轻型门式刚架.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,轻型门式刚架,计算原理和设计,西南大学工程技术学院建筑工程系,空间结构研究室,1,引言,铁,曾经在西方工业革命中起了十分重要的作用。由生铁冶炼为钢材的思想始于,1855,年，到,1879,年钢材冶炼技术逐渐成熟。金属结构的应用历史大致可分为三个时期：,（一）、,1780,1850,年的,铸铁,时期；,（二）、,1850,1900,年的,锻铁,时期；,（三）、,1880,至今的,钢,结构时期。,2,1880,1900,年代，钢结构主要由,热轧截面,和,铆接,连接构成，结构体系大多为,静定,结构，其,稳定性,主要由,支撑,来保证，设计计算主要针对构件采用,弹性理论,和,容许应力,设计法；,1930,年代起，,焊接,技术带来了钢结构制造业的根本性变革，实截面的,焊接框架,代替了精致的铆接结构，,梁柱刚性节点,替代了支撑以保障结构的稳定性，设计计算逐渐针对整个框架采用,弹塑性理论,和,极限状态,方法；,冷弯薄壁型钢,自,1940,年代起在钢结构建筑中得到了广泛的应用，考虑,板件局部失稳后极限强度,的设计方法以及考虑,板材与框架体系共同作用,的设计方法逐渐得到发展。,3,我国钢结构体系的发展大致经过了这样的时期：,1990,年以前，钢结构建筑在,工业,领域中的主要应用是,重型厂房,中的,排架,结构体系，在,民用,领域中的主要应用是,螺栓球,或,焊接球网架,结构；,自,1990,年代起，钢结构在我国进入了快速的全面的发展和应用时期。,门式钢刚架,结构被大量应用于,工业厂房,、超市、仓库中；钢框架在多高层建筑中也得到了越来越多的应用；薄壁彩钢板已大量应用于各类结构的维护体系和无梁无柱穹顶中；钢管直接汇交焊接结构及其与高强度拉索的组合结构已推广应用于各类体育、文化等公共建筑中；冷弯薄壁型钢截面除广泛应用于檩条等维护结构构件外也开始作为结构的主要受力构件或其组成部件得到应用。,4,现代钢结构体系,由,热轧,截面、,焊接,截面和,冷弯薄壁型钢,截面构件组成。人们往往将钢结构划分为,普通钢结构,和,轻型钢结构,两大类。但是，究竟如何定义或区分这两类结构，却存在着很多不同的标准。,例如，结构,跨度,的标准，结构,层数,的标准，结构,用途,的标准，,吊车吨位,的标准等。这些标准都有一定的合理性，但是都是建立在,结构体系,外在因素或特征,基础上的。事实上，轻型钢结构体系的本质是,“,轻,”,，实现这一本质的条件是截面板件要,“,薄,”,，设计时必然要考虑,板件局部失稳后,的,极限强度,。所以，从结构工作机理和设计计算原理的角度出发，,轻型钢结构体系是指,“,结构,构件,采用,较薄,板件，,设计,时,考虑板件局部失稳后的后继强度,的钢结构体系,”,。,5,按照轻型门式钢刚架各组成部分，力求通俗易懂地阐述其,:,受力特点、计算理论、设计思想、连接节点和构造细节,.,门式钢刚架是典型的轻型钢结构，也是目前国内应用最为广泛的轻型钢结构。早期典型的门式钢刚架是,1910,年布鲁塞尔世博会的德国机械工程展厅，采用了多层阶形钢框架结构；,1932,年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构。现代轻型门式钢刚架体系是由国外钢结构专业公司引入我国的，它包括,主结构系统,（刚架、支撑、抗风柱等）、,次结构系统,（屋面和墙面檩条等）、,辅助结构体系,（挑檐、雨蓬、女儿墙、楼梯、吊车梁等）、,围护板材体系,、,柱脚和基础,等。,6,课程主要内容,Ch1,轻型门式刚架,加工制造,的基本,知识,Ch2,轻型门式刚架,设计,的基本,理论,Ch3,主结构,及其,支撑,体系,Ch4,次结构,及其,连接,构造,Ch5,辅助结构,系统,Ch6,围护,材料及其,连接,构造,Ch7,连接件,和,密封,材料,Ch8,基础,设计,Ch9,应用实例,7,参考教材,8,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。,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。,9,第一节,H,型钢的制作及其设备,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,2m,。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,。,10,一、,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,12,16mm,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。,11,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。,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。,ESAB,六米数控切割机,12,二、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,。,W43-24X1000,板条矫平机,13,三、,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。