门式刚架计算原理和设计实例.pdf

目录绪言第一章轻型门式刚架加工制造的基本知识第一节H型钢的制作及其设备 1第二节围护系统的制作及其设备 10第三节钢结构防腐处理 15第四节 钢结构防火处理 24第二章 轻型门式刚架设计的基本理论第一节结构布置和材料选用 34第二节结构设计的一般原则 37第三节计算模型和计算理论 40第四节稳定设计的基本知识 45第四节 优化设计的基本知识 55第三章 主结构及其支撑体系第一节 主刚架的设计和构造 62第二节山墙刚架的设计和构造 77第三节伸缩缝处刚架的构造 81第四节托梁及屋面单梁设计 82第五节结构支撑体系 86第六节主刚架工程设计实例 94第四章次结构及其连接构造第一节冷弯薄壁型钢的一般特点 125第二节有效宽度法的基本概念 126第三节屋面模条的构造和计算 130第四节 墙面楝条的构造和计算 141第五节若干问题讨论 142第六节楝条计算设计实例 150第七节楝条规格选用附表 153第五章辅助结构系统第一节雨篷和挑檐 172第二节吊车梁和牛腿 173第三节楼梯和栏杆 189第四节检修平台和女儿墙 192第六章围护材料及其连接构造第一节 金属屋面的主要类型 216第二节 压型钢板的构造和规格 220第三节 复合保温板的构造和规格 224第四节 金属屋面板的连接 226第五节金属屋面板的设计 235第六节 加气混凝土屋面ALC板 247第七节墙面板 250第八节保温隔热 256第九节门窗 257第十节采光和通风 258第七章连接件和密封材料第一节螺栓 259第二节锚栓 262第三节自攻螺丝 269第四节密封带条和密封膏 270第八章基础设计第一节基础设计的特点 273第二节基础设计的特殊处理措施 275第三节 典型柱基础细部详图 281第四节柱底板和锚栓 283第五节基础设计实例 287第九章应用实例 291参考文献 307第一章轻型钢结构加工制造的基本知识轻型钢结构工程是一个系统工程，它包括设计、加工制造和施工安装三个过程；包含 的具体内容有：主结构系统、次结构系统和围护系统三大方面。了解轻型钢结构各个组成 部分的加工制造过程对于工程师面言是十分必要的。主结构系统包括主刚架和支撑体系。支撑体系包括水平支撑、柱间支撑和刚性系杆等 部分。由于支撑体系采用的构件大多为圆钢、角钢和钢管等，构件简单、制作方便，且支撑 体系节点多为标准节点，因此这部分产品大多为各公司的标准产品。本章仅从轻型钢结构的主刚架和围护系统两方面介绍轻型钢结构的加工制造；同时介绍 钢结构的防腐处理和防火处理的相关知识。第一节H型钢的制作及其设备轻型钢结构的主刚架包括门式刚架和山墙抗风柱等部分。主刚架作为建筑结构的骨架,支承整个建筑结构系统，承受和传递着各类荷载。根据跨度、高度及荷载的不同，门式刚 架的梁、柱一般采用变截面或等截面的实腹式焊接H型截面或轧制H型截面。变截面构件 通常改变腹板的高度做成楔形形状，必要时也可改变腹板的厚度。结构构件在运输单元内 一般不改变翼缘截面，邻接的运输单元可采用不同厚度和宽度的翼缘截面。因受加工设备 限制，H型钢截面高度一般不能超过2暝 下面将按焊接H型钢生产工艺流程的顺序介绍焊 接H型钢的制作机器设备。一、板材下料切割板材下料切割的方法有：机械切割法、气割法、等离子切割法等。在钢结构制造厂中，一般情况下，钢板厚度在1216mm以下的直线型切割，采用剪切 下料。常用的剪切机械有剪板机。气割多用于带曲线的零件和厚钢板的切割。气割能切割各种厚度的钢材，设备灵活、费 用经济、切割精度较高，是目前使用最广泛的切割方法。气割按切割设备可分为：手工气割、半自动气割、仿型气割、多头气割、数控气割和光电跟踪气割。焊接H型钢生产线的下料设 备一般配备数控多头切割机或直条多头切割机，此类切割设备是高效率的板条切割设备，纵 向割矩可根据要求配置，可一次同时加工多块板条。（见图1-2）1各类型钢以及钢管等的下料通常采用锯割。常用的锯割机械有：弓形锯、带锯、圆盘锯、摩擦锯和砂轮锯等。等离子切割主要用于熔点较高的不锈钢材料及有色金属的切割。二、板材矫正整平H型钢在组立焊接之前，先要对原材料（钢板）进行矫正、整平。常用的机械设备有板 条矫平机（见图l-3）o三、H型组立、焊接矫平的钢板（翼缘板、腹板）进入H型钢自动组立机，在组立生产线上，将未焊接的翼 缘板和腹板先工作组立器具定位好，进行头部定位焊。此类设备一般都采用PLC可编程序控 制器，对型钢的夹紧、对中、定位点焊及翻转实行全过程自动控制，速度快、效率高。（见 图-4）组立好的H型钢进入焊接机，H型钢生产配备的焊机一般为埋弧自动焊机，从类型 上可分为门式焊接机（见图1-5）及悬臂式焊接机两种类型。