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而言是十分必要的。

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。

{dy}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。

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。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）

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1-3）。

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1-4）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）。

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。

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。

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1-7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。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1－1 焊接H型钢的生产流程

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。

表1－1                           焊接H型钢的允许偏差

部分H型钢的生产设备如图1-2～1－8所示。

图1－2  ESAB六米数控切割机

图1－3  W43-24X1000板条矫平机

图1－4  HG-1500组立焊

图1－5  ME-1-1000门型自动埋弧焊

图1－6  精工-Ⅲ型矫正机

图1－7  美国潘邦八抛头抛丸机

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：单面焊生产线（见图1-8）和通用H型钢生产线。

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{zd0}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。

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。

图1－8  美国林肯单面焊生产线

钢结构的主刚架制作加工中，工作量{zd0}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。翻转机如图1－9所示。

图1－9  钢结构节点加工用的翻转机

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{zg}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。

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。冷弯薄壁型钢檩条的制作偏差应符合表1－2。图1-11为众多檩条机中的一种。

表1－2                           檩条尺寸的允许偏差

注：符号含义见图1-10。

图1－10  檩条的尺寸偏差

图1－11  HG-Ⅲ型檩条机

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。

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。表1－3为压型金属板的尺寸偏差项目。

表1－3                          压型金属板的尺寸偏差项目

注：（1）h为压型金属板截面高度。

（2）l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。图1－12～1－13列出了一些彩色压型钢板的生产设备。

图1－12  HV-450压型机

图1－13  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。

图1－14  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1－15  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xx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。

２、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1-4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

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

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O2、H2S、SO2、Cl2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。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

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。

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

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（{zg}不超过 级）。

２　除锈前后应仔细xx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。

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，各层油漆均有其特性，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，该底漆是以正硅酸乙酯为基料，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油化工设备的防腐。

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、xx，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2～5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、有机硅改性丙烯酸面漆、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xx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{zd1}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。

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1-7进行。

表１－７　　　　　　　　钢结构用底漆、中间漆与面漆的配套组合

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。

２　当要求较厚的涂层厚度（总厚度＞150μm）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，腐蚀产物体积膨胀，形成锈包，逐渐扩大，{zh1}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遍底漆，1～2遍中间漆及2遍面漆的做法。涂层干漆膜总厚度不宜小于120μm（弱侵蚀）及150μm（中等侵蚀）、200μm（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20～60μm。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１－8　　　　　　　　　　　　　钢结构涂装涂层厚度

表１－9　　　　　　　　　　     　常 用 防 锈 底 漆

表１－10　　　　　　　　　　           　常 用 面 漆

表１－11　　　　　　　　　　          常用防腐蚀面漆

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xx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㎡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。

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。

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１－12。

表１－12　　　　　　　　　　　　建筑构件的耐火时限（h）

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）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。各种防火板主要技术性能指标见下表1-13。

表１－13　　　　　　　　　　　　各种防火板主要技术性能

3、    浇筑混凝土或耐火砖。采用混凝土或耐火砖xx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。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

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xx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。

　　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：{dy}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。

　　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。

３、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。

（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。

（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。

①　受振动作用的钢梁；

②　涂层厚度大于或等于40mm的梁；

③　梁用防火涂料粘接强度小于或等于0.05Mpa时；

④　梁腹板高度超过1.5m时。

（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。

各类防火涂料的特性及适用范围见表1-15。

表１－15　　　　　　　　　　防火涂料的类别及适用范围

表1-16列出国内钢结构防火涂料生产厂家及其产品情况，可供设计人与选用。

表１－16　　　　　　　国内钢结构防火涂料生产厂家及产品情况汇总表

注：1 本表所列厂家、产品、主要技术性能取自国家防火建筑材料质量监督检验中心汇编1997年、1998年产品技术手册，均为合格产品。

        2 类别中B代表薄涂型（膨胀型），H代表厚涂型（隔热型）

        3 表中所列部分产品参考价主要依据中国消防协会所编消防产品目录中所提供的数字。