高层钢结构建筑施工.ppt

第7章 高层钢结构建筑施工,教学提示：随着大城市的人口高度密集，城市建筑逐渐向高空发展，高层和超高层建筑迅速出现。有着综合优势的钢结构已经成为我国高层建筑的主要结构类型，钢结构建筑被称为21世纪的“绿色工程”。教学要求：本章让学生了解钢结构高层建筑工程关于结构体系、结构用钢材、结构的连接技术、构件制作、结构安装及结构的防腐与防火等等几大方面的内容。重点让学生掌握钢结构高层建筑钢材的选用、零件不同的加工方式、结构安装的顺序和施工要点、构件制作和结构安装的焊接及螺栓连接的施工工艺、钢结构防腐和防火的涂装工艺。,钢结构由于强度高，自重轻，塑性、韧性，抗震性能好，工业化程度高，施工周期短，环境污染少，建筑造型美观等综合优势，在发达国家和地区的高层、超高层建筑中广泛应用。现代建筑全钢结构包括屋盖钢结构和现代高层钢结构。钢结构建筑的发展是一个国家和地区经济繁荣、科技进步的重要标志。澳大利亚、英国、加拿大、日本、美国、芬兰、法国、瑞典、丹麦等国家，均已形成了相当规模的产业化钢结构建筑体系。美国高层房屋结构中超过一半使用了钢结构。日本有1/3的房屋使用钢结构。我国高层及超高层建筑采用钢结构也越来越多，北京、上海、广州、深圳等地区已陆续建造了数十幢钢结构高层建筑。,目前，钢结构高层建筑的结构体系主要有纯框架结构体系、框架-支撑(剪力墙)结构体系、错层桁架结构体系、外筒式结构体系、筒体结构体系等几种，如图7.5所示。,7.1 钢结构高层建筑的结构体系,(a)框架；(b)框架-支撑；(c)框架-支撑-腰(帽)桁架；(d)错列桁架；(e)开口筒；(f)框筒；(g)桁架筒；(h)筒中筒；(i)筒束图7.5 高层钢结构主要结构形式,框架结构体系是由水平梁和垂直柱通过节点的刚性构造连接而成的多个平面刚接框架结构组成的空间杆系结构，承受作用于各个平面的荷载。框架结构在垂直平面上不设支撑，可以形成较大的空间，为平面布置提供了最大的灵活性，结构平面形式图7.6,图 7.6 框架结构体系的平面形式,7.1.1 框架一支撑(剪力墙)结构体系 高层建筑结构设计的重要内容之一是控制建筑物顶点的水平位移在规定的限值范围内，纯框架结构体系到达一定高度后，难以承受水平荷载作用下的水平剪力，通过在框架结构某些节间的竖向平面内增设起剪力墙作用，由钢支撑构成的竖向抗剪支撑桁架，来承受水平剪力，即能有效地提高结构体系的抗剪刚度而大大减少水平位移，这种结构型式一般称之为框架-支撑结构，其类型如图7.7(a)、(b)所示。,图 7.7 由交叉支撑组成的框架-支撑结构体系,7.1.2 错列桁架结构体系 由框架-支撑结构派生演变成。其特点是下一楼层的桁架位于上一楼层两榀桁架间距的中线上，使相邻两个楼层桁架呈“品”字形交错排列。此结构的楼板架设在下层桁架的上弦杆和上层桁架的下弦杆上，楼板参与桁架传递水平力，起刚性隔板作用。水平力作用于每层桁架上弦，经腹杆传至下弦，又由楼板传至相邻桁架的上弦。可以使水平力传至基础。这种结构适用于公寓、旅馆等狭长建筑物，因为狭长矩形平面高层建筑，短边刚度往往较小，而短边方向的风载又较大。错列桁架结构的优点是短边刚度较大，容易满足以上设计要求，而且此结构的经济效果非常突出，其用钢量比框筒结构低40%。,7.1.3 外筒式结构体系 外筒式结构体系如图 7.5(e)、(f)、(g)所示，有开口筒、框架筒、桁架筒等几种。当建筑物高度超过60层后，水平荷载作用的影响愈来愈严重，结构体系必须具有更强有力的承受水平荷载的有效部分。由于框架-核心筒结构的内筒平面尺寸较小，其侧向刚度受到限制，所以有时把抗剪结构在外围延伸至建筑短边全宽，长边则在中间断开，在平面两端形成槽形悬臂构件，称为半框筒式结构或开口筒结构。如长边较长，中间可再加工字形抗剪悬臂构件或加一个封闭的中间筒。此结构的抗水平力构件可采用支撑桁架或密柱解决，其抗水平力能力加大，内部空旷，使用较灵活，但楼盖梁跨度较大，可建到70层。,7.1.4 筒体结构体系 筒体结构体系如图7.5(h)、(i)所示，主要有筒中筒、筒束等几种。加强框架外筒式结构体系的另一种方法是在内部设置强劲的钢结构或钢筋混凝土结构剪力墙式的核心内筒，外围结构为密柱深梁钢框筒，从而发展形成筒中筒结构体系。此结构体系的内筒和外筒由楼盖结构连接起来形成一个整体，共同承受水平荷载和竖直荷载，可以十分有效地抵抗侧力。