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钢结构建筑的防腐除锈及防火策略论文
当前在推行建筑产业现代化及其钢结构建筑中，人们对钢结构的防腐和防火长效性有误区。有人认为，目前我国的现行防腐和防火技术耐久性不够，不能满足钢结构工程的需要，有的甚至认为推广钢结构建筑防腐防火是一个不可逾越的“障碍”.对此误区我们不能沉默，它直接影响钢结构建筑的推广应用，我们在此重温钢材防腐防火基本知识，旨在技术交流。
一、钢结构的腐蚀与环境有关
钢材腐蚀与相对湿度和大气中侵蚀性物质含量密切相关，从“钢材腐蚀与大气相对湿度”关系图1中可见，只有在湿度超过70%时才发生值得重视的腐蚀。大气相对湿度及侵蚀介质（如二氧化硫等）的含量是影响钢材腐蚀的主要因素。根据这些影响因素的程度不同，无保护钢材的年腐蚀速度如表1所示。我国的设计规范要求“设计中一般不应因考虑锈蚀而加大钢材截面的厚度”.
二、钢结构建筑没有维修先例
在人类居住、办公建筑的室内环境中，不存在高湿度的或高含量的侵蚀性气体，属于一类建筑环境，民用建筑钢结构仅做规范规定的一般性防腐即可，再加上防火层和装修层的保护，防腐涂料没有遭到破坏、也没有紫外线照射的老化，防腐涂层得到长期保护，与氧气隔绝，钢材不能被氧化，无需在使用中对防腐层进行维修。世界上也没有维修先例。
美 国 纽 约 帝 国 大 厦（Empire StateBuilding），是位于美国纽约市的一栋着名的摩天大楼，由Shreeve, Lamb, and Harmon建筑公司设计，1930年动工，1931年落成，只用了410天，全钢结构102层、高384米，从1931年建成至今仍正常使用，未曾见到报道这座钢结构建筑每隔几年就要大修一次。
芝加哥的汉考克大厦（John Hancock Center）楼 高343.5米（1,127英 尺）， 加 上 天 线 高 达457.2米，地上100层，总楼面面积260,126平方米，1965年开工，1969年完工，是当时纽约之外全世界最高的摩天大楼，主要构件的钢材屈服强度为350MPa.从1969年建成至今仍正常使用，也未曾见报道这座钢结构建筑每隔几年就要大修一次。
北京长富宫饭店于1987年建造，全钢结构，地下2层、地上25层，高91m,纯钢框架结构，主要钢材SM490A（屈服强度为325MPa），标准层高3.3m,主要柱网8m×9.8m,外墙采用带面砖的预制混凝土挂板，是我国早期的钢结构装配式建筑。宾馆建筑每个房间都有用水设备。从1987年建成至今仍正常使用，也未曾见报道这座钢结构建筑每隔几年就要大修一次。
从国外到国内，钢结构建筑从未进行过也没考虑过要在使用中去“维护”钢结构的防腐刷漆问题，若真是那样，钢结构就没有在建筑中使用的价值。
总之，钢结构建筑在人类生存环境中按现行规范一次性做好防腐，就能达到长效防腐的效果，不需要中途把建筑拆除进行维护。要是“信不过”,那就做镀锌防腐，输电钢塔常年在崇山峻岭中屹立，未见钢塔因锈蚀倒塌，钢塔只不过做了镀锌防腐即可长效防腐；要是还“信不过”,那就用舰船防腐涂料吧，潜艇常年浸泡在海水里不是也有办法防腐吗？科学是追求简单化，够用就行了，建筑工程钢结构的防腐采用现行建筑规范做法是完全能满足长效防腐要求的。
三、钢结构的防腐除锈是关键
实践中有些因施工质量问题出现钢结构返锈现象，主要是钢材除锈不彻底或带秀刷漆造成的。我们知道，涂层的防护作用程度和防护时间长短取决于涂层质量，而涂层质量受到表面处理（防锈质量）、涂层厚度（涂装道数）、涂料品种、施工质量等因素的影响，这些因素的影响程度大致为表2所示。钢材只有经过表面彻底清理去除铁锈、轧屑和油类等污染物，底层涂料才能永久地附着于钢材上并对它起有效的保护作用。除锈方法和除锈等级见表3所示。
由于各国制定钢材表面除锈等级时，基本上都是采用美国和瑞典的除锈标准作为蓝本，因此各国的除锈等级大体上是对应采用的，我国与瑞典完全一致。
除锈等级的确定是涂装设计的主要内容。由于钢材表面处理是影响涂层质量的主要因素，所以合理的正确地确定除锈等级对保证涂层质量具有非常重要的作用。确定的除锈等级过高，会造成人力和费用的浪费，过低会降低涂层质量，起不到应有的防护作用，反而是更大的浪费。单纯从除锈等级标准看，Sa3级标准质量最高，但它需要施工条件和费用也最高。据有关文献报道：达到Sa3级的除锈质量，只能在相对湿度不大于55%的条件下才能实现。瑞典除锈标准说明书指出：钢材除锈质量达到Sa3级时，表面清洁度为100%,达到Sa2.5级则为95%.按工时消耗计算，若以Sa2级为100%,Sa2.5级则为130%和Sa3级为200%.因此，不能盲目要求过高的标准，而要根据需要来确定除锈等级。