焊机一般都配备有焊缝自动跟 踪系统、焊剂自动输送回收系统及快速返程功能。四、H型矫正轻型钢结构构件的翼缘、腹板通常采用较薄的钢板，焊接容易产生比较大的焊接变形，且翼缘板与腹板的垂直度也有偏差，这时需要通过矫正机对焊接后的H型钢进行矫正。（见 图 1-6）0五、钻孔、锁口、抛丸、涂装钢结构的连接节点多采用高强螺栓，因此孔加工在钢结构制造中占有一定的比重。制孔 通常有钻孔和冲孔两种方法。钻孔是钢结构制造中普遍采用的方法，几乎能用于任何规格的 钢板、型钢的孔加工。钻孔的精度高，对孔壁损伤较小。冲孔一般只用于较薄钢板和非圆孔 的加工且孔径不小于钢材厚度的加工。冲孔生产效率虽高，但由于孔的周围产生冷作硬化，孔壁质量差等原因，通常只用于楝条、墙梁端部长圆孔的制备。常用的边缘加工方法有：铲边、刨边、铳边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。H型钢 端面铳床，用于焊接或轧制成型的H型钢、箱形截面梁柱的两端面铳削加工。铳边机利用滚 铳切削原理，对钢板焊前的坡口、斜边、直边、U形边可一次同时铳削成形，耗能少操作维 修方便。钢构件在涂刷之前应进行除锈处理，构件表面的除锈方法分为喷射、抛射除锈和手工或 动力除锈。喷射、抛射除锈设备的种类很多，如图7抛丸机适用于各种型材和板材的表面 清理。2制做好的H型钢需要防腐，即涂刷汕漆。详见第三节钢结构防腐处理。图1 1给出了焊接H型钢的生产工艺流程。图11焊接H型钢的生产流程3制作好的焊接H型钢需经检查合格后方可编号打包发运,焊接H型钢的允许偏差见表1-1 O表1 1焊接H型钢的允许偏差项 目允许偏差图 例截面高度(h)h10004.0截面宽度(b)3.0L b_1_腹板中心偏移2.011_N_1_1翼缘板垂直度()b/1003.02.1a二弯曲矢高1/10005.0扭曲h/2505.0腹板局部平面度(f)t70mm2.011注：（1）h为压型金属板截面高度。压型铝板2.0侧向弯曲在测量长度压型钢板20.01的范围内压型铝板25.0（2）1为测量长度，系指板长扣除两端0.5m后的实际长度（小于10m）或扣除后人选的10m长度。单层彩色钢板压型机是采用多道成型辐将彩色钢板连续冷弯成型的原理设计的。它由开 卷机（架）、送料台、成型机、切断机和成品辐架五部分组成，当加工曲板时还需曲面冲压 机。图1 121 13列出了一些彩色压型钢板的生产设备。HV-450压型机HV-450 roll forming machine图112 HV-450压型机12HV475压型机HV-475 roU terming machine图113 HV-475压型机三、排水和收边系统轻型钢建筑中，天沟、落水管、包边板等的制造质量对于防水功能至关重要。很多轻型 钢建筑在这些地方都存在泛水、渗水现象，其中一个重要原因就是其包边板是手工折成而不 是采用机械加工的，这些对建筑的排水效果及建筑外观效果都不利，而采用折弯机折弯的收 边板产品质量较好。下图的折边机可以针对一定形状的包边，适应不同的彩色压型钢板的板 型，对包边板进行折弯加工。这样加工出来的包边板与彩色压型钢板贴合紧密，防水性能好。图1 14为浙江精工科技有限公司开发研制的JZW800折边机。13图114 JZW800折边机四、通风采光系统衡量轻型钢建筑质量好坏的另一很重要的标准就是其屋面采光通风及防水系统产品的 质量，它直接关系到轻型钢建筑的使用性能。这部分产品大多为专利产品，由钢结构公司或 各相关专业厂家开发生产。（a）采光天棚（b）防水细部（c）通风气楼图115屋面采光通风及防水图1 15所示分别为采光天棚、防水细部做法和通风气楼，一般通风气楼或通风器有主 动和被动排风两种形式，其型号、布置位置和布置数量与建筑的具体通风要求有关，可以根 据通风器的排风能力进行计算。第三节钢结构的防腐处理由于建筑钢材强度高、塑性韧性好、自重轻，加上钢结构具有制作简便、施工工期短，适用于跨度大、高度高、承载重的结构等优点，使钢材在建筑业中得到了广泛应用。但是钢材耐腐蚀性和耐锈蚀性差。据发达国家的不完全统计，每年由于腐蚀造成的经济 损失约占国民经济总产值的4%。钢结构的腐蚀不仅造成经济损失，也给结构的安全带来隐 患，由于钢锈蚀而导致的工程事故也屡见不鲜。因此钢结构（特别是薄壁钢构件）的防腐处 理具有重要的经济和社会意义。一、钢结构防锈与涂装的一般规定1、钢结构的防锈及涂装设计应遵守工业建筑防腐蚀设计规范GB500046与钢结 构管道涂装技术规程YB/T9256的有关规定；凡在钢结构工程设计中，均应有防锈涂装设 计的内容。