钢结构设计中常见问题与措施

浅谈钢结构设计中常见问题与措施

【摘要】：本文围绕钢结构设计中最常见的防腐蚀与防火的问题进行成因分析提出具体措施和办法。对于常见几种钢结构应用中的不同类型的钢材腐蚀特点，提出预防腐蚀的具体措施；对于钢结构设计中钢材防火的特点提出具体的防火设计的措施。

【关键词】：钢结构设计防腐蚀防火措施

中图分类号：tu391文献标识码： a 文章编号：

一、钢结构的腐蚀因素与预防措施

1. 钢结构的大气腐蚀

钢结构建筑的腐蚀在大多情况下是化学腐蚀过程，其中以电化学腐蚀最为普遍。电化学腐蚀是钢铁和含有电解质的介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在金属表面发生原电池反应是形成电化学腐蚀最主要的条件。大气环境是造成钢结构腐蚀的最普遍、最主要因素，材料或构件在大气环境下发生的腐蚀称为大气腐蚀。大气腐蚀是金属处于表面电解质水膜层下的电化学腐蚀过程。当金属置于大气环境中，其表面通常会形成一层极薄水膜，这种水膜实质上是电解质水膜，它是由于空气中相对湿度大于一定数值时，水分直接沉淀（雨、雪等）或者吸附凝聚（雾、露等）于金属表面而形成。如果金属只是处于纯净的水膜中，一般不足以造成强烈的电化学腐蚀，但是空气中水气往往含有污染物，使水膜常含有水溶性的盐类或溶入的腐蚀性气体，形式发生电化学反应的电解质溶液。

影响大气腐蚀的主要因素有空气中的污染源、相对湿度以及温度

三方面。

(1) 空气中的污染源：大气中常含有的硫化物、氮化物、碳化物，以及尘埃等污染物；

(2) 相对湿度：相对湿度达到某一临界点时，水分在金属表面形成水膜，从而促进了电化学过程的发展，腐蚀速度迅速增加。(3) 温度：环境温度的变化影响金属表面水汽的凝聚，也影响水膜中各种腐蚀气体和盐类的浓度等。

2、不同类型钢材的耐腐蚀性

碳素钢的耐腐蚀性较差，在大气、土壤、海水和甚至中性的淡水都不耐蚀。在腐蚀环境中使用在结构钢材，应尽量选用含碳和含硫量低的钢材；低合金钢的耐腐蚀性能要比碳素钢高，一般在1～1.5 倍，高的达2～6 倍；耐候钢，即耐大气腐蚀钢，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成。钢中加入微量元素后，使钢材表面形成致密且附着性很强的氧化物膜，阻碍锈蚀往内部扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度；镀锌钢材在钢结构中的使用很广泛，镀锌钢材主要通过电化学原理来进行防腐。

3、钢结构防腐蚀的具体方法

（1）钢结构防腐蚀设计的构造要求

腐蚀性等级为强、中时，桁架、柱、主梁等重要受力构件不应采用格构式和冷弯薄壁型钢。

钢结构杆件截面的选择应符合：1）杆件应采用实腹式或闭口截面，闭口截面端部应进行封闭；对封闭截面进行热镀浸锌时，应采

取开孔防爆措施。2）腐蚀性等级为强、中时，不应采用由双角钢组成的t行截面或由双槽钢组成的工字型截面；腐蚀性等级为弱时，不宜采用上述t形或工形截面。3）当采用型钢组合的杆件时，型钢间的空隙宽度应满足防护层施工和维修的要求。

钢结构杆件截面厚度应符合：钢板组合的杆件，不小于6mm；闭口截面杆件，不小于4mm；角钢截面的厚度，不小于5mm。

桁架、主梁、柱等重要的钢构件和闭口截面杆件的焊缝，应采用连续焊缝。角焊缝的焊脚尺寸不应小于8mm ；当杆件的厚度小于

8mm时，焊脚尺寸不应小于杆件的厚度。加劲肋应切角；切角的尺寸应满足排水、适用维修的要求。

钢结构所在室内环境的湿度不宜过高，湿度在75%以下；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。不同金属材料接触的部位，应采用隔离措施。

（2）采用铝合金、不锈钢等建筑材料

相比来说，合金材料有：抵御大气腐蚀、减轻结构自重以及提高建筑美学效果三方面的优点。

铝合金的自重约为28kn/m3，钢材自重约为78.5kn/m3，铝合金自重要比同等跨度的钢材自重减少50%以上。加一定元素形成的铝合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，这样使得其“比强度”（强度与比重的比值）胜过很多合金钢。

（3）涂料防护措施

涂料防护是一种价格适中、施工方便、效果显著及适用性强的防腐蚀方法，在钢结构的防腐蚀应用中最为广泛。由于建筑钢结构多为室内结构，除了处在特殊的海滨或工业环境中之外，腐蚀环境一般不太恶劣时，用涂料进行防腐蚀，可以保持20～30 年的防护效果。

重防腐涂料是相对一般防腐蚀涂料而言的。它是指在严酷的腐蚀条件下，防腐蚀效果比一般腐蚀涂料高数倍以上的防腐蚀涂料。其特点是耐强腐蚀介质性能优异，耐久性突出，使用寿命达数年以上。厚膜化是重防腐涂料的重要标志。一般防腐涂料的涂层干膜厚度为100μm或150μm左右，而重防腐涂料干膜厚度则在200μm或300μm以上，还有500μm～1000μm，甚至高达2000μm。

一般涂料产品的配套以相同品种为最好，如：醇酸底漆配醇酸面漆、氯化橡胶涂料配氯化橡胶涂料等。

（4）长效防腐蚀方法

热浸锌是将除锈后的钢结构件浸入600℃高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm 以下薄板不得小于65μm，从而起到防腐蚀的目的。热喷铝(锌)复合涂层：先对构件表面作喷砂除锈，使其表面露出金属光泽并打毛；再用乙炔氧焰将不断送出的铝(锌)丝融化，并用压缩空气附到钢构件表面，以形成蜂窝状的铝(锌)喷涂层(厚度约80～100μm)；最后用环氧树脂或氯丁橡胶等涂料填充毛细孔，以形成复合涂层。

二、钢结构的防火特点与措施

1、钢结构在燃烧中的特点

钢结构构件遇火一般有以下四个特点：

1）钢材在高温下强度下降明显，在建筑结构中广泛使用的普通低碳钢温度超过350℃，强度开始大幅度下降，在500℃时约为常温时的1/2，600℃时为常温时的1/3。

2）钢材热导率大，易于传递热量，使构件内部升温很快。

3）高温下钢材塑性增大，易于产生变形。

4）一般钢构件截面面积较小，热容量小，升温快。

因此，钢结构发生火灾时，会很快到达临界点温度，钢结构构件强度显著降低进而失去承载力，并且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，加之钢结构在高温下塑性增大，很快就会变形坍塌无法修复，火灾对钢结构建筑影响很大，会造成大量的人员伤亡和财产损失，社会影响极大。

因此，对于钢结构建筑的防火应给与重视。

2、钢结构的火灾防治

由于钢结构在高温下，强度显著降低、塑性增大，易造成结构变形坍塌，若能采取措施，对钢结构进行保护，使其在遇到火灾时温度升高不超过临界温度，钢结构在火灾中就能保持稳定性。对钢结构采取的保护措施：截流法和疏导法。

(1) 截流法：阻滞火灾产生的热流量的向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度，这些方法的共同特点是设法减少传到构件热流量，因而称之为截流法。