热容量大: (2)在火灾过程中不开裂、不脱落、能牢固地附着在构件表面上,材料本身具有一定的强度和 粘结度,连接和施工方便: (3)不腐蚀钢材,呈碱性且对钢材有害的成分低; (4)不含对人体健康有害的物质,如石棉等。 防火涂料的生产厂家应提供防火涂料的基本热力学性能、耐火试验的检测报告、质量保证书和 长期使用情况调查报告。工程中使用的防火涂料必须有国家专门检测机构对其耐火性能认可的检测 报告及生产许可证。设计人员应根据上述技术资料,结合所设计工程的具体特点和要求,确定适当 的涂料类型和涂层厚度。由于各种新型防火涂料的不断开发并投入实际工程应用,防火涂料厚度的 确定,宜直接采用实际构件的耐火试验数据。当构件的截面尺寸或形状与试验标准构件不同时,应 按现行的《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24:90)附录三的方法,推算所需的防火涂料厚度 不得将用于木结构的饰面型防火涂料用于钢结构防火。 各类防火涂料的特性及其使用范围见表14。轻型钢结构防火设计时宜优先选用薄涂型防火涂料 选用厚涂型防火涂料时,其表面需做装饰面层。表面装饰要求较高时,可选用超薄型防火涂料。

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    (8)有防火要求的钢屋盖结构, 面或封闭的圆管、方管和矩形管截面,不宜采用双角钢组合T型截面或双槽钢组合工字形截面并采 C江苏建科建筑技术培训中心 21

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    用节点板连接方式。 (9)组合楼盖中以压型钢板兼作钢筋并有防火要求时,应选用有自耐火性的板型(如燕尾板) 其整体耐火时限应满足承重楼盖的耐火要求(必要时应经国家专门检测机构认证),此时不必再用防 火涂料保护。同时,若楼盖下方采用不燃烧板材吊顶封闭时压型钢板也可不做防火保护处理。 (10)屋盖、楼盖承重钢构件的防火材料宜采用薄涂型防火涂料或轻质防火板材,防火材料的 重量应计入结构计算的荷载中。 (11)凡是有防火要求的轻型钢结构工程设计,设计文件中应包括防火设计的内容,具体包括 构件耐火时限的确定、防火涂料或板材的类型、厚度、构造做法等,对防火材料的性能、施工方法 和验收等技术要求以及所依据的防火设计、施工和材料规范(规程)也应在设计文件中注明。 1.3.4轻型钢结构基于性能化防火设计的概念、要求和方法 1.3.4.1基于性能化防火设计的概念 当前国内外建筑结构防火设计规范所采用的方法是根据建筑物类别定出耐火等级,然后根据耐 火等级的规定确定结构构件的耐火极限。结构设计人员则根据结构的极限状态,计算出火灾下结构 的耐火时间是否符合规范规定的耐火极限要求。该方法的不足之处是显而易见的: (1)结构耐火极限要求主要考虑了发生火灾时的危险性、建筑物的重要性和结构构件的重要性 但未从室内人员安全逃生及结构的性能要求角度出发,综合考虑经济及生命损失最小的目标 (2)结构构件的耐火时间是基于标准升温曲线确定的,而现有的研究和实际火灾现场情况表明 真实火灾与或火灾密度、通风条件、建筑形式与结构体系等诸多因素有关; (3)现行规范以单个构件是否达到火灾下的极限状态来确定结构的耐火时间,未考虑这个结构 体系中构件的相互约束和影响,是不符合实际情况的。 综合来看,传统的结构防火设计方法是一种格式化、“处方式”的设计方法,设计人员几乎不需 要消防安全工程所要求的特殊技术能力,仅仅依据规范的详细规定进行防火设计,对规范不能有任 何的偏离。尽管该方法具有清楚明了、易于执行、没有为不正当的消防安全验收和评估留下余地, 但其缺点是是建筑防火设计千篇一律,条文内容僵化,与实际情况不尽符合,科学性不强,导致防 火设计有时偏于保守,而有时又不安全,同时阻碍了新材料、新技术和创新设计的应用,难以满足 现代技术进步的要求。 基于性能化防火设计方法是建立在消防安全工程学基础上的一种全新的、科学的设计方法。它 根据建筑物的结构形式、功能与用途、内部可燃物的种类等方面的具体情况,对建筑的火灾危险性 和危害性进行定量的预测和评估,从而得到最优化的防火设计方案,为建筑物提供最合理的防火保 护。