142、钢结构防锈及涂装设计应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件及使用 寿命，以及施工条件与工程造价等因素，合理的选用或确定钢材表面原始锈蚀等级、除锈方 法与等级（涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级GB8923）、涂料与涂装要求以及涂装施工 的质量检验要求（钢结构工程施工质量验收规范GB50205）等。3、轻型钢结构构件应按表4所示外界条件对结构的侵蚀作用分类选择表面处理方法 及配套涂料。表1 4 外界条件对轻型钢结构的侵蚀作用分类序号地区相对湿度（%）对结构的侵蚀作用分类室内（采暖房屋）室内（非采暖房屋）露天1农村，一般城市的商业区及住宅区干燥，60无侵蚀作用无侵蚀作用弱侵蚀作用2普通，6070无侵蚀作用弱侵蚀作用中等侵蚀作用3潮湿，75弱侵蚀作用弱侵蚀作用中等侵蚀作用4工业区，沿海地区干燥，60弱侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用5普通，6070弱侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用6潮湿，75中等侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用注：1 表中的相对湿度系指当地的年平均相对湿度，对于恒温恒湿或有相对湿度指标的建筑物，则按室内相对湿度采用。2 一般城市的商业区及住宅区泛指无侵蚀性介质的地区，工业区则包括受侵蚀介质影响及散发轻微侵蚀性介质的地区。二、钢结构腐蚀的主要原因防止钢结构腐蚀首先要了解钢材腐蚀的原因。1.常温下（100以下）钢材的腐蚀机理常温下钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢结构在常温大气环境中使用，钢材受大气中水 分、氧和其他污染物（未清理干净的焊渣、锈层、表面污物）的作用而被腐蚀。大气的相对 湿度在60%以下时，钢材的腐蚀是很轻微的；但当相对湿度增加到某一数值时，钢材的腐 蚀速度突然升高，这一数值称为临界湿度。常温下，一般钢材的临界湿度为60%70%。当空气被污染或在沿海地区空气中含盐时，临界湿度都很低，钢材表面容易形成水膜。此时焊渣和未处理干净的锈层（氧化铁皮）作为阴极，钢结构构件（母材）作为阳极在水膜 中发生电化学腐蚀。大气中的水分吸附在钢材表面形成的水膜是造成钢材腐蚀的决定因素；大气的相对湿度和污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素。2.高温下（100以上）钢材的腐蚀机理15高温下钢铁的腐蚀主要是化学腐蚀。高温状态下，水以气态存在，电化学作用很小，降 为次要因素。金属和干燥气体（如。2、H2S SO2、。2等）相接触，表面生成相应的化合物（氯化物、硫化物、氧化物），形成对钢材的化学腐蚀。三、钢结构腐蚀的防护方法根据钢材腐蚀的电化学原理，只要防止或破坏腐蚀电池的形成或强烈阻滞阴、阳极过程 的进行，就可防止钢材的腐蚀。采用防护层方法防止钢结构腐蚀是目前通用的方法，常用的 保护层有以下几种：1、金属保护层：金属保护层是用具有阴极或阳极保护作用的金属或合金，通过电镀、喷镀、化学镀、热镀和渗镀等方法，在需要防护的金属表面形成金属保护层（膜）来隔离金 属与腐蚀介质的接触，或利用电化学的保护作用使金属得到保护，从而防止腐蚀。2、化学保护层：通过化学或电化学方法使钢材表面生成一种具有耐腐蚀性能的化合物 薄膜，以隔离腐蚀介质与金属的接触，来防止对金属的腐蚀。3、非金属保护层：用涂料、塑料、搪瓷等材料，通过涂刷和喷涂等方法，在金属表面 形成保护膜，使金属与腐蚀介质隔离，从而防止金属的腐蚀。四、钢材表面处理钢材加工后到出厂之前，构件表面会不可避免的沾有汕污、水分、灰尘等污染物以及存 在毛刺、氧化铁皮、锈层等表面缺陷。由前面钢结构腐蚀的主要原因我们知道，污染物的含 量是影响大气腐蚀程度的重要因素，且表面污物会严重影响涂料在钢材表面的附着力，并使 漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，无法达到预期的防护效果。因此，钢材表面 处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，有时甚至比涂料本身品种性能差异的影响 更大，应予以重视。日本防蚀技术中认为影响涂装质量的诸多因素所占的比例见表1-5。