钢结构第六章

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（三） 复合防火保护
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对内层防火层在成结 构破坏或损伤。
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。
a) 刷涂法 应用较广泛，适宜于油性基料刷涂。因为油性基料虽 干燥得慢，但渗透性大，流平性好，不论面积大小，刷起来都会 平滑流畅。一些形状复杂的构件，使用刷涂法也比较方便。
b) 喷涂法 施工工效高，适合于大面积施工，对于快干和挥发性 强的涂料尤为适合。喷涂的漆膜较薄，为了达到设计要求的厚度 ，有时需要增加喷涂的次数。喷涂施工比刷涂施工涂料损耗大， 一般要增加20%左右。
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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； 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。
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。
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6.2 钢结构抗火设计的耐火极限要求
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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。
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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。
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。
宝贝不不不
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钢结构
45
W/(m·℃)
比热容
cs
600
J/(kg·℃)
密度
ρs
7850
kg/m2
泊松比
υs
0.3
—
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6.5 钢结构的防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
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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。
钢铁表面接触。
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钢结构防腐蚀设计的构造要求：
1. 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。 2. 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)。 3. 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。 4. 钢结构节点及连接构造应避免易于积灰和积湿的角、槽等， 连接零件之间应有可供检查与维修的空间(净空不宜小于 120mm)。
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。
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防锈涂装施工：除锈 涂装防锈底漆 涂装防锈面漆
除锈：钢材表面除锈方法有手工除锈、动力工具除锈、喷射
或抛射除锈、酸洗除锈等。
涂装防锈漆：
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。
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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。
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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。
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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。
单、多层和高层建筑构件的耐火极限
单、多层建筑
高层建筑
耐火等级
耐火极限/h
一级 二级
三级
四级
一级 二级
构件名称
承重墙
3.00 2.50
2.00
0.50
2.00 2.00
柱、柱间支承
3.00 2.50
2.00
0.50
3.00 2.50
梁、桁架
2.00 1.50
1.00
0.50
2.00 1.50
楼板、楼面支承
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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。
防火涂料分类：
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1、按防火原理分有膨胀型和非膨胀型两大类：
① 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。
② 膨胀型：膨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。
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6.5.2 构造措施
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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。
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2001年震惊世界的“9·11”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。
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5～38℃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。
结构
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（二） 外包混凝土或砌筑砌体，防火板包覆 （包裹法）
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。
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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4～12mm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。
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6.6 钢结构防腐蚀
钢材的耐腐蚀性:
1. 碳素钢的耐腐蚀性：较差。 2. 低合金钢的耐腐蚀性：比碳素钢高，一般在1~1.5倍，高的
可达2~6倍。 3. 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。 4. 铸铁的耐腐蚀性：普通铸铁耐腐蚀性能比较低。 5. 镀锌钢材：镀锌层形成保护膜，防止环境中的腐蚀介质与
厂、库房 民用 厂、库房 民用
1.50 1.00
0.75
0.50
0.50 不要求
屋顶承重构件、屋面 1.50
厂、库房 0.50
民用
不要求
1.50 1.00
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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
参数名称
符号
数值
单位
热膨胀系数
αs
1.4×10-5
m/(m·℃)
热传导系数
λs
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5. 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120～150mm。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。 6. 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1～2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。
（一）涂覆、喷淋防火涂料（涂覆法）
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。