由于有内筒参与抵抗侧力，框筒的剪力泄后现象得到改善，其合适高度也可达到100层左右。筒式结构的发展，从单筒到筒中筒，再到筒束结构体系。此体系合适高度约为110120层，如采用桁架式筒束结构体系，有可能把合适高度提高到140层以上。,结构钢主要由铁元素组成，约占化学成分的98%或更高，但是影响钢材材质的却是所占百分比含量很小的其他元素，如碳、其他合金元素以及杂质元素。钢化学成分的微量变化，会直接影响钢材的机械性能、加工性能和使用性能。有时为获得更高的强度和韧性，必须加入少量其他元素，特别是碳和锰。对于焊接结构钢，除了抗拉强度外，塑性、韧性和可焊性都是主要指标，对碳、磷极限含量都严格控制，防止热脆和冷脆等。,7.2 钢结构用钢材,7.2.1 结构用钢材的种类 钢材的品种繁多，性能各异，但在钢结构中采用的钢材按其化学元素组成，主要有以下几类：1.碳素结构钢 碳素结构钢是最普通的工程用钢，其中碳是形成钢材强度的主要元素，直接影响着钢材的可焊性。按其含碳量的多少，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢，见表7-2。其中低碳钢是最主要并最多使用的钢材品种。,表 7-2 碳素结构钢的含碳量,碳素结构钢可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。（1）普通碳素结构钢(GB/T700-2006)根据现行的国家标准碳素结构钢(GB/T700-2006)的规定，碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母(Q)、屈服点数值(N/mm2)、质量等级代号(A、B、C、D)、脱氧方法代号(F、Z、TZ)等四个部分符号按顺序组成。Q是“屈”字汉语拼音的首位字母；质量等级中A级最差，D级最优；F、b、Z、TZ则分别是“沸”、“镇”及“特镇”汉语拼音的首位字母，分别代表沸腾钢、镇静钢及特殊镇静钢(表示脱氧程度不同)。其中代号Z、TZ可以省略。如：Q235-A.F表示屈服点为235N/mm2的A级沸腾碳素结构钢。Q235-D表示屈服点为235N/mm2的D级特殊镇静碳素结构钢。,（2）优质碳素结构钢(GB699-2015)优质碳素结构钢是用以满足不同加工要求而赋予相应性能的碳素钢，是碳素钢经过热处理（如调质处理和正火处理）得到的优质钢。按优质碳素结构钢技术条件(GB699-2015)的规定，共有28个品种，根据其含锰量的不同分为四种：0.35%0.65%；0.5%0.8%，0.7%1.0%，0.9%1.2%。优质碳素钢与普通碳素钢的主要区别在于钢中含杂质元素较少，硫、磷的含量均不大于0.035%，都属平炉或电炉冶炼的镇静钢，且严格限制其他缺陷，并且有较好的综合性能。优质碳素钢在建筑工程中应用较少，国家标准优质碳素结构钢(GB/T69-2015)中可用于建筑钢结构的牌号有15(U20152)、20(U20202)、15Mn(U21152)、20 Mn(U21202)，其化学成分与力学性能应符合有关规定。,2.低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008)低合金高强度结构钢是在普通碳素钢基础上添加少量的一种或多种合金元素（总量低于5%）如钒、铌、钛、铬、镍等，以提高其强度，耐腐蚀性、耐磨性或低温冲击韧性的钢材。加入少量钼和稀土元素，可以改善其综合性能，可以比碳素结构钢节省约20%用钢量。根据现行国家标准低合金高强度结构钢(GB/T 1591-2008)规定，低合金高强度结构钢的牌号表示由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值(N/mm2)。质量等级符号(A、B、C、D、E)等三个部分组成，其中质量等级由A到 E质量从低到高。钢牌号按屈服点大小，分为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690等八种，其中常用的钢种为Q345和Q390。,3.耐候结构钢 在钢的冶炼过程中，通过添加少量的合金元素，如 Cu、P、Cr、Ni等特定合金元素，可以在金属基体表面上形成保护层，以提高钢材耐大气腐蚀性能，这类钢材称为耐候钢。