表1 5 防腐涂装个因素对涂层质量的影响影响质量的因素影响程度（）表面处理（除锈质量）49.5涂层厚度（涂装道数）19.1涂料品种4.9其他（施工与管理等）26.5钢结构表面处理方法：手工工具除锈、滚动钢丝轮除锈、酸洗除锈、喷砂（丸）除锈、化学转化膜、热浸镀、电镀、表面合金化以及射流控制真空除锈、激光除锈等。在中等侵蚀作用环境中的承重钢构件，当其形状较复杂或体型较特殊时，可选用酸洗除 16锈方法。酸洗应有专门的工艺控制保证（不宜用盐酸），应附加缓蚀剂，并清洗到位，确保 角、凹部位不致积酸，引起材质氢脆变异。各类构件的物理除锈方法与等级可按表1-6选用。表1 6 各类构件的物理除锈方法与等级构件种类除锈方法除锈等级无侵蚀作用的一般构件手工及动力工具除锈SfL（彻底）级或5Z3级（非常彻底）弱侵蚀作用的承重构件喷射（丸、砂）除锈Sal（彻底）级或SZ2,级（非常彻底）2中等侵蚀作用的承重构件喷射（丸、砂）除锈，22工级（非常彻底）2注：1对使用期内很难维修的承重构件，其除锈等级宜适当提高（最高不超过522 一级）。22 除锈前后应仔细消除油垢、毛刺、药皮、飞溅物及氧化铁皮等。3 除锈及涂装工程的质量验收应符合钢结构工程施工质量验收规范GB50205的规定。五、防腐涂料钢构件的防腐涂层可根据具体情况采用不同的方式,如金属保护层（镀锌等）、油漆涂层、复合保护层（即一、二项同时使用）。目前通常的钢结构防腐做法就是刷防腐涂料。涂料是 一种含汕的或不含汕的胶体溶液，将它涂敷在钢材表面上，可结成一层薄膜来保护钢结构。防腐涂料一般由底漆和面漆组成。底漆中粉料多，基料少，成膜粗糙，底漆的功能是使 漆膜与基层和面漆结合牢固，即就是要有好的附着力；底漆有阻蚀性颜料，可以阻止锈蚀的 发生，有的还能对金属起钝化和电化学保护作用，防止金属生锈。而面漆则粉料少，基料多，成膜后有光泽，主要功能是保护下层底漆，故要对大气和湿度具有不渗透性，要能抵抗由风 化引起的物理和化学分解。目前的趋势是使用合成树脂来提高介质的抗风化性能。耐大气性 能的防腐涂料一般只能耐大气中的气相腐蚀。对于受酸碱等介质侵蚀的地方，必须用耐酸碱 的涂料。防腐漆按保护功能可分为底漆，中层漆和面漆，各层汕漆均有其特性，各负其责，各层 组合起来，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。1、底漆底漆层常用的防腐涂料有富锌底漆和环氧铁红底漆，富锌漆是由大量的微细锌粉与少量 的成膜机料组成。锌的电化学性比钢铁高，在受到腐蚀时，有“自我牺牲”的作用，使钢铁 被保护。腐蚀产物氧化锌又填充了孔隙，使涂层更加致密。常用的富锌底漆有以下三种：（1）水玻璃无机富锌底漆，它是以水玻璃为基料，加入锌粉，混合后涂刷，固化后要用 17水冲洗，施工工艺复杂，工艺条件苛刻，表面处理必须在Sa2.5以上，另外对环境温度、湿 度都有要求，形成的涂膜易开裂、脱皮、目前已很少采用。(2)溶性无机富锌底漆，该底漆是以正畦酸乙酯为基料，以酒精为溶剂，经部分水解聚 合，加入锌粉混合均匀后涂覆成膜。(3)富锌底漆，它是以环氧树脂为成膜基料，加入锌粉，固化形成涂层。环氧富锌底漆 不但防腐性能优良，而且附着力强，并与下道涂层环氧云铁中层漆均有良好的粘结型。主要 用于一般大气中的钢架结构和石汕化工设备的防腐。环氧铁红底漆是分罐装的双组份涂料，甲组份(涂料)由环氧树脂、氧化铁红等防锈颜 料增韧剂、防沉剂等制成，乙组份为固化剂，施工时按比例调配。氧化铁红是一种物理性防 锈颜料，其性质稳定、遮盖力强、颗粒细微、能在漆膜中起到很好的屏蔽作用，有很好的防 锈性能。环氧铁红底漆对钢板及上层环氧面漆均有很好的粘结力，常温干燥快，对上层面漆 不渗色，较普遍的用于钢质管道、贮罐、钢结构防腐工程，作防锈底漆使用。2、中涂层中涂层一般为环氧云铁和环氧玻璃鳞片漆或环氧厚浆漆。环氧云铁漆是以环氧树脂为基 料加入云母氧化铁制成，云母氧化铁的微观结构像片状云母，其厚度仅为数微米，而直径为 数十微米到一百微米。它耐高温、耐碱、耐酸性、无毒，片状结构可阻止介质渗透，增强了 防腐性能，而且收缩率低，表面有粗糙度，是一种优良的中层防腐漆。环氧玻璃鳞片漆是以 环氧树脂为基料，以薄片状的玻璃鳞片为骨料，再加各种添加剂组成的厚桨型防腐漆。玻璃 鳞片厚度仅为25微米。由于鳞片在涂层中上下多层排列，形成独特的屏蔽结构。3、面漆用于面漆的涂料按其价位可划分为三种等级：(1)普通级为环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯其等；(2)中等级为聚氨酯漆；(3)高等漆为有机硅改性聚氨酯漆、有机畦改性丙烯酸面漆、氟涂料等。