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    性能化防火设计方法包括确定消防安全目标,建立可量化的性能要求,采用科学合理的分析 算方法,建立火灾场景,分析建筑物及其内部火灾荷载情况,确定性能设计指标,对设计方案进行 安全评估等必要步骤。该方法具有三个鲜明的特征:即安全目标的确定性、设计方法的灵活性和计 估验证的必要性。它不同于以往“处方式”规范所带来的固滞的设计思想。 轻型钢结构建筑耐火等级较低,同时经常出现大空间、天跨度的通透空间等突破现有消防防 分区的问题,因而容易形成“超规”的建筑和结构设计方案,现行的“处方式”规范不能很好加! 解决。若试图将防火墙、防火门、防火卷帘加水幕等技术措施用到大面积的轻型钢结构建筑中, 往因工艺和功能要求的限制而无法实施。此外轻型钢结构大跨度建筑的高度大多超过8m,安装消 喷淋系统作用不大。因此,如果不采用新的防火设计方法,现有的规范和技术不能圆满而科学合理 地解决一部分轻型钢结构的防火设计问题。 1.3.4.2基于性能化防火设计的要求 轻型钢结构(也包括其他建筑结构)的防火设计力图达到以下设计目标: (1)减轻结构在火灾中的破坏,避免结构在火灾中整体倒塌而造成巨大的人员和财产损失; (2)避免结构在火灾中局部倒塌造成人员疏散和消防人员灭火的困难; (3)减小火灾后结构的修复费用,缩短灾后结构功能恢复时间,尽量减少间接经济损失。 为达到上述设计目标,需要确定结构的功能目标和相应的结构性能要求, 针对不同的目的,功能目标主要有两个: (1)轻型钢结构的某些部位的构件或子结构以及结构的整体在火灾发生后的一定时间内不能 塌,以保证室内人员有足够的时间逃生,同时消防人员有足够的时间进行灭火; 2)某些重要的结构构件或结构整体在火灭下不能产生影响结构后期继续使用的的永久变形 到塌,以保证灾后结构功能的迅速恢复,减小火灾造成的间接经济损失和总的人员、财产损失。 与功能目标(1)相对应的结构性能要求为: (I)轻型钢结构的某些部位的构件在火灾发生后一定时间内(t),仍具有足够的承载能力 (II)轻型钢结构的某些部位的子结构在火灾发生后一定时间内(t2),仍具有足够的承载能力 (Il)轻型钢结构的整体在火灾发生后一定时间内(ts),仍具有足够的承载能力 与功能目标(2)相对应的结构性能要求为: (IV)结构某些重要构件或结构整体,由火灾产生的残余变形不能超过一定限值。残余变形 限值建议根据构件和结构类型参照变形规定偏低限取值。例如,楼面主梁取1/400;多层框架柱耳 h/300

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    结构耐火时间的确定原则: 假定火灾中建筑室内人员疏散出某一防火分区所需的时间为7,则该防火分区内所有结构构件 或子结构的耐火时间均应不小于,即

    上述耐火时间的确定条件是保证建筑室内人员有足够的逃生时间。 针对结构性能要求(II),结构整体的耐火时间t:除需保证建筑室内人员有足够的时间逃生外, 尚应保证消防人员有足够的时间到达现场灭火。设建筑室内全部人员逃生所需的时间为T2,消防人 员到达现场且能控制火势发展发展所需的时间为,则有

    t≥max (T, T)