按照国家标准耐候结构钢(GB/T 4171-2008)的规定，耐候钢适用于耐大气腐蚀的建筑结构，产品通常在交货状态下使用。在暴露初期，腐蚀速度与普通钢并没有太多的区别，然而，随着稳定锈层的形成，腐蚀速度就会延缓下来。但是在海边等氯离子多的地区或雨量充沛的地区，表面缓蚀层很容易丧失其作用。以使用耐候钢为借口而降低防腐蚀涂装的质、涂膜厚度或者想着可以延长更新涂装周期都是不合理的。我国目前生产耐候钢分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两种。,4.其他钢材（1）桥梁用结构钢 桥梁用结构钢(GB714-2000)是对以往三个标准合并修订而成。钢结构建筑中使用了桥梁用结构钢，属于以优代劣。（2）耐火钢。普通建筑用钢在350以上高温时屈服强度迅速下降到室温的2/3以下，20世纪80年代日本提出了耐火钢的概念，通过在钢中添加微量的Cr、Mo等合金元素，在600的高温屈服强度相当于室温下的2/3以上屈服强度的耐火钢，其用途广泛。（3）铸钢、不锈钢及高强度钢等 高强度钢是通过冶炼加进多种的合金元素及热处理工艺而获得，用在大跨度、特重型结构中，可以节约钢材。,7.2.2 钢材的品种 目前随着钢结构的大力发展，建筑形式多种多样，应用的钢材品种也有了很大变化。钢材的主要品种有以下类型。1.钢板、钢带 钢板和钢带的主要区别在于钢板是平板状矩形的钢材，而钢带是指成卷交货的钢材。钢板按轧制方法可以分为冷轧钢板和热轧钢板，在建筑钢结构中主要用热轧钢板。2.普通型材 工字钢、槽钢、角钢三种类型是工程结构中使用最早的型钢。,3.H型钢 H型钢有热轧 H型钢和焊接H型钢两种。热轧 H型钢又分为宽翼缘H型钢(HW)、中翼缘H型钢(HM)、窄翼缘H型钢(HN)和H型钢柱等。焊接H型钢由平钢板用高频焊接组合而成。H型钢与工字钢相比，其翼缘宽，两个主轴方向的惯性矩接近，抗弯、抗扭、抗压、抗震能力强；翼缘内表面没有斜度，上下表面平行，便于机械加工、结构连接和安装。H型钢截面特性要明显优于传统的普通型钢，受力更加合理，用于钢结构高层建筑建筑中。4.冷弯型钢 是由薄钢板或钢带经冷轧(弯)或压模而成，其截面型式有等边角钢、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面。,4.厚度方向性能钢板 国家标准厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010)是对有关标准的钢材要求做厚度方向性能试验时的专用规定，适用于板厚为15150mm、屈服点不大于500N/mm2的镇静钢板。要求内容有两方面：含硫量的限制和厚度方向断面收缩率的要求值。据此分为Z15、Z25、Z35三个级别。,7.2.3 钢材的选用 各种结构对钢材各有要求，建筑钢材选择时根据规范要求对钢材的强度、塑性、韧性、耐疲劳性能、焊接性能、耐锈性能等全面考虑，确定钢材的牌号及其质量等级。钢材的选用原则是既能使结构安全可靠和满足要求，又要最大可能节约钢材和降低造价，不同的使用条件应有不同的质量要求。一般应考虑：结构的重要性、荷载情况、连接方法、结构所处的温度和工作环境等几方面的情况。,1.选用钢结构高层建筑钢材的有关规定 高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-2015)规定：主要承重构件所用钢材的牌号宜选用Q345、Q390钢，一般构件宜选用Q235钢，其材质和材料性能应分别符合现行国家标准低合金高强度结构钢GB/T 1591或碳素结构钢GB700的规定。有依据时，可采用更高强度级别的钢材。采用焊接连接的节点，当板厚 50mm，并承受沿板厚方向的拉力作用时，应按现行国家标准厚度方向性能钢板(GB/T 5313-2010)的规定。,2.钢结构高层建筑钢材选用 在现代钢结构高层建筑中，广泛采用H型钢、厚度方向性能钢板、压型钢板、薄壁钢管等。（1）型钢有热扎H型钢和焊接H型钢。热轧H型钢，欧美国家称宽翼缘工字钢、日本称H型钢，它用四轮万能轧机轧制而成，焊接H型钢，将钢板裁剪、组合后再用自动埋弧焊或手工焊、二氯化碳气体保护焊、高频电焊工艺焊接而成。（2）厚度方向性能钢板。厚度方向性能钢板，也称Z向钢，是在某一级结构钢（母级钢）的基础上，经过特殊冶炼、处理的钢材。