环氧漆经化学固化后，化学性质稳定，涂层致密，有很强的粘结力，很高的机械性，它 耐酸、碱、盐，能抵抗多种化学介质的腐蚀。氯化橡胶漆以氯化橡胶为成膜物，氯化橡胶是用天然橡胶与氯气反应制成，他属惰性 树脂，成膜后密封性能非常好，水汽、氧气对漆膜的渗透率极低，而且耐酸、耐碱、耐水、耐氧化剂、耐各种腐蚀性气体的腐蚀，在用醇酸树脂改性后，耐候性好，在使用过程中，漆 膜理化性能变化很小，可以说是一种经济耐用的防腐材料。其它面涂层材料因价格较高，使 18用很不普遍，本文不再详述。六、防腐油漆（涂料）的选择一般的涂料选择应考虑以下几点：1、要考虑结构所处的使用条件及选用涂料的范围的一致性，根据腐蚀介质的情况（种 类、温度和浓度）气相或液相，湿热地区或干燥地区等条件进行选用。对于有酸性介质，可 采用耐酸性能较好的酚醛树脂漆，而对于碱性介质，则应采用耐碱性较好的环氧树脂漆。2、要考虑施工条件的可能性。有的宜刷涂，有的宜喷涂，有的自然干燥成膜等等。对 于一般情况，宜用干燥、便于喷刷的冷固型涂料。3、要考虑涂料的正确配套。由于大部分涂料是有机胶状物质为基料，涂料每涂一层结 成薄膜后，难免有许多异常细小的微孔，腐蚀介质仍有可能渗入侵蚀钢铁。因此，目前涂料 的施工都不是涂单层，而是涂多层，目的在于将微孔减少到最低限度。底漆和面漆之间应有 良好的适应性。如过氯乙烯漆与磷化底漆或铁红醇酸底漆配套使用，才能得到很好的效果,而不能与汕性底漆（如汕性红丹漆）配套使用。因为过氯乙烯漆中含有强溶剂，会破坏底漆 漆膜。防腐涂料底漆、中间漆、面漆必须配套。选用面漆时，除遵守底漆说明书的要求外，一 般底漆、中间漆、面漆配套组合要求可参照下表7进行。表17 钢结构用底漆、中间漆与面漆的配套组合序号底漆与中间漆面漆最低除锈底漆适用环境构建1红丹系列（油性防锈漆、醇酸或酚醛防锈漆）底漆2遍铁红系列（油性防锈漆、醇酸底漆、酚醛防锈漆）底漆2遍云铁醇酸防锈漆底漆2遍各色醇酸磁漆23遍sa无侵蚀作用构件2氯化橡胶底漆1遍氯化橡胶面漆24遍Sal1、室内、外弱侵蚀作用的重要构件；3氯磺化聚乙烯底漆2遍+氯磺化聚乙烯中间漆氯磺化聚乙烯面漆23遍19注：1 第4项匹配组合（环氧清漆面漆）不适用于室外爆晒环境。12遍2、中等侵蚀环境的各类承重结构4铁红环氧酯底漆1遍+环氧防锈漆23遍环氧清（彩）漆12遍5铁红环氧底漆1遍+环氧云铁中间漆12遍氯化橡胶漆2遍6聚氨酯底漆1遍+聚氨酯磁漆23遍聚氨酯清漆13遍7环氧富锌底漆1遍+环氧云铁中间漆2遍氯化橡胶面漆2遍8无机富锌底漆1遍+环氧云铁中间漆1遍氯化橡胶面漆2遍Sal-2需特别加强防锈蚀的重要结构9无机富锌底漆2遍+环氧中间漆23遍（7 5 100um）（7 5 125um）脂肪族聚氨酯面漆2遍（50 U m）2当要求较厚的涂层厚度（总厚度150 lx m）时，第2、5及6项组合的中间漆和面漆宜采用厚浆型涂料。3第8、9项无机富锌底漆要求除锈等级及施工条件更为严格，一般较少采用。4、要考虑结构的主次关系。即根据构件的重要性，是主要承重构件还是次要承重构件 来进行考虑，分别选用不同的涂料，或用相同的涂料而对涂层厚度加以区别。选择涂料时，除考虑结构使用功能、经济性和耐久性外，还应考虑施工过程中的稳定性、干燥、速度、毒性以及需要的温度条件等。要达到良好的防腐效果，在选择恰当、高性能涂料的同时，对于涂料的厚度亦有一定的 要求。如果涂层厚度薄或不均匀，钢材表面毛刺的高峰会露出涂层，涂层就会有针孔，这时 水中的氧、氯离子、水分子等会穿过这些薄弱的地方，使钢铁生锈腐蚀，腐蚀产物体积膨解，形成锈包，逐渐扩大，最后涂层起泡脱落。如果涂层过厚，虽然可增强防护能力，但附着力 和机械性能都要降低，而且要增加费用。对于一般涂装要求的构件，并采用手工及动力工具除锈时，可采用两道底漆、两道面漆 的做法；对涂装要求较高的构件，并采用喷射除锈时，宜采用2遍底漆，12遍中间漆及2 遍面漆的做法。涂层干漆膜总厚度不宜小于120 um（弱侵蚀）及150um（中等侵蚀）、200 um（较强侵蚀的重要构件）。需加重防腐的部位，可适当增加涂层厚度2060uni。厚度要 均匀、连续完整、无针孔，方可取得良好的防腐效果。根据有关文献，钢结构涂层厚度可参 考表1 8。