鋼結構防火措施與構件的受力形式和應力比有關,且熱膨脹效應參與設計值組合,所以鋼結構防火設計很難與結構設計分開。盡管結構工程師的擔子已經很重,但一般鋼結構工程的防火設計由結構專業承擔,這個傳統恐怕很難改變。防腐蝕設計倒是與受力狀態無關,只與環境條件、防腐蝕水準、防腐材料性能有關,完全可以與結構設計分開。但是,除大型工業項目或防腐蝕要求特殊的項目外,一般工程的防腐蝕設計工作量并不很大,甲方往往不愿另行委托設計,所以防腐蝕設計還是由結構工程師完成。
防腐蝕設計不當,不會在短期內影響結構安全,但經常在造價方面引起爭議,或者影響工程驗收,搞得設計很被動。所以本短文對鋼結構防腐蝕設計過程進行一些梳理。
一、防腐蝕設計的主要規程、規范:
防腐蝕方面的規范眾多且內容不盡相同,主要有以下9本。作為結構工程師,不可能投入太多的精力和時間熟讀這些規范,故重點推薦下面涂熒光的這三本。
1.《鋼結構防護涂料系統的防腐蝕保護》ISO12944:1998
2.《建筑用鋼結構防腐涂料》JG/T224-2007
3.《建筑鋼結構防腐蝕技術規程》JGJT251-2011
4.《鋼結構防護涂裝通用技術條件》GB/T28699-2012,簡稱《通用條件》
5.《鋼結構防腐蝕涂裝技術規程》CECS343:2013,簡稱《防腐規程》
6.《建筑防腐蝕工程施工及驗收規范》GB 50212-2014
7.《工業建筑涂裝設計規范》GB/T51082-2015
8.《工業建筑防腐蝕設計規范》GB50046-2018,簡稱《工業防腐規范》
9.《鋼結構工程施工質量驗收標準》GB50205-2020
二、防腐蝕設計的步驟:
1.確定環境腐蝕等級
環境的腐蝕性是鋼結構腐蝕的主因,所以首先要確定環境的腐蝕性分類。
對于建筑工程來說,水中和土中的鋼結構一般均有混凝土包裹(型鋼混凝土),屬于混凝土的防腐蝕,按《工業建筑防腐蝕設計規范》GB50046執行即可。工業廢氣的腐蝕性取決于有害氣體的濃度,建議進行專項設計。所以本文僅對最常見的大氣環境下建筑鋼結構的防腐蝕進行總結。
我國現行《大氣環境腐蝕性分類》GB/T15957-1995,需首先確定大氣中腐蝕性氣體的類別和含量,使用上很不方便。《防腐規程》CECS343:2013和《通用條件》GB/T28699-2012都采用國際標準《鋼結構防腐蝕保護》ISO12944:1998進行大氣環境分類,簡便易行。
環境分類屬于宏觀判斷,有不同意見很正常。建議多溝通,尤其要了解當地已建工程的習慣做法,并征求甲方意見,以免引起扯皮。ISO12944:1998的環境分類參考舉例可見上圖中棕色部分的描述。
2.確定防腐蝕涂層的使用年限
防腐蝕涂層的使用年限也是宏觀的定性指標。要綜合考慮構件的重要性、長效和短效防腐蝕措施的綜合經濟性、維護的便捷性、大眾的維護檢修意識。從目前的實際情況來說,社會大眾普遍認為建成以后就完事了,檢修意識淡泊,使用過程中的檢修維護是跟不上的。
在《防腐規程》CECS343:2013中規定,對永久性承重鋼結構應采用較嚴格的除銹標準和長效防護方案。
在《通用條件》中也規定,對于大多數鋼結構來說,我們要求的是高耐久性的使用壽命,涂裝設計都是在15年以上的長效防腐蝕涂層系統。
在《工業建筑涂裝設計規范》中給出了不同構件防腐蝕涂層的具體使用年限
3.確定防腐蝕涂料品種和漆膜厚度
現用于鋼結構的防腐蝕涂層可分為普通防腐蝕涂料類涂層和噴鍍金屬涂層上加防腐涂料的復合涂層。
鋼結構防腐蝕涂料品種和漆膜厚度是根據腐蝕環境分類和涂層使用壽命確定的。可按《防腐規程》》附錄A“常用防腐涂層配套表”選用。查閱時宜從右向左查。該表較長,這里略去。同時,涂層總厚度應符合下表:
涂層的匹配應符合下表:
層次 | 基層或介質酸堿度 | 優選 | 可選 | 不得選 |
底涂料 | 鋁、鋅, 或含鋁鋅金屬層的鋼材 | 鋅黃類 | 紅丹類 | |
有機或無機富鋅 底涂料上 | 環氧云鐵 或環氧鐵紅 | 醇酸涂料 | ||
中間涂料 | 只有一種:環氧云鐵 | |||
面涂料 | 酸性介質環境 | 聚氨酯 環氧樹脂 丙烯酸聚氨酯 氯化橡膠 聚氯乙烯瑩丹 高氯化聚乙烯 | ||
弱酸性介質環境 | 同上 | 醇酸涂料 | ||
堿性介質環境 | 環氧樹脂 | 聚氨酯 環氧樹脂 丙烯酸聚氨酯 氯化橡膠 聚氯乙烯瑩丹 高氯化聚乙烯 | 醇酸涂料 |
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