    值得注意的是,建筑的不同区域内构件的耐火时间(t,t2)的要求不尽相同。例如,对于多高 层轻型钢结构,低层构件的耐火时间应大于较高楼层构件的耐火时间;对于大跨度结构,靠近出口 处构件的耐火时间应大于远离出口处构件的耐火时间。 影响结构耐火时间的因素较多,一般建筑室内的火灾荷载密度越大、火源多、容易失火的建筑 火灾发生后升温速度越快、升温越高,则结构的耐火时间就越短;而采用了诸如喷淋灭火装置、消 防措施严密或采用了钢结构防火保护措施的建筑物,则可以抑制和延迟结构的火灾升温,结构的耐 火时间就越长。此外,降低火灾时结构承受的荷载可延长结构达到火灾下结构承载能力极限状态的 时间,相应地延长了结构的耐火时间。 为实现结构防火性能要求,总的原则是尽量延长结构的耐火时间,同时缩短建筑室内人员逃生 时间和消防人员的灭火时间。 上述结构防火性能化指标的确定,是进行轻型钢结构建筑防火设计的前提,是一些经过综合因 素分析得到的科学量化指标。

    1.3.4.3基于性能化防火设计的方法

    轻型钢结构性能化防火设计的核心是运用大量的定量分析去解决工程安全评估问题。其中包括 (1)结构防火性能化指标的确定; (2)模拟火场场景和设计火灾,这涉及到建筑物防火设计的一些重要方面,如火源、火灾荷载 及可燃物种类等,建立火灾场景的相关参数资料,它是性能化防火设计的技术条件; (3)采用合适的计算分析方法,根据设定的火灾场景,利用火灾工程学理论,分析和模拟计算 火灾发生的可能性或蔓延的程度; (4)采用火灾高温条件下的结构分析与设计理论,对模拟火灾环境下的轻型钢结构进行性能分 析,掌握整体和局部的结构反应,确定结构设计方案:

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    要考虑结构的材料非线性和几何非线性,其中材料非线性主要考虑结构在高温条件下材料力学性能 的非线性变化(弹性模量和屈服强度的降低等);几何非线性需要考虑结构在火灾高温状态下产生的 结构变形,尤其是永久性的塑性和残余变形对结构受力的影响。需要引起设计人员注意的是,在火 灾高温条件下,不同区域、不同位置的结构构件的开温是不一定相同的,需要根据上述第(3)步的 计算结果模拟确定。 经过对火灾全过程进行结构承载能力和变形的计算,基于承载能力和正常使用极限状态的要求, 对结构的进行火灾结构安全性评估,最终对结构设计方案进行优化和分析比较。当发现结构不能满 足结构的性能要求时,需要对建筑和结构设计方案进行调整, 在上述各个计算与设计步骤完成后,形成最总的设计方案,编写轻型钢结构性能化防火设计的 评估报告。 轻型钢结构防火性能化设计除了结构专业设计人员需要进行相应的工作外,还需要其他专业人 员的协助与配合,才能取得最佳的效果。例如,建筑专业对防火分区、人员疏散路径、出口设置 装修材料和保温隔热材料的合理选择、消防喷淋设施的布置等。 综上所述,性能化防火设计理念是以性能和量化分析为基础,以极限状态设计为标准的一种全 新的结构防火设计方法。由于轻型钢结构建筑与结构设计方案灵活多样,通过性能化防火设计,可 以实现用较低的造价获得与传统规范设计的安全水平相当甚至更高的安全水平,可以有效地优化配 置资源。在某些情况下可以减小防火涂料的厚度、降低防火措施的要求甚至可以无需对钢结构进行 特殊的防火保护。而对于分析中发现的一些重点隐患部位和区域,则可以适当加强防火保护措施, 实现“好钢用在刃上”的安全、合理和经济的性能设计目标。 由于轻型钢结构基于性能化的防火设计是一种新的设计方法,当根据工程实际情况需要此项设 十时,设计人员还需要适当参考相关的技术资料、借助于合适的计算软件完成。本书在此只是进行 了概念和方法的简单介绍,希望起到“抛砖引玉“的作用