其含硫量控制更严，为一般钢材的1/5以下，截面收缩率 在15%以上。,7.2.4 钢材的验收 对钢结构的钢材进行验收是保证钢结构工程质量的重要环节，应该遵照钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2008)对钢材的有关规定执行。（1）钢材的数量和品种是否与订货单符合。（2）钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号符合。（3）检验钢材的表面质量，其表面不得有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷，其深度不 得大于该钢材厚度负允许偏差值的1/2。（4）根据国标中的有关规定核对钢材的规格尺寸以及各类钢材外形尺寸的允许偏差。,（5）属于下列情况之一的钢材，钢材必须具备材质质量保证书和试验报告。同时应进行抽样复验，复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。1）国外进口钢材；2）钢材混批；3）钢材质量保证书的项目少于设计要求(应提供缺少项目的试验报告)；4）板厚大于 40mm且设计有几项性能要求的厚板；5）设计有复验要求的钢材；6）对质量有疑义的钢材。其中（1）、（2）、（5）为主控项目；（3）、（4）为钢材验收的一般项目。,钢结构的连接是通过一定的方式将各个板件或杆件连成整体。板件、杆件间要保持正确的相互位置，连接部位应有足够的静力强度和疲劳强度，来满足传力和使用要求。因此连接是钢结构制作和施工中重要的环节。一般好的连接，应当符合安全可靠、节省钢材、构造简单和施工方便的原则。我国钢结构高层建筑在制作和安装施工时采用的连接方法，根据结构的特点，主要是焊接连接和高强度螺栓连接等。,7.3 钢结构的连接技术,7.3.1 焊接连接的方法、原理及操作工艺 1.手工电弧焊 凡电极的送给、前进和摆动三个动作均靠手工操作来实现的都称为手工电弧焊。其设备简单，操作灵活方便，适用于各种位置的焊接；但生产效率较差，质量较低。2.自动埋弧焊 埋弧焊是利用电弧作为热源的焊接方法，焊接时电弧在颗粒状的焊剂下层燃烧而完成焊接过程。3.CO2气体保护焊 CO2气体保护焊是利用CO2气体为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧热来熔化金属，并与焊丝形成焊缝的一种电弧焊方法。,4.电渣焊（1）原理 电渣焊也是一种自动焊，主要用于中碳钢及中、高强度结构钢在竖直位置上的对接焊接。其原理同电弧焊有本质区别。电渣焊开始一般先在电极和引弧板之间产生电弧，利用其热量使周围的焊剂熔化而变成液态熔渣。当液态熔渣在焊件和冷却滑块的空间内达到一定深度(即形成渣池)时，电弧熄灭，此时电弧过程即转变为电渣过程。当焊接电流由电极经过渣池至焊件时，渣池产生的电阻热使电极和焊件熔化，在渣池下面形成金属熔池。随着金属熔池的不断升高，远离热源的熔池金属逐渐冷却而形成焊缝。,7.3.2 高强度螺栓连接技术 高强螺栓连接是目前钢结构建筑最先进的连接方法之一。其特点是施工方便，可拆可换，传力均匀，没有铆钉传力的应力集中高，接头刚性好，承载能力大，疲劳强度高，螺母不易松动，结构安全可靠。在我国钢结构高层建筑中广泛应用，如上海的瑞金大厦、金茂大厦等钢结构高层建筑中亦采用高强螺栓连接。1.高强度螺栓连接的方法。高强螺栓的连接方法分为摩擦型连接，承压型连接两种。,（1）摩擦型连接 该连接是拧紧螺母后，螺栓杆产生强大拉力，把接头处各层钢板压得很紧，以巨大的抗滑移力来传递内力，连接件之间产生相对滑移作为承载能力极限状态。摩擦力的大小是根据钢板表面的粗糙程度（与摩擦面处理的方法有关）和螺栓杆对钢板施加压力的大小来决定。摩擦型连接螺栓形式有六角头型和扭剪型两种，两者的连接性能和本身的力学性能都是相同的，都是以扭矩的大小取决螺栓轴向力的大小；其区别在于外形和施工方法不同，前者的扭矩是由施工工具来控制，后者的扭矩是由螺栓尾部切口的扭断力矩来控制。,（2）承压型连接 该连接是由螺栓拧紧后所产生的抗滑移力及螺栓杆在螺孔内和连接钢板间产生的承压力来传递应力的一种方法。在荷载设计值下，以螺栓或连接件达到最大承载能力，作为承载能力极限。承压型连接不得用于直接承受动力荷载的构件连接、承受反复荷载作用的构件连接和冷弯薄壁型钢构件连接。