住宅钢结构的防火与防腐

２００６　Ｎｏ．５　结构设计与研究应用　１０９　宅玺冈　杓　薛木根　（安徽省纺织工业设计院，安徽关键词：住宅钢结构；防火保护：防腐　中图分类号；ＴＵ３９１　文献标识码：Ｂ　火５　合肥２３０００１）　摘要：文章主要介绍了住宅钢结构防火与防腐的重要性，并从适用住宅钢结构方面提出防火与防腐的处理方法。　文章编号：１００７—７３５９（２００６）Ｏ５一Ｏ１Ｏ９一Ｏ２　Ｆｉｒｅ　ａｎｄ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｘｕｅ　Ｍｕｇｅｎ　（Ａｎｈｕｉ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆｆｉｒｅ　ｎｄ　ａｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｎｄ　ｂｒａｉｎｇｓ　ｏｕｔ　ｉｆｒｅ　ｎｄ　ｃｏｒａｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ａｄａｐｔａｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｆｉｒｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　１　住宅钢结构的防火保护　１．１钢结构建筑防火的重要性　钢材虽为非燃烧性材料，但钢材不耐火，温度４００　时，钢　接与人的生活起居有关。且居住建筑内一般都有较多的易燃物　品，因此，住宅钢结构的防火保护有其特殊的意义。　１．２钢结构防火保护处理方法　火灾是火失去控制而蔓延的一种灾害性燃烧现象。一般　地，火灾的发生必须具备存在能燃烧的物质，能提供持续燃烧　的空气、氧气或其他氧化剂，以及能使可燃物质燃烧的着火源　这样３个条件。为此，现今钢结构建筑的防火保护一般有以下　一材的屈服强度将降至常温下强度的一半；温度达到６００℃，钢材　基本丧失全部强度和刚度。一般常用建筑钢材的临界温度（即　丧失支撑能力时的温度）为５４０℃。对于建筑火灾，火场温度多　在８００℃　１２００℃。在火灾发生的１０ｍｉｎ内，火场温度即可高达　７００℃以上，对于裸露的钢材构件，在这样的火场温度下，只要　几分钟其温度就可上升到５００℃而达到其临界值，进而失去载　荷能力，导致建筑物倒塌。例如，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；１９７０年美国５０层的纽约第　一些措施。　①冲水冷却保护法。该方法是在空心封闭的钢构件中充满　水，火灾时构件把从火场中吸收的热量给水，依靠水的蒸发消　耗能量或通过循环把热量带走，构件温度可控制在１００℃左右，　从理论上讲，这是钢结构保护最有效的方法。冷却水可由高位　水箱或供水管网或消防车来补充，蒸汽由预设的排气ｌＹｌ排出，　其缺点是增加了自重。为防止锈蚀或水的冻结，还应在水中掺　加阻锈剂和防冻剂。这种方法由于对结构设计有专门要求，目　前实际很少应用。　贸易大楼发生火灾，楼盖钢梁被烧扭曲１０ｃｍ左右；１９９０年　英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾，造成钢梁、钢　柱和楼盖钢桁架的严重破坏；１９９３年我国福建泉州一座钢结构　冷库发生火灾，造成３６００ｍｚ的库房倒塌。表１列举了我国部分　钢结构建筑物发生火灾的实例。　钢结构建筑火灾实例　表１　②单面屏蔽法（如图１）。在钢构件中的迎火面设置阻火屏　障，将构件与火焰隔开，如果建筑物内部发生火灾，火焰也烧不　到钢构件。这种在特殊部位设置的防火屏障措施不失一种较经　济的钢构件防火方法。　③包封法。包封法是最常见也是最基本的钢结构防火保护　火　由上可见，钢结构的防火保护非常重要，这对于减轻火灾　损失，减少伤亡具有重要意义。而对于钢结构住宅建筑来说，直　△火　收稿日期：２００６—０７—１４　作者简介：薛木根（１９７３一），男，安徽芜湖人，１９９５年毕业于安徽建筑　工业学院建筑工程专业，工程师。　钢柱　△图１单面屏蔽防火法　火　钢梁　维普资讯 http://www.cqvip.com

１１０　安徽建筑　２００６年第５期　方法，它是用耐火材料把构件包裹起来。包封法一般又有下面２　种形式。　漆、铝粉漆等。这类防锈漆的防锈颜料有良好的屏蔽作用，能阻　挡水分等化学介质渗到钢铁表面，因而减缓电化学反应的速度　年左右，不适合用于钢结构住宅建筑中。　②依靠化学钝化作用，使钢材表面形成一层钝化膜。如磷　化膜或具有阻蚀性的络合物，这些在钢材表面形成的钝化膜或　络合物的标准电极电位较铁为正，从而能延缓钢材的腐蚀过　程。这类防锈漆主要有红丹漆、铅酸钙漆、含磷酸盐防锈颜料的　ａ．浇筑混凝土或砌筑防火砖，采用混凝土或耐火砖完全封　和延迟发生锈蚀的时间。其特点是价格便宜，但防锈期限仪在５　闭钢构件。这种方法优点就是强度高、耐冲击，但缺点是占用空　间较大，另外，施工也较麻烦，特别是在钢梁、斜撑上，施工十分　困难。　