设计首先要考虑与底漆相适应的除锈等级，我国规范规定了各种底漆或防锈漆要求最低的除锈等级为表4所列。
设计上一般规定干膜总厚度应为100μm~150μm.涂层厚度应适当，过厚虽然可以增加防护能力，但附着力和机械性能有所降低，且费用过高；过薄易产生肉眼看不见的针孔和其他缺陷，起不到隔离环境的作用。涂层厚度用磁性测厚仪测定。
有防火要求的钢结构，钢结构表面可仅涂两遍防锈底漆，再涂两遍保护性面漆，干膜总厚度应在75μm~100μm,然后在其表面涂装防火涂料或防火板包裹，起防火作用，也可保护底漆。
四、钢结构的防火
钢结构耐火性能较差，与混凝土结构的耐火性能相比见表5所示。钢结构的耐火强度比钢筋混凝土结构低，且刚度下降较多，在发生火灾时，火场温度高达800℃~1000℃，裸露的钢结构会发生较大的塑性变形而致使结构倒塌。因此，对钢结构必须加以保护以提高耐火时间从而把火灾损失降到最小。
在住宅建筑中，有很多分户墙构成很多防火分区，某户发生火灾后不会很快蔓延整楼层或整栋建筑着火。不仅如此，还有许多有利因素：
第一是钢结构具有一定的强度储备。一幢建筑发生火灾不是各层各房间同时燃烧，而是局部先起火，个别构件先达到耐火极限而丧失承载力被破坏。但是，按弹性理论设计的超静定结构，当个别构件破坏后仍能继续承载，如一根连续梁当中某个截面出现塑性铰后梁仍保持承载力。另外，结构设计是按重力荷载、风、地震组合，火灾发生时不一定会有大风和地震同时出现。因此，结构强度有一定的储备。
第二是住宅房间内有多少可燃物、究竟能产生多少热量以及达到钢构件300℃以上的温度能持续多长时间的问题。对此，国外提出一个火灾荷载概念：火灾荷载是由一个给定空间内所有可燃材料的总量以及燃烧所释放的热量来计算，即
Qi=Gi·Hμ （4.6.2-1）
式 中， Qi为 每 种 可 燃 材 料 产 生 的 热 量（Mcal）； Gi为可燃材料的重量（kg）； Hμ为正常温度下可燃材料发热量（Mcal/kg），见表6所列。
任何特定的材料燃烧性能是由发生燃烧的区段内形成的“时间·温度”曲线表示的，这一曲线又可以进而与国际标准“时间·温度”曲线找到对应关系，从而得到所考虑区段火灾荷载作用的国际标准时间。如表7所示。
从火灾中包围结构构件气体温度可以计算出传给构件的总热量，考虑到由各种外包层形成的隔热能力，每个构件的温度应分别计算。如果这种外包层能防止结构构件的升温超过临界值T,则该构件设计本身就不必考虑火灾的外加荷载。如果从达到某一临界温度所持续燃烧的时间没有超过受保护钢构件的耐火极限，也就是安全的。换句话说，钢结构建筑不一定都要求做防火设计，这样的工程实例很多。
如果考虑了以上的因素，就能缓和严格的耐火要求，采用较少的防护材料从而降低费用。总之，目前按现行国家防火规范设计的钢结构是完全可以满足实际防火能力的，多余的担心是没有根据的。美国“9.11”事件是极其偶然的，人类历史上也仅为这一次，各国不会因为“9.11”而修改自己的行业技术政策，钢结构住宅也没有可能遭受这样大的火灾灾害。
五、结论
钢材锈蚀是氧化反应，当钢材被除锈彻底，防腐涂料牢牢附着在钢材表面，再有防火涂料和装修材料的保护，完全把空气隔绝，钢材就不能被氧化。至于防锈漆的年限是指它耐风化的时间。潮湿也不一定就发生腐蚀，不然我们建筑为何大量采用钢桩。关于钢结构防火是个管理问题，要求从技术上彻底防火那就不是建筑，而是一座炼钢炉！现行的耐火时限是逃生时间，不是要建筑“烧不塌”.
我们要把研究与应用区分开来，研究可以无止境，应用“够了”就好。工程应用按“规范”规定做，我国的防腐和防火规范是能够满足工程需要的，怀疑和否定规范也是违反规范的。“怀疑”可以通过交流解决，“否定”就不好办了，就会阻碍钢结构建筑的发展。
参考文献：
[1] 沈祖炎主编，《钢结构制作安装手册》，中国建筑工业出版社，1998.
[2] 冶金部建筑研究总院、马鞍山钢铁股份有限公司，《热轧 H 型钢设计手册》，中国计划出版社，1998.
[3] 中华人民共和国国家标准，《钢结构设计规范》GB50017-2003,2003.
[4] 中华人民共和国国家标准，《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001,2002.
[5] [ 西德 ]F. 哈特 W. 海恩 H. 桑塔格 着，夏英超等译，《钢结构建筑资料集》中国建筑出版社，1983.
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