表18 钢结构涂装涂层厚度基本涂层和防护涂层附加涂层城镇大气工业大气海洋大气化工大气高温大气20醇酸漆1001501251752550沥青漆180-2401502103060环氧漆1752251502001502002550过氯乙烯漆1602002040丙烯酸漆1001401401801201602040聚氨酯漆1001401401801201602040氯化橡胶漆1201601602001401802040氯磺化聚乙烯漆1201601602001401801201602040有机硅漆1001402040表1 9 常用防锈底漆名 称型号标准号性能用途涂施方法配套要求红丹油性 防锈漆Y53-1HG 2-581-74防锈性能好，漆 膜坚固，附着力强，但干燥较慢适用于钢结构表 面防锈打底，但不 能用于铝、锌表面，因红丹与铝、锌起 电化学作用刷涂为主与酯胶磁漆、酚醛磁漆、醇酸 磁漆配套使用铁红油性 防锈漆Y53-2HG 780-74附着力强，防锈 性较好，但次于红丹 油性防锈漆适用于防锈要求不高的钢结构表 面防锈打底刷涂为主与酯胶磁漆、酚醛磁漆配套 使用红丹酚醛 防锈漆F53-1HG 2-782-74防锈性能好，漆 膜坚固，附着力强，干燥较快同红丹油性防锈漆刷涂为主与酚醛磁 漆、醇酸磁漆配 套使用铁红酚醛 防锈漆F53-3HG 2-583-74附着力强，漆膜 较软，耐磨性差，防 锈性能次于红丹酚醛 防锈漆适用于防锈要求不甚高的钢结构表面防锈打底刷涂或喷涂与酚醛磁漆配套使用铁红、灰酚醛 底漆F06-8HG 2-579-74漆膜有良好的附 着力和一定的防锈性 能适用于防锈要求不甚高的钢结构表面防锈打底刷涂或喷涂与醇酸磁 漆纯酚醛磁漆 配套使用铁红纯酚醛 底漆F06-9HG 2-580-74有一定的防锈性能，耐水性好适用于防锈要求不甚高的钢结构表面防锈打底刷涂或喷涂与醇酸磁 漆纯酚醛磁漆 配套使用各色硼根酚醛防锈漆F53-9HG 2-1020-77具有良好的抗大 气锈蚀性能，干燥快，施工方便。逐步代替 一部分红丹防锈漆使 用，节约铅、无毒适用于钢结构表面防锈打底刷涂或喷涂与酚醛磁 漆、醇酸磁漆配 套使用21铁红灰酯胶 底漆T06-5HG 2-570-74漆膜坚硬，易打 磨，并有良好的附着 力适用于防锈要 求不甚高的钢结构 表面防锈打底刷涂或喷涂与调和漆、酚醛磁漆配套 使用红丹醇酸 防锈漆C53-1HG 2-25-74防锈性能好，漆 膜坚硬，附着力强，干燥较快同红丹油性防锈漆刷涂或喷涂与醇酸磁 漆、酚醛磁漆、酯胶磁漆配套 使用铁红醇酸底漆C06-1HG 2-113-74具有良好的附着 力和一定的防锈能 力，在一般气候条件 下耐久性好，但在湿 热带气候和潮湿条件 下耐久性差一些适用于一般钢 结构表面防锈打底刷涂或喷涂与醇酸磁 漆、硝基磁漆、沥青漆、过氯乙 烯漆配套使用乙烯磷化底漆X06-1HG 2-27-74对钢材表面附着 力极强，漆料中的磷 酸盐可使钢材表面形 成磷化膜，延长有机 涂层的寿命适用于钢结构 表面防锈打底，可 省去磷化或钝化处 理，但不能代替一 般底漆，不适用于 碱性介质环境中刷涂或喷涂其它防锈 漆、底漆和面漆 配套使用铁红过氯乙烯 底漆G06-4HG 2-263-74有一定的防锈性 及耐化学性，但对钢 材的附着力不太好，若与磷化底漆配套使 用，能耐海洋性及湿 热带气候适用于沿海地 区和湿热带气候的 钢结构表面打底刷涂或喷涂与磷化底 漆和过氯乙烯 防锈漆配套使 用铁红环氧酯 底漆H06-2H06-19HG 2-605-74HG 2-789-75漆膜坚硬耐久，附着力良好，若与磷 化底漆配套使用时，可提高漆膜的耐潮、耐盐雾和防锈性能适用于沿海地 区和湿热带气候的 钢结构表面打底刷涂或喷涂与磷化底 漆和环氧磁漆、环氧防锈漆配 套使用云母氧化铁 底漆具有良好的热稳 定性、耐碱性，防锈 性能超过红丹和硼银 防锈漆，无毒，而且 价廉和原料来源丰富适用于热带气 候和湿热条件下的 钢结构表面防锈打 底刷涂或喷涂与各类面漆配套使用无机富锌底漆具有较好的耐水 性、耐油性、耐溶剂 性、耐热性及耐干湿 交替的盐雾的性能，有阴极保护作用，长期曝晒不老化适用于水塔、水 槽、油罐及海洋钢 构筑物表面防锈打底刷涂或喷涂可兼作面 漆，如与环氧磁 漆、乙烯磁漆配 套使用，效果更 好表1 10 常用面漆名 称型号标准号性能用途涂施方法配套要求22各色油性调和漆Y03-1HG 2-567-74耐候性较酯 胶调和漆好，但 干燥时间较长，漆膜较软适用作室 内一般钢结构 面漆刷涂为主各色酯胶调和漆T03-1HG 2-781-80干燥性能比 油性调和漆好，漆膜较硬，有一 定的耐水性适用作一般钢结构面漆刷涂或喷涂各色酚醛磁漆F04-1HG 2-575-80漆膜坚硬、光 泽、附着力较 好，但耐候性差适用作室 内一般钢结构 面漆刷涂或喷涂与酯胶底漆、红 丹防锈漆、灰防 锈漆和铁红防 锈漆配套使用各色纯酚醛磁漆F04-11HG 2-578-74漆膜坚硬，耐 水性好、耐候性 较好适用作防 潮和干湿交替 的钢结构面漆刷涂或喷涂与各种防锈 漆、酚醛底漆配 套使用各色醇酸磁漆C04-42HG 2-591-74具有良好的 耐候性和较好 的附着力，但干 燥较慢适用作钢结构的面漆刷涂或喷涂先涂12道 C06-1铁红醇酸 底漆，再涂C06-10醇酸两道底 漆，最后涂该漆灰酚醛防锈漆F53-2HG 2-582-74耐候性较好，有 一定的防水性 和防锈性能适用作钢结构的面漆刷涂或喷涂与红丹或铁红类防锈漆配套使用表1 11 常用防腐蚀面漆名 称型号标准号性能用途涂施方法配套要求各色过氯乙烯G52-1HG 2-625-74具有良好 的耐腐蚀性和 耐潮性。