ｂ．防火板材包覆，采用纤维增强水泥板（如ＴＫ板、Ｆｃ板）、　石膏板、硅酸钙板、石板将构件包覆起来。防火板由工厂加工，表　面平整，装饰较好；施工为干作业；用于钢柱防火具有占用空间　油漆等，这类防锈漆防锈性能好，价格便宜，但铅系防锈漆和铅　少，综合造价低的优点。　④喷涂无机防火涂料。早在２０世纪５０年代的欧美、日本　等先进国家就广泛采用防火涂料保护钢结构。２０世纪８０年代　初期，国内在一些重要钢结构建筑中也开始采用。发展至今，喷　涂防火涂料已是使用最广泛的建筑钢结构防火法了。　钢结构防火涂料的品种较多，通常根据高温下涂层的变化　情况分膨胀型和非膨胀型２大系列。　膨胀型防火涂料，又称薄型防火涂料，厚度一般为　２ｍｍ　７ｍｍ，其基料为有机树脂，配方中还含有发泡剂等成分，　遇火后自身会发泡膨胀，形成比原涂层大十几倍到数十倍的多　孔碳质层。多孔碳质层可阻止外部热源对基材的传热，如同绝　热屏障。用于钢结构防火，耐火极限可达０．５ｈ一１ｈ。　非膨胀型防火涂料，主要成分为无机绝热材料，遇火不膨　胀，自身具有良好的隔热性，故又称隔热防火涂料。其涂层厚为　７ｒａｍ一５０ｒａｍ，对应耐火极限可达０．５ｈ一３ｈ以上。因涂层比薄型涂　料要厚得多，因此又称为厚质防火涂料。　混凝土外包或砌筑防火砖外包都是湿作业，施工效率低，并　且外包会占用较多的室内空间。防火板外包和防火涂料造价较　混凝土外包和砌砖外包要高一些，但其外观整洁，施工迅捷。经　过市场调查．目前国内已能生产出满足２．５ｈ耐火极限的超薄膨　胀型防火涂料。涂层厚度仅为２．３ｒａｍ，造价约１００元／ｍ　，施工迅　速且几乎不占用室内空间，能够很好地体现钢结构材料的特征。　２住宅钢结构的防腐　２．１钢结构建筑防腐的重要性　钢结构耐腐蚀性较差，裸露的钢结构在大气作用下会产生　锈蚀。腐蚀不仅造成自身的经济损失，并且使结构构件截面减　小，承载力降低，影响结构的安全。因此，防止结构过早腐蚀，对　提高其使用寿命，具有重要意义。就我国家庭来说，购买一套住　房意味着倾其一生的积蓄，对钢结构住宅采取良好的防腐措施　可以更好的吸引购房者，推动住宅钢结构的发展。　２．２住宅钢结构的防腐方法　从能量变化的观点看问题，金属遭受腐蚀之后，把存在于　内部的化学能转变成电能（电化学腐蚀）或热能（化学腐蚀）　而放出。结果使金属从热力学不稳定的原子态，转化成热力学　稳定的离子态，金属的能量降低。显然，这是一个自发发生的过　程，因此，要防止钢材生锈，就必须设法阻止其表面腐蚀电池的　电化学反应过程，或者以另一种电极更低的金属原子代替铁原　子作为阳极，而铁原子受到保护不发生电极反应。根据以上原　理，钢材的防腐方法主要有以下几种。　①物理屏蔽作用的防锈漆。例如铁红底漆、云母氧化铁底　酸盐防锈漆的毒性大，亦不适合用于住宅建筑中。　③阴极保护型防锈漆——富锌底漆。当防锈漆整层漆　膜的电极电位比铁元素更负时，钢结构中的铁成分便变成　阴极，受到电化学保护不会腐蚀。富锌漆就是利用锌的电　极电位是一０．７６Ｖ，比铁的电极电位一０．４４Ｖ更低，当富锌漆　底漆中的锌足量时，即在钢材表面形成一层锌粉膜，并与　底层钢材紧密接触，这样，锌作为阳极被腐蚀，而铁作为阴　极受到保护。　富锌底漆一般分为环氧富锌底漆和无机富锌底漆２种。环　氧富锌底漆以环氧树脂作为主要成膜物质对钢材表面有极强　的附着力，与适宜的面漆配套，其防护期可达１０年以上。无机　富锌底漆又分为溶剂型与水基型两类。与优良面漆配套后，前　者防护期可达ｌ５年以上，后者更　。　④金属镀层保护。在钢材表面施加金属保护层，以提高钢　材表面的抗腐蚀能力。最常用的是镀锌，镀锌主要是通过形成　致密的保护膜和锌置换作用来防腐蚀。镀锌包括热浸镀锌和常　温镀锌。　ａ．热浸镀锌是将经过脱脂、酸洗、溶剂处理等前处理工序的　钢材迅速投入４６０　左右的熔融锌中进行热浸，经过适当的时　间后，清除掉镀锌槽表面上的悬浮的氧化物，并从干净的熔融　锌液中将镀锌件提出。　热浸镀锌面有金属光泽，属活性较大的表面，涂膜的粘结　力不是很好，为加强涂膜质量应加强对基底处理和底漆的涂料　选择。　ｈ所谓热喷镀铝锌就是向高速气流中滴入熔融状态的铝锌　等金属，金属被粉碎成微小的粒子喷敷在构件上，形成金属保　护膜，这就是喷镀，属于电弧喷镀的范畴。这种方式防腐效果很　好，一般可达３０年以卜，适合用于钢结构住宅中。　３结语　防火和防腐是钢结构建筑中两个重要的部分，他们关系到　建筑物的造价和使用寿命，对于住宅钢结构而言，也是房地产　商和购房者非常关心的方面。根据钢结构住宅的具体情况选择　不同的防火和防腐措施，是可以在满足要求下降低造价的。　参考文献　［１］　徐伟良，王永跃．钢结构住宅的开发与应用ＩＪ１．建筑技术开发．　［２］　ＧＢ５００１７—２００３，钢结构设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版　社，２００４．　［３］　ＧＢＪ　１６—８７，建筑设计防火规范［ｓ】．北京：中国计划出版社，２００１．