所以在钢结构高层建筑中都是应用摩擦型连接。,2.高强度螺栓的材料要求 大六角头高强螺栓连接副由螺栓杆、螺母和二个垫圈组成。螺栓性能等级分为8.8级和10.9级，前者用45号钢或35号钢制作，后者用20MnTiB、40B或35VB钢制作。扭剪型高强螺栓连接副由螺栓杆、螺母和一个垫圈组成。螺栓性能等级10.9级，用20MnTiB制作。六角头高强螺栓一般用两种方法拧紧，扭矩法和转角法。扭矩法分初拧和终拧二次拧紧，进行初拧扭矩用终拧扭矩的60%80%，其目的是通过初拧，使接头各层钢板达到充分密贴，再用终拧扭矩把螺栓拧紧。转角法也是初拧和终拧二次进行。初拧用扭矩法，终拧用转角法。初拧用定扭矩扳子以终拧扭矩的50%80%进行，然后用扭矩扳子转动螺母一个角度，使螺栓达到终拧要求。,7.4.1 钢结构构件的制作 由于钢结构高层建筑建筑工程规模大、构件类型多，技术复杂、制作工艺要求严格，一般均由专业工厂来加工制作，组织大流水作业生产。这样做有利于结合工厂条件，便于采用先进技术。7.4.2 钢结构的安装 1.基本要求 在高层建筑结构的施工中，钢结构的安装是一项很重要的分部工程，由于其规模大、结构复杂、工期长、专业性强，因此操作时除应执行国家现行钢结构设计规范GB50017-2017、钢结构工程施工质量验收规范和高层民用建筑钢结构技术规范外，还应注意以下几点：,7.4 钢结构高层建筑的制作和安装,（1）在钢结构详图设计阶段，应与设计单位和生产厂家相结合，根据运输设备、吊装机械、现场条件以及城市交通规定的要求确定钢构件出厂前的组装单元的规格尺寸，尽量减少现场或高空的组装，以提高钢结构的安装速度。（2）安装前，应按照施工图纸和有关技术文件，结合工期要求、现场条件等，认真编制施工组织设计，作为指导施工的技术文件；另外还应根据施工单位的技术文件，组织进行专业技术培训工作，使参加安装的工程技术人员和工人确实掌握有关钢结构高层建筑的安装专业知识和技术，并经考试取得合格证。（3）钢结构高层建筑安装，应在具有钢结构高层建筑安装资格的责任工程师指导下进行。,（4）安装用的专用机具和检测仪器，如塔式起重机、气体保护焊机、手工弧旱机、气割设备、碳弧气刨、电动和手动高强螺栓扳手、超声波探伤仪、激光经纬仪等，应满足施工要求，并应定期进行检验和校正。安装用的连接材料(焊条、焊丝、焊剂、高强螺栓等)应具有产品质量证明书并符合设计图纸和有关规范规定。（5）在确定安装方法时，必须与土建、水电暖卫、通风、电梯等施工单位结合，作好统筹安排、综合平衡工作；安装顺序应保证钢结构的安全稳定和不导致永久变形，且能有条不紊地较快进行。（6）钢结构高层建筑安装时的主要工艺，如测量校正、厚钢板焊接、高强螺栓节点的摩擦面加工及安装工艺等，必须在施工前进行工艺试验，在其基础上确定各项工艺参数，并编出各项操作工艺。,3.钢结构高层建筑安装（1）安装流水段 钢结构高层建筑安装须按照建筑平面形状、结构形式、安装机械的数量和位置等，合理划分安装施工流水区段。平面流水段的划分。应考虑钢结构在安装过程中的对称性和整体稳定性，安装顺序一般应由中央向四周扩展，以便于减少和消除构件连接误差积累、焊接变形等。(2)立面流水段划分。以一节钢柱（各节所含层数不一）高度内所有构件作为一个流水段。每个流水段先满足以主梁或钢支撑带状桁架安装成框架的原则，再进行次梁、楼板及非结构构件的安装。塔式起重机的提升、顶升与锚固均应满足组成框架的需要。立面流水段的划分，常以一节钢柱高度内所有构件作为一个流水段。,（2）安装 安装多采用综合法，其顺序一般是：平面内从中间的一个节间开始，以一个节间的柱网（框架）为一安装单元，先吊装柱，后吊装梁，然后往四周扩展，垂直方向由下向上组成稳定结构后，分层安装次要构件，一节间一节间钢框架，一层楼一层楼安装完成。垂直方向自下而上组成稳定结构后分层次安装次要构件，一节间一节间钢框架，一层楼一层楼安装完成，以便消除安装误差累积和焊接变形，使误差减低到最小限度。筒体结构的安装顺序一般为先内筒后外筒，对称结构采用全方位对称方案安装。凡有钢筋混凝土内筒体的结构，应先浇注筒体。,7.5.1 钢结构的防腐 1.钢结构的大气腐蚀（1）钢铁的电化学腐蚀 钢铁的腐蚀在绝大多情况下是化学腐蚀过程。