但附着 力较差，如配套 的好，可以弥 补。若经60 65co烘烤13 小时，其各种机 械性能比硝基漆优越适用于钢 结构防酸雾介 质腐蚀的面漆刷涂或喷涂与 X06-1 乙烯磷化底漆、G06-4铁红过氯 乙烯底漆配套 使用各色环氧硝基防腐漆H04-2HG 2-603-75耐候性良好，有较好的物理机械强度，耐油性良好适用于湿 热气候的钢结 构防工业大气 腐蚀的面漆刷涂或喷涂与环氧底漆配套使用沥青清漆L01-6HG 2-584-74具有良好 的耐水、耐潮、耐腐蚀性能，但适用于钢 结构防酸气腐 蚀的打底和作刷涂或喷涂底漆兼作 面漆，一般涂两 道23机械性能差，耐 候性不好面漆沥青耐酸漆L50-1HG 2-587-74具有耐硫 酸腐蚀的性能，并有良好的附着力适用于钢 结构室内防腐 蚀的打底和作面漆刷涂或喷涂底漆兼作 面漆，一般涂两 道第四节钢结构的防火处理钢结构具有独特的优越性，它适用于各种工程结构，因而在工业与民用建筑中得到了 广泛的应用。但钢结构耐火性能差早已为人们所熟知，钢材虽为非燃烧材料，但却易导热、怕火烧，其耐火极限仅为1520分钟。在火灾的温度下，钢结构的强度是温度的函数。未 加防火保护的钢结构，当结构温度达到350、500 600时，其强度分别下将1/3、1/2、2/3,当结构温度达到600C以上时，将完全丧失承载能力。因此，在火灾作用下，钢结构 不可避免地扭曲变形，最终导致垮塌毁坏。钢结构发生火灾后，结构垮塌快，给消防灭火工作带来极大的困难同时减少了受困人员 的逃生时间；且垮塌后的钢结构变成“麻花状”或“面条状”的废物，很难修复使用，往往 带来重大人员伤亡和经济损失。国内外钢结构遭火灾倒塌的例子不胜枚举。如1967年美国 蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢结构屋顶被烧塌；1993年我国福建泉州一座钢结构冷 库发生火灾，造成3600 rtf的库房倒塌；2001年的美国纽约世界贸易大厦双塔遭恐怖分子飞 机袭击，航空煤汕爆炸后引发高温燃烧，两幢420m高的钢结构摩天建筑先后轰然倒塌，造 成近4000人死亡和1000多亿美元的经济损失。因此钢结构防火的研究、设计和运用应受到 特别的重视。钢结构的防火包括结构的防火设计和结构的防火保护措施。钢结构防火设计的实质是：选定保护材料及所需厚度，从而使结构在火灾中的升温不超 过其临界温度而确保耐火稳定性。防火设计的目标就是使结构构件的实际耐火时间大于或等 于规定的耐火极限。一、钢结构防火设计的一般规定1钢结构的防火设计应符合国家建筑设计防火规范GBJ16、高层民用建筑设计防 火规范GB50045及石汕化工企业设计防火规范GB50160.高层民用建筑钢结构技术规 程JGJ99等的有关规定。建筑师应慎重并合理地确定工业建筑的防火类别与建筑物的防火 24等级，必要时应与消防部门共同商定设防标准。2钢结构构件的防火设计原则，是在设计所采用的防火措施的条件下，能保证构件在 所规定的耐火极限时间内，其承载力仍不小于各种作用和组合效应。建筑物等级所要求承重 构件耐火极限如表1一12。表1 12 建筑构件的耐火时限（h）规范耐火等级耐火时限（h）柱梁楼板屋顶承重构件支撑多层的柱支撑单层的柱建筑设计防火规范一级3.02.52.01.51.5二级2.52.01.51.00.5三级2.52.01.00.5高层民用建筑设计防火规范一级3.02.01.5二级2.51.51.0二、常用的防火措施1、单面屏蔽法。在钢结构的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。当发生火灾时，屏障的阻隔使得钢构件避免了急速升温。如果在钢结构所有的构件外表面设置防火屏障，结 构造价势必会大幅度增加，而且这种做法也不现实，但在特殊部位设置防火屏障不失一种既 方便又较经济的钢结构防火方法。2、用耐火轻质板作为防火外包层。