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    科做成的隔热层加以保护。 (2)当结构的表面长期受到辐射热达150℃以上或在短时间内可能遭受火焰作用时,应采取有 效的隔热防护措施。增设隔热层、中空钢构件加水套利用流动水循环对钢构件降温以及对构件进行 屏蔽(将构件包围在耐火材料组成的墙体或顶棚空隙内)都能对钢构件进行有效的隔热保护。 (3)屋面和墙面的保温隔热构造均应根据热工计算确定,保温隔热材料应尽量相互匹配,并可 结合钢构件防火保护措施全面考虑。 (4)轻型钢结构屋面的保温隔热可采用以下方法之一: ①在压型钢板屋面下部设带铝箔防潮层的玻璃纤维棉、矿棉或岩棉等保温隔热材料,在底部设 置钢丝网或玻璃纤维织物等具有抗拉能力的卷材,以承托隔热材料的自重。 ②金属复合夹心板。 ③在双层压型钢板中填充保温隔热材料。 (5)轻型钢结构墙面的保温隔热可采用与屋面相同的做法。除了各种轻质加气混凝土砌块、多 孔砖外,墙体两侧采用轻质预制板、水泥纤维板、加筋石板等各类硬质防火板材、外做防水措施、 中间填充保温隔热材料(必要时还可设置空气隔热层)的轻质墙体也常用于轻型钢结构的内、外墙 本中,能够满足保温隔热的要求,

    1.5.1一般规定 防腐涂层厚度的检测应在涂层干燥后进行。检测时构件的表面不应有结露。 同一构件应检测5处,每处应检测3个相距50mm的测点。测点部位的涂层应与钢材附着良好, 使用涂层测厚仪检测时,应避免电磁干扰。防腐涂层厚度检测,应经外观检查合格后进行。 1.5.2检测设备 涂层测厚仪的最大量程不应小于1200um,最小分辨率不应大于2um,示值相对误差不应大于 %。测试构件的曲率半径应符合仪器的使用要求。在弯曲试件的表面上测量时,应考虑其对测试准 确度的影响。 1.5.3检测步骤 确定的检测位置应有代表性,在检测区域内分布宜均匀。检测前应清除测试点表面的防火涂层 灰尘、油污等。检测前对仪器应进行校准。校准宜采用二点校准,经校准后方可测试 应使用与被测构件基体金属具有相同性质的标准片对仪器进行校准,也可用待涂覆构件进行权 准。检测期间关机再开机后,应对仪器重新校准

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    测试时,测点距构件边缘或内转角处的距离不宜小于20mm。探头与测点表面应垂直接触,接触 时间宜保持1s~2s,读取仪器显示的测量值,对测量值应进行打印或记录。 1.5.4检测结果的评价 每处3个测点的涂层厚度平均值不应小于设计厚度的85%,同一构件上15个测点的涂层厚度平均 值不应小于设计厚度。 当设计对涂层厚度无要求时,涂层干漆膜总厚度:室外应为150μum,室内应为125μum,其允许偏 差应为一25um

    1.6.1一般规定 防火涂层厚度的检测应在涂层干燥后进行。楼板和墙体的防火涂层厚度检测,可选两相邻纵、 横轴线相交的面积为一个构件,在其对角线上,按每米长度选1个测点,每个构件不应少于5个测点 梁、柱构件的防火涂层厚度检测,在构件长度内每隔3m取一个截面,且每个构件不应少于2个截面 对梁、柱构件的检测截面宜按下图所示布置测点。防火涂层厚度检测,应经外观检查合格后进行