电气化腐蚀是钢铁和介质发生电气化学反应而引起的腐蚀，在金属表面形成原电池是电气化学腐蚀最主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线连接，可以发现导线上有电流通过，这种装置称之为原电池。在腐蚀过程中有隔离的阴极区和阳极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。原电池放电所产生电化学反应，在阳极进行的是氧化反应，在阴极进行的是还原反应。,7.5 钢结构的防腐与防火,（2）大气腐蚀的机理 钢结构的腐蚀环境主要为大气腐蚀，大气腐蚀是金属处于表面水膜层下的电化学腐蚀过程。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，空气中水气在金属表面吸附凝聚及溶有空气中的污染物而形成的。,2.建筑结构防腐蚀方法（1）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。室内外湿度较大的侵蚀环境中，构件的螺栓连接处，应增设防水垫圈，防水帽或以防水油膏封闭连接处缝隙。,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）。5）钢柱脚埋入地下部分，应以C10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12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。,（2）采用铝合金、不锈钢等建筑材料相比来说，这些合金材料用使造价显得很高，但有以下三个好处：1）抵御大气腐蚀：铝合金和不锈钢型材的抗腐蚀性较强，一般不需要进行涂料防腐，可省去防腐施工费和材料费。2）减轻结构自重：铝合金型材比钢材的自重要轻，一般情况下，铝合金网壳的自重要比同等跨度的钢网壳至少要轻50%以上。3）提高建筑美学效果：铝合金和不锈钢有着很美的外观，组合建成的构件，很富有现在气息，是建筑物中局部构件的绝好选材。,（3）长效防腐蚀方法 1）热浸镀锌。热浸镀锌是将除锈后在钢结构件浸入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65m，从而起到防腐蚀的目的。这种方法的优点是耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定，因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不宜维修的室外钢结构中。2）热喷铝（锌）复合涂层。一种与热浸镀锌防腐效果相当的长效防腐方法。该施工工艺具体做法是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80100m）。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。,（4）涂料防护 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，在各类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2030年的防护效果。现代涂料是化学物质的复杂混合物，它由四大类成分组成：主要成膜物质（油料、油脂）、次要成膜物质（颜料、体质颜料）、辅助成膜物质（助剂）、挥发性物质（浴剂）。防腐蚀涂料的成膜物质在腐蚀介质中具有化学稳定性，其屏蔽性可以起到隔离及防电化学腐蚀作用。,7.5.2 钢结构的防火 1.钢结构在燃烧中的特点 钢结构已在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时，就会显著地降低强度而失去承载力。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。钢结构建筑受到大火的作用，很快就会变形坍塌，而火灾后的钢结构失去了强度且会变形成为麻火状，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。钢结构建筑火灾的影响很大，会造成大量的人员伤亡和财产损失，社会影响极大。,2.