办公与居住建筑等的钢结构，当同时有防火与装饰要求时，可在钢结构表面做除锈及涂 底漆（粘贴面不可涂底漆）后，采用防火板（如ALC板）等专用的、可模制定型的装饰性板 材外包防火构造。无装饰要求的工业与民用建筑钢结构，可根据造价、施工条件等因素采用 防火板材外包防火构造。钢结构防火用板材分为两类：一类为密度大、强度高的薄板，如短 纤维增强的各种水泥压力板（包括TK板、FC板等）、纤维增强普通硅酸钙板、纸面石膏板、以及各种玻璃布增强的无机板（俗称无机玻璃钢）；另一类是密度较小的厚板，如轻质（或 超轻质）畦酸钙防火板（如KB板）及膨胀蛭石防火板。板材不同厚度与不同构造的耐火性 能、时限等，均应有国家检测机构的检测认定。防火板由工厂加工，它的表面平整，装饰性 25好，施工为干作业。用于钢结构防火具有占用空间少、综合造价低的特点。各种防火板主要技术性能指标见下表l-13o表1 13 各种防火板主要技术性能项目外形尺寸长X宽X厚(mm)密度(kg/m3)标准构件试验耐火极限小时(h)最高使用温度(C0)导热系数(W/(mk)纸面石膏板18003600X 1200X9-128000.15(9mm)0.25(12mm)6000.194TK板1200X3000X8001200X4817000.25(8mm)6000.35FC板3000X1200X4618000.25(6mm)6000.35纤维增强硅酸钙板1800X900X6-1010000.25(10mm)6000.28无机玻璃钢板1000X2000义21215001700/6000.24-0.45蛭石板(英国 vicuclad)1000X610X 20 654301(20mm)2(30mm)3(50mm)10000.113(250C。时)超轻硅酸钙板(日本KB板)1000X610X 25 504002(25mm)3(35mm)10000.06超轻硅酸钙板(上海XT板)600X300X20-604003(40mm)10000.053、浇筑混凝土或耐火砖。采用混凝土或耐火砖完全封闭构件，这种做法的优点是强度 高、耐冲击，但缺点是要占用的空间较大，例如，用200号混凝土保护钢柱，其厚度为5 10cm才能达到1.53小时的耐火极限。4、水冷却法。既在呈空心截面的柱内注入水，与设置的水箱相连，形成一个循环系统。当发生火灾时，热量被水吸收，从而保证了钢柱温度不会升温过高而丧失承载能力。为了防26止钢柱生锈，需在水中加入专门的防腐剂。冬天为了防冻还需加入防冻剂，这种方法目前较 少采用。5、涂抹防火涂料。这是目前通常采用的防火措施。将防火涂料涂抹在构件表面，这种 方法施工方便，重量轻、耐火时间长，可以涂抹于构件的任何位置，不受截面形状的限制，具有较好的经济性和实用性。下面将重点介绍钢结构的防火涂料。三、防火涂料1、钢结构防火涂料的分类钢结构防火涂料的类型可根据不同的方法来定义：从所用溶剂来分，可分为溶剂型和水 基型钢结构防火涂料；从使用范围分，可分为室内和室外钢结构防火涂料；根据防火机理分，可分为非膨胀型和膨胀型钢结构防火涂料；根据涂层厚度来分，可分为厚型、薄型、超薄型 钢结构防火涂料。钢结构防火涂料的技术性能应符合下表1 14表1 14 钢结构防火涂料技术性能要求项目指标薄型（B类）厚型（H类）在容器中的状态经搅拌后呈均匀液态或稠厚流体,无结块经搅拌后呈均匀稠厚流体，无结块干燥时间表干h120.1520.04抗压强度，MPa20.3干密度，kg/m3500热导率，W/（m-k）0.116抗振性挠曲1/200,图层不起层、脱落抗弯性挠曲1/100,图层不起层、脱落耐水性，h二24224耐冻融循环性，次215215耐火性能涂层厚度3.05.57.08152030405027注：1本表所列防火涂料性能仅适用于建筑物及构筑物室内使用的各类钢结构防火涂料，不包括室外钢结构防火涂料的技标准梁耐火极限不低于，h0.51.01.50.51.01.52.02.53.0术要求。2超薄型钢结构防火涂料比普通膨胀性防火涂料涂层更薄，其装饰性和耐火性能更好，其涂层外观完全类同于一般饰 面型涂料，既可喷涂也可手工涂刷。由于国内目前处于起步阶段，尚无正式标准。通常将3mm涂层厚，耐火极限不低于90分钟 的膨胀型防火涂料称之为超薄型钢结构防火涂料。2、几种常用的钢结构防火涂料厚型钢结构防火涂料：所谓厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度在850毫米的涂料，这 类钢结构防火涂料的耐火极限可达0.53小时。在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