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    设备的量程应大于被测的防火涂层厚度。检测设备的分辨率不应低于0.5mm。 1.6.3检测步骤 检测前应清除测试点表面的灰尘、附着物等,并应避开构件的连接部位。 在测点处,应将仪器的探针或窄片垂直插入防火涂层直至钢材防腐涂层表面,并记录标尺读数 测试值应精确到o.5mm。 当探针不易插入防火涂层内部时,可采取防火涂层局部剥除的方法进行检测。剥除面积不宜大 于15mmx15mm。 1.6.4检测结果的评价 同一截面上各测点厚度的平均值不应小于设计厚度的85%,构件上所有测点厚度的平均值不应 小于设计厚度。

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    2钢结构变形检测 2.1一般规定 变形检测可分为结构整体垂直度、整体平面弯曲以及构件垂直度、弯曲变形、跨中挠度等项目 在对钢结构或构件变形进行检测前,宜先清除饰面层;当构件各测试点饰面层厚度接近,且不 明显影响评定结果,可不清除饰面层。 2.2检测设备 钢结构或构件变形的测量可采用水准仪、经纬仪、激光垂准仪或全站仪等仪器。 用于钢结构或构件变形的测量仪器及其精度宜符合现行行业标准《建筑变形测量规范》JGJ8 的有关规定,变形测量级别可按三级考虑。 2.3检测技术 应以设置辅助基准线的方法,测量结构或构件的变形;对变截面构件和有预起拱的结构或构件 尚应考虑其初始位置的影响。 测量尺寸不大于6m的钢构件变形,可用拉线、吊线锤的方法,并应符合下列规定: (1)测量构件弯曲变形时,从构件两端拉紧一根细钢丝或细线,然后测量跨中位置构件与拉线 之间的距离,该数值即是构件的变形。 (2)测量构件的垂直度时,从构件上端吊一线锤直至构件下端,当线锤处于静止状态后,测量 吊锤中心与构件下端的距离,该数值即是构件的顶端侧向水平位移。 测量跨度大于6m的钢构件挠度,宜采用全站仪或水准仪,并按下列方法进行检测: (1)钢构件挠度观测点应沿构件的轴线或边线布设,每一构件不得少于3点; (2)将全站仪或水准仪测得的两端和跨中的读数相比较,可求得构件的跨中挠度; (3)钢网架结构总拼完成及屋面工程完成后的挠度值检测,对跨度24m及以下钢网架结构测量 下弦中央一点;对跨度24m以上钢网架结构测量下弦中央一点及各向下弦跨度的四等分点。 尺寸大于6m的钢构件垂直度、侧向弯曲矢高以及钢结构整体垂直度与整体平面弯曲宜采用全站 议或经纬仪检测。可用计算测点间的相对位置差的方法来计算垂直度或弯曲度,也可采用通过仪器 引出基准线,放置量尺直接读取数值的方法。 当测量结构或构件垂直度时,仪器应架设在与倾斜方向成正交的方向线上,且宜距被测目标 (1~2)倍目标高度的位置。钢构件、钢结构安装主体垂直度检测,应测量钢构件、钢结构安装主 体顶部相对于底部的水平位移与高差,并分别计算垂直度及倾斜方向。当用全站仪检测,且现场光 线不佳、起灰尘、有振动时,应用其他仪器对全站仪的测量结果进行对比判断

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    2.4检测结果的评价 在建钢结构或构件变形应符合设计要求和现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》G 50205及《钢结构设计标准》GB50017等的有关规定。 既有钢结构或构件变形应符合现行国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292、《工业 筑可靠性鉴定标准》GB50144等的有关规定。 《钢结构设计标准》GB50017相关要求: 吊车梁、楼盖契、屋盖梁、工作平台契以及墙架构件的度不宜超过下表所列的容许值

    2[vi]为永久和可变荷载标准值产生的挠度(如有起拱应减去拱度)的容许值,[v]为可变荷载标准值产生的挠度

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