,HG-1500,组立焊,14,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,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。,ME-1-1000,门型自动埋弧焊,15,四、,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,。,精工,-,型矫正机,16,五、,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,檩条、墙梁,端,部长圆孔,的制备。,17,常用的,边缘加工,方法有：铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。,H,型钢,端面铣床,，用于,焊接或轧制成型,的,H,型钢,、,箱形截面梁柱,的,两端面铣削,加工。,铣边机,利用,滚铣切削,原理，对钢板,焊前,的坡口、斜边、直边、,U,形边可一次同时铣削成形，耗能少操作维修方便。,18,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，如下图所示的抛丸机适用于各种型材和板材的表面清理。,制做好的,H,型钢需要,防腐,，即,涂刷油漆,。,美国潘邦八抛头抛丸机,19,焊接,H,型钢的生产工艺流程,20,在,H,型钢的制做过程中，板材切割下料、矫正整平，拼装点焊、焊接及焊后翼缘矫正，按常规工艺是由多台设备来完成的。将以上,工序集于一身,的,H,型钢生产线,具有结构紧凑、占地省、生产效率高等优点。,下面介绍两条生产线：,单面焊,H,型钢生产线,（见图）和,通用,H,型钢生产线,。,21,美国林肯单面焊生产线,22,单面焊,H,型钢,生产线采用,低合金高强度钢板,以,卧式焊接机,单面焊接，采用美国林肯公司的单弧双自动埋弧焊机。该生产线包含目前钢结构行业中,规格最大,的,12m,8m,大型剪板机，,H,型钢的腹板和翼缘板可用此剪板机一次性剪切下料，,超过,12mm,厚,的钢板采用,等离子切割机,进行切割。对于平整度不符合要求的钢板用,9,辊矫平机,整平。整平后的翼缘板进入翼缘板生产线，经过对接、冲孔、切断而成为翼缘板半成品，进入焊接生产线。半成品经组立及头部定位焊后进入卧式焊接机，一次性焊接完成。,23,通用,H,型钢生产线由,直条火焰切割机,和,12m,8m,剪板机,将钢板切割下料成腹板和翼缘板，经,组立机,到,门型自动埋弧焊机,焊接，再经,翼缘矫正机,矫正后成为焊接,H,型钢。矫正后的,H,型钢通过,抛丸除锈,处理后，涂底漆、编号发运。,钢结构的,主刚架,制作加工中，工作量最大的是,节点,的加工制作，包括节点处的,开孔,、,端板,的,定位焊接,、,加劲板,的,定位焊接,等工作。对梁柱上,四个面,都有,加劲板,的情况，梁柱还需要,翻转焊接,，构件的翻转需要采用,特殊,的,翻转设备,。,通用,H,型钢生产线由直条火焰切割机和,12m,8m,剪板机将钢板切割下料成腹板和翼缘板，经组立机到门型自动埋弧焊机焊接，再经翼缘矫正机矫正后成为焊接,H,型钢。矫正后的,H,型钢通过抛丸除锈处理后，涂底漆、编号发运。,24,钢结构节点加工用的翻转机,25,第二节,围护系统的制作及其设备,轻钢结构的,围护系统,包括,檩条、墙梁、墙面及屋面彩板、楼面板、通风采光系统、排水系统和收边系统,等。围护系统的制造是轻钢结构加工制造中,技术含量最高,的一部分，它直接,决定,了,整个建筑,的,产品质量,。下面通过相关设备来介绍围护系统的加工制造过程。,26,一、,冷弯薄壁型钢檩条,的加工制造,在轻型门式刚架结构中，,檩条和墙梁,通常采用,卷边槽形（或称,C,型）和带斜卷边的,Z,型冷弯薄壁型钢,。冷弯薄壁型钢一般由薄钢板通过,檩条机,冷弯,辊压成型,而成。对,Z,、,C,型冷弯薄壁型钢，钢板厚度一般为,1.5,3mm,，材质为,Q235,钢板、,Q345,钢板或,G450,高张力连续热浸镀锌钢板,三种。檩条上的孔可采用,冲孔,。,27,HG-,型檩条机,28,二、,压型金属板,的制作,彩色钢板建筑制品分为,单层彩色压型钢板,和,复合夹芯板,两类轻型建筑预制板材。,单层彩色压型钢板和复合夹芯板的原材料普通的彩色钢板（钢带）是由金属,基材,经过,表面处理,（热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝及电镀锌和热镀锌合金化钢板），再在其上覆盖,彩色涂,层（聚酯涂料、有机硅改性聚酯涂料、聚偏氟乙烯涂料，也可无涂层）制成。彩色钢板按其基板的用途不同、镀层不同、涂层不同可分为若干类别，彩板的选择要对金属基材、镀层、涂层分别进行确定。比较高级的彩板有以铝镁合金材料为基板的,铝镁板,。,29,单层彩色压型钢板的制作是采用压型机将彩钢卷通过连续完成的,开卷、辊压、剪切,而成的。,复合夹芯板的制作是采用,两层彩板做面层,，,中间,注入,液体聚氨脂,(PU),、聚苯乙烯（,EPS,）或岩棉,，再,固化加压,一次成型制成。这种复合板具有,承力、保温、装修、防水,的,综合功能。,成型后的压型钢板及泛水板、包角板的基板不得有裂纹；漆膜应无裂纹、剥落和擦痕等现象。,30,单层彩色钢板压型机是采用,多道成型辊,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、切断机和成品辊架五部分组成，当加工曲板时还需曲面冲压机。,31,三、,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,。