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鋼結構建筑的防腐除銹及防火策略論文
當前在推行建筑產業現代化及其鋼結構建筑中，人們對鋼結構的防腐和防火長效性有誤區。有人認為，目前我國的現行防腐和防火技術耐久性不夠，不能滿足鋼結構工程的需要，有的甚至認為推廣鋼結構建筑防腐防火是一個不可逾越的“障礙”.對此誤區我們不能沉默，它直接影響鋼結構建筑的推廣應用，我們在此重溫鋼材防腐防火基本知識，旨在技術交流。
一、鋼結構的腐蝕與環境有關
鋼材腐蝕與相對濕度和大氣中侵蝕性物質含量密切相關，從“鋼材腐蝕與大氣相對濕度”關系圖1中可見，只有在濕度超過70%時才發生值得重視的腐蝕。大氣相對濕度及侵蝕介質（如二氧化硫等）的含量是影響鋼材腐蝕的主要因素。根據這些影響因素的程度不同，無保護鋼材的年腐蝕速度如表1所示。我國的設計規范要求“設計中一般不應因考慮銹蝕而加大鋼材截面的厚度”.
二、鋼結構建筑沒有維修先例
在人類居住、辦公建筑的室內環境中，不存在高濕度的或高含量的侵蝕性氣體，屬于一類建筑環境，民用建筑鋼結構僅做規范規定的一般性防腐即可，再加上防火層和裝修層的保護，防腐涂料沒有遭到破壞、也沒有紫外線照射的老化，防腐涂層得到長期保護，與氧氣隔絕，鋼材不能被氧化，無需在使用中對防腐層進行維修。世界上也沒有維修先例。
美 國 紐 約 帝 國 大 廈（Empire StateBuilding），是位于美國紐約市的一棟著名的摩天大樓，由Shreeve, Lamb, and Harmon建筑公司設計，1930年動工，1931年落成，只用了410天，全鋼結構102層、高384米，從1931年建成至今仍正常使用，未曾見到報道這座鋼結構建筑每隔幾年就要大修一次。
芝加哥的漢考克大廈（John Hancock Center）樓 高343.5米（1,127英 尺）， 加 上 天 線 高 達457.2米，地上100層，總樓面面積260,126平方米，1965年開工，1969年完工，是當時紐約之外全世界最高的摩天大樓，主要構件的鋼材屈服強度為350MPa.從1969年建成至今仍正常使用，也未曾見報道這座鋼結構建筑每隔幾年就要大修一次。
北京長富宮飯店于1987年建造，全鋼結構，地下2層、地上25層，高91m,純鋼框架結構，主要鋼材SM490A（屈服強度為325MPa），標準層高3.3m,主要柱網8m×9.8m,外墻采用帶面磚的預制混凝土掛板，是我國早期的鋼結構裝配式建筑。賓館建筑每個房間都有用水設備。從1987年建成至今仍正常使用，也未曾見報道這座鋼結構建筑每隔幾年就要大修一次。
從國外到國內，鋼結構建筑從未進行過也沒考慮過要在使用中去“維護”鋼結構的防腐刷漆問題，若真是那樣，鋼結構就沒有在建筑中使用的價值。
總之，鋼結構建筑在人類生存環境中按現行規范一次性做好防腐，就能達到長效防腐的效果，不需要中途把建筑拆除進行維護。要是“信不過”,那就做鍍鋅防腐，輸電鋼塔常年在崇山峻嶺中屹立，未見鋼塔因銹蝕倒塌，鋼塔只不過做了鍍鋅防腐即可長效防腐；要是還“信不過”,那就用艦船防腐涂料吧，潛艇常年浸泡在海水里不是也有辦法防腐嗎？科學是追求簡單化，夠用就行了，建筑工程鋼結構的防腐采用現行建筑規范做法是完全能滿足長效防腐要求的。
三、鋼結構的防腐除銹是關鍵
實踐中有些因施工質量問題出現鋼結構返銹現象，主要是鋼材除銹不徹底或帶秀刷漆造成的。我們知道，涂層的防護作用程度和防護時間長短取決于涂層質量，而涂層質量受到表面處理（防銹質量）、涂層厚度（涂裝道數）、涂料品種、施工質量等因素的影響，這些因素的影響程度大致為表2所示。鋼材只有經過表面徹底清理去除鐵銹、軋屑和油類等污染物，底層涂料才能永久地附著于鋼材上并對它起有效的保護作用。除銹方法和除銹等級見表3所示。
由于各國制定鋼材表面除銹等級時，基本上都是采用美國和瑞典的除銹標準作為藍本，因此各國的除銹等級大體上是對應采用的，我國與瑞典完全一致。
除銹等級的確定是涂裝設計的主要內容。由于鋼材表面處理是影響涂層質量的主要因素，所以合理的正確地確定除銹等級對保證涂層質量具有非常重要的作用。確定的除銹等級過高，會造成人力和費用的浪費，過低會降低涂層質量，起不到應有的防護作用，反而是更大的浪費。單純從除銹等級標準看，Sa3級標準質量最高，但它需要施工條件和費用也最高。據有關文獻報道：達到Sa3級的除銹質量，只能在相對濕度不大于55%的條件下才能實現。瑞典除銹標準說明書指出：鋼材除銹質量達到Sa3級時，表面清潔度為100%,達到Sa2.5級則為95%.按工時消耗計算，若以Sa2級為100%,Sa2.5級則為130%和Sa3級為200%.因此，不能盲目要求過高的標準，而要根據需要來確定除銹等級。