钢结构的火灾防治（1）防治的意义 由于钢结构耐火能力差，在发生火灾时因高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅 15min。若采取措施，对钢结构进行保护，使其在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。进行钢结构防火具有的意义如下：减轻钢结构在火灾中的破坏，避免钢结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡，减少火灾后钢结构的经济损失。（2）保护措施 对钢结构采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：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，分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。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。2）疏导法。与截流法不同，疏导法允许热量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，使构件温度不至升高到临界温度，起到保护作用。,2.钢结构的火灾防治（1）防治的意义 由于钢结构耐火能力差，在发生火灾时因高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅 15min。若采取措施，对钢结构进行保护，使其在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。进行钢结构防火具有的意义如下：减轻钢结构在火灾中的破坏，避免钢结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡，减少火灾后钢结构的经济损失。（2）保护措施 对钢结构采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：截流法和疏导法。,3.防火涂料 钢结构防火涂料在90%钢结构防火工程中发挥着重要的保护作用。（1）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。,（2）防火涂料的分类 1）接防火原理分有膨胀型和非膨胀型两大类。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。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。,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。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。,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%；薄型用量较少。超薄型：指防火涂层厚度在3mm以下，以溶剂型为主，具有良好的装饰和理化性能，受火时膨胀发泡形成致密、强度高的防火隔热层，为一类新型防火涂料。薄型：指防火涂层厚度在3mm到7mm之间，主要是水溶型，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。厚型：指防火涂层厚度在850mm之间，在火灾中利用材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢材。4）按应用环境来分，可以分为室内和室外两大类。,7.5.3 涂装施工 1.钢结构防腐涂装工艺（1）材料要求 1）建筑结构工程防腐材料品种、规格、颜色应符合国家有关技术指标和设计要求，应具有产品出厂合格证。2）钢结构防腐蚀材料使用前，其应按照国家现行相关标准进行检查和验收（2）操作工艺 1）表面清理 钢结构除锈质量等级应执行现行涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级(GB 8923.1-2011)规定。涂刷前，应采用适当的方法将需要涂装部位铁锈、焊缝药皮、焊接飞溅物、油污、尘土等杂物清理干净。,