,32,浙江精工科技有限公司开发研制的,JZW800,折边机,33,一般,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。,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,屋面采光通风及防水,34,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,。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。,35,一、钢结构,防锈与涂装,的,一般规定,、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。,36,、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。,、轻型钢结构构件应,按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。,37,二、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。,38,2,高温下,（,100,以上,）钢材的腐蚀机理,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,O,2,、,H,2,S,、,SO,2,、,Cl,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。,39,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：,40,、,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。,、,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。,、,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。,41,四、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,油污、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。,42,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。,43,五、,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,含油,的,或不含油,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。,44,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。,45,六、,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。,46,3,、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,油性,底漆（如,油性红丹漆,）配套使用。因为过氯乙烯漆中含有,强溶剂,，会破坏底漆漆膜。,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。,47,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,15,20,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,600,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。,48,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,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，航空煤油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。,49,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。,50,一、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,石油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,防火等级,，必要时应,与消防部门共同商定,设防标准。,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。,51,二、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。,52,2,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）硅酸钙防火板（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。,53,3,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,1.5,3,小时的耐火极限。,4,水冷却法,。即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。,54,三、防火,涂料,、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。,55,、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,8,50,毫米,的涂料，这类钢结构防火涂料的耐火极限可达,0.5,3,小时,。在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢件。这类钢结构防火涂料是用合适的粘结剂，再配以无机轻质材料，增强材料组成。与其他类型的钢结构防火涂料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外，由于它从基料到大多数添加剂都是无机物，因此它还具有成本低廉这一突出特点。该类钢结构防火涂料施工采用喷涂，一般多应用在耐火极限要求,2,小时以上的室内钢结构上。但这类产品由于涂层厚，外观装饰性相对较差。,56,薄型,钢结构防火涂料：涂层使用厚度在,3,7,毫米,的钢结构防火涂料称为薄型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升，保护钢构件。这类钢结构涂料一般是用适当的乳胶聚合物作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这种类型防火涂料，要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好的附着力，耐久性和耐水性好。该类钢结构防火涂料在生产过程中一般都分为三步：第一步先将各种阻燃添加剂分散在水中，然后研磨成规定细度的浆料，第二步再用基料,(,乳液,),进行配漆，第三步在浆料中配以无机轻质材料、增强材料等搅拌均匀。该涂料一般分为底层,(,隔热层,),和面层,(,装饰层,),，其装饰性比厚型好，施工采用喷涂，一般使用在,耐火极限要求不超过,2,小时,的建筑钢结构上。,57,超薄型,钢结构防火涂料：超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度,不超过,3,毫米,的钢结构防火涂料，这类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热层，是近几年发展起来的新品种。它可采用喷涂、刷涂或滚涂施工，一般使用在要求耐火极限,2,小时以内的建筑钢结构上。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型膨胀钢结构防火涂料粘度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出优点。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求，特别是对裸露的钢结构，这类涂料是目前备受用户青睐的钢结构防火涂料。为了赶上或超过国外同类产品，满足市场的需要，研制和开发高耐候性的室外超薄型钢结构防火涂料是今后发展的方向。,58,、钢结构,防火涂料,的,选择及注意事项,(1),实际工程中选用的防火涂料必须有国家检测机构对其耐火性能认可的检测报告及生产许可证。,(2),民用建筑及大型公用建筑的,承重钢结构,宜采用防火涂料防火，一般应由建筑师与结构工程师按建筑物耐火等级及耐火时限，根据,钢结构防火涂料应用技术规范,CECS24,，选用涂料的类别（薄涂型或厚涂型）及构造做法。,(3),选用时宜,优先选用薄涂型,防火涂料，选用厚涂型涂料时，其外需做装饰面层隔护。装饰要求较高的部位可选用超薄型防火涂料。,59,(4),防火涂料的,厚度,，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,钢结构防火涂料应用技术规程,CECS24,附录三的方法，推算所需防火涂层厚度。,(5),室外,环境的钢结构，,一般不考虑防火保护,。但,石化,企业的室内、外应按,石油化工企业设计防火规范,的规定进行防火防护设计。当室外钢结构需防火保护时，应采用专用的,露天用防火涂料，并以防锈底漆打底,。,(6),不得将饰面型防火涂料,（适用于基材为可燃材料的木结构）,用于钢结构的的防火保护,。,(7),重要,的,钢柱,构件采用防火涂料保护时，一般应采用,厚涂型,防火涂料，且,节点,部位宜做,加厚,处理。当所用防火涂料的,粘接强度小于,0.05Mpa,时，涂层内应设置与钢构件相连接的,钢丝网,。,60,(8),承重钢梁,构件采用,厚涂型,防火涂料时，其重要节点部位宜,加厚,处理。当为下列任意中情况时，涂层内应设与钢梁相连接的,钢丝网,。,受,振动,作用的钢梁；,涂层,厚度大于或等于,40mm,的梁；,梁用防火涂料,粘接强度小于或等于,0.05Mpa,时；,梁腹板高度超过,1.5m,时。,61,(9),当有技术经济依据时，重要的承重构件可采用,耐火钢外加防火涂料,的防火做法，其防火设计及对材料性能、构造施工等方面的技术要求，可参照上海市地方标准,钢结构防火技术规范,的规定。,(10),防火涂料的,施工,应由专业队伍承担，并按,钢结构工程施工质量验收规范,GB50205,及,钢结构防火涂料应用技术规程,CECS24,检查验收。,62,