設計首先要考慮與底漆相適應的除銹等級，我國規范規定了各種底漆或防銹漆要求最低的除銹等級為表4所列。
設計上一般規定干膜總厚度應為100μm~150μm.涂層厚度應適當，過厚雖然可以增加防護能力，但附著力和機械性能有所降低，且費用過高；過薄易產生肉眼看不見的針孔和其他缺陷，起不到隔離環境的作用。涂層厚度用磁性測厚儀測定。
有防火要求的鋼結構，鋼結構表面可僅涂兩遍防銹底漆，再涂兩遍保護性面漆，干膜總厚度應在75μm~100μm,然后在其表面涂裝防火涂料或防火板包裹，起防火作用，也可保護底漆。
四、鋼結構的防火
鋼結構耐火性能較差，與混凝土結構的耐火性能相比見表5所示。鋼結構的耐火強度比鋼筋混凝土結構低，且剛度下降較多，在發生火災時，火場溫度高達800℃~1000℃，裸露的鋼結構會發生較大的塑性變形而致使結構倒塌。因此，對鋼結構必須加以保護以提高耐火時間從而把火災損失降到最小。
在住宅建筑中，有很多分戶墻構成很多防火分區，某戶發生火災后不會很快蔓延整樓層或整棟建筑著火。不僅如此，還有許多有利因素：
第一是鋼結構具有一定的強度儲備。一幢建筑發生火災不是各層各房間同時燃燒，而是局部先起火，個別構件先達到耐火極限而喪失承載力被破壞。但是，按彈性理論設計的超靜定結構，當個別構件破壞后仍能繼續承載，如一根連續梁當中某個截面出現塑性鉸后梁仍保持承載力。另外，結構設計是按重力荷載、風、地震組合，火災發生時不一定會有大風和地震同時出現。因此，結構強度有一定的儲備。
第二是住宅房間內有多少可燃物、究竟能產生多少熱量以及達到鋼構件300℃以上的溫度能持續多長時間的問題。對此，國外提出一個火災荷載概念：火災荷載是由一個給定空間內所有可燃材料的總量以及燃燒所釋放的熱量來計算，即
Qi=Gi·Hμ （4.6.2-1）
式 中， Qi為 每 種 可 燃 材 料 產 生 的 熱 量（Mcal）； Gi為可燃材料的重量（kg）； Hμ為正常溫度下可燃材料發熱量（Mcal/kg），見表6所列。
任何特定的材料燃燒性能是由發生燃燒的區段內形成的“時間·溫度”曲線表示的，這一曲線又可以進而與國際標準“時間·溫度”曲線找到對應關系，從而得到所考慮區段火災荷載作用的國際標準時間。如表7所示。
從火災中包圍結構構件氣體溫度可以計算出傳給構件的總熱量，考慮到由各種外包層形成的隔熱能力，每個構件的溫度應分別計算。如果這種外包層能防止結構構件的升溫超過臨界值T,則該構件設計本身就不必考慮火災的外加荷載。如果從達到某一臨界溫度所持續燃燒的時間沒有超過受保護鋼構件的耐火極限，也就是安全的。換句話說，鋼結構建筑不一定都要求做防火設計，這樣的工程實例很多。
如果考慮了以上的因素，就能緩和嚴格的耐火要求，采用較少的防護材料從而降低費用。總之，目前按現行國家防火規范設計的鋼結構是完全可以滿足實際防火能力的，多余的擔心是沒有根據的。美國“9.11”事件是極其偶然的，人類歷史上也僅為這一次，各國不會因為“9.11”而修改自己的行業技術政策，鋼結構住宅也沒有可能遭受這樣大的火災災害。
五、結論
鋼材銹蝕是氧化反應，當鋼材被除銹徹底，防腐涂料牢牢附著在鋼材表面，再有防火涂料和裝修材料的保護，完全把空氣隔絕，鋼材就不能被氧化。至于防銹漆的年限是指它耐風化的時間。潮濕也不一定就發生腐蝕，不然我們建筑為何大量采用鋼樁。關于鋼結構防火是個管理問題，要求從技術上徹底防火那就不是建筑，而是一座煉鋼爐！現行的耐火時限是逃生時間，不是要建筑“燒不塌”.
我們要把研究與應用區分開來，研究可以無止境，應用“夠了”就好。工程應用按“規范”規定做，我國的防腐和防火規范是能夠滿足工程需要的，懷疑和否定規范也是違反規范的。“懷疑”可以通過交流解決，“否定”就不好辦了，就會阻礙鋼結構建筑的發展。
參考文獻：
[1] 沈祖炎主編，《鋼結構制作安裝手冊》，中國建筑工業出版社，1998.
[2] 冶金部建筑研究總院、馬鞍山鋼鐵股份有限公司，《熱軋 H 型鋼設計手冊》，中國計劃出版社，1998.
[3] 中華人民共和國國家標準，《鋼結構設計規范》GB50017-2003,2003.
[4] 中華人民共和國國家標準，《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205-2001,2002.
[5] [ 西德 ]F. 哈特 W. 海恩 H. 桑塔格 著，夏英超等譯，《鋼結構建筑資料集》中國建筑出版社，1983.
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