钢结构建筑的优缺点及在实际工程中的应用

目前，由于环境和水质的污染日益严重，国家和政府对环境保护的重视也提到了一个新的高度，节能减排受到了空前的重视，最近接触到的比较多的工程项目都是对生产过程中排放的含盐废水或是一些别的含有害物质的水进行相应的处理，以期达到符合国家排放要求。在最近接触到的这样一些项目中，我发现越来越多的项目的厂房摈弃了传统的钢筋混凝土建筑的模式，改而采用全钢结构为主体的建筑形式。

 

钢结构在民用建筑中的采用也比较的广泛和成熟，尤其一些超高层的建筑中对钢结构的采用也比较多见，钢结构在工业建筑中的应用从最初的单层标准厂房开始，现在随着钢结构厂房施工工艺和技术的日趋成熟，以及钢结构厂房在施工中的便捷性和快速性，在工业建筑中便于撬装化和模块化设计等优势，现在越来越多的钢结构厂房也开始应用于不同的领域，在以前广泛采用钢筋混凝土结构领域，就越来越多的出现了全钢结构的厂房。本文从对钢结构自身的特点和优缺点的分析着手，阐述了钢结构在含有腐蚀介质的工业建筑中的使用范围和日常使用时需要做的相应防护。

 

一、钢结构建筑自身的特点

 

1、钢结构建筑的优点

 

钢结构较之钢筋混凝土结构有其明显的优点：

 

（1）材料强度高，自身重量轻，钢材强度较高，弹性模量也高。与混凝土和木材相比，其密度与屈服强度的比值相对较低，因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装，适于跨度大，高度高，承载重的结构；

 

（2）钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高，适于承受冲击和动力荷载，具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀，近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高；

 

(3)钢结构制造安装机械化程度高，钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构；

 

（4）钢结构密封性能好，由于焊接结构可以做到完全密封，可以作成气密性，水密性均很好的高压容器，大型油池，压力管道等；

 

（5）低碳、节能、绿色环保，可重复利用，钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾，钢材可以回收再利用。

 

2、钢结构建筑的缺点

 

但是钢结构也有一些其自身的局限性，比如：

 

（1）钢结构耐热不耐火，当温度在150℃以下时，钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间，但结构表面受150℃左右的热辐射时，要采用隔热板加以保护。温度在300～400℃时，钢材强度和弹性模量均显著下降，温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级；

 

（2）钢结构耐腐蚀性差，特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构，需采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。

 

介于此，我们在实际工程中使用钢结构就需要扬长避短，发挥其优势，对于钢结构的一些弊端需要采取相应的措施进行规避。

 

二、钢结构建筑在实际工程中的应用

 

在中石油某废水处理工程中，其蒸发结晶厂房就是采用全钢结构，整栋厂房为四层，高度20.8米，建筑耐火等级为二级，火灾危险性类别为戊类。与民用建筑不同的是，在这类工业建筑中往往楼面荷载不均匀且荷载大，在放置主要设备或一些自重比较大的设备的位置，楼面荷载可达到几十吨，并且在某些设备的位置还存在楼面的震动，楼面孔洞多，由于要满足生产工艺的要求，楼层层高变化大，楼面不规则。

 

根据这类工业建筑的生产特点，一般厂房内会有一些腐蚀介质会直接作用于建筑物，对建筑物的主体结构造成危害。另一方面因为钢结构具有耐热不耐火的特点，因此，要在这些建筑中使用钢结构，防火和防腐是建筑设防两个很重要的方面。

 

1、防腐方面采取的措施

 

其中在《工业建筑防腐蚀设计规范》中对钢结构的防腐做出了明确的要求，包括钢构件的材质和型号等。在实际工程中还需要对相应部位根据腐蚀介质的种类选择适合的防腐涂料进行防腐蚀涂装，并在以后的建筑使用过程中进行定期的维护。比如在中石油某废水处理工程中，蒸发结晶厂房的工艺流程为通过蒸发结晶，使含盐废水中的氯化钠成为固体盐产品析出，在工艺流程中，主要腐蚀介质为液态氯化钠，属于酸性介质的腐蚀。

 

市场上针对酸性腐蚀的涂装材料也比较多，我们结合工程实际，以及材料的价格和采购方便性，以及施工的便捷性、可靠性、后期维护等方面综合考虑，通过对多种防腐材料的比选，我们最终确定了使用聚氯乙烯萤丹涂料，面层和底层各涂刷3遍，厚度各为100微米，在正常使用条件下可达到耐腐蚀年限15年，当然这个使用年限和平时的维护、使用环境等等有较大的关系，因此在使用过程中我们应该坚持定期进行维护，已达到比较长的使用年限。对于这种酸性液体或是气体腐蚀的环境，有很多的防腐材料都可以达到相同的防腐要求，因此，在工程中，我们可以根据工程的实际情况，比如采购和施工的便捷性，工程所在地的环境气候条件、材料的耐候性等综合考虑，选择出适合工程项目的防腐涂装材料。

 

2、防火方面采取的措施

 

在防火方面，以中石油某废水处理工程蒸发结晶厂房为例，厂房的火灾危险性分类为戊类，厂房的生产原材料和所生产出的产品本身不是易燃易爆物品，除了厂房的安全疏散通道等必须符合相关规范的要求之外，根据厂房钢结构的特点，主体钢结构不耐高温，一旦发生火灾，厂房主体传热快，而且主体结构的耐火极限也不能满足相关规范的规定，不利于消防疏散营救，因此需要对厂房的主体钢结构进行必要的防火涂装，根据《建筑设计防火规范》第3.2.1条的要求，厂房的耐火等级为二级，规范要求柱的耐火极限为2.50小时，梁为1.50小时，楼板、屋顶承重构件和楼梯的耐火极限分别为1.0小时，我们使用的钢梁和钢柱如果不进行任何防护涂装是达不到耐火极限要求的，因此在工程使用中结合《钢结构防火涂料应用技术规范CESC24：90》的要求，采用薄型膨胀防火涂料进行防火涂装，使其能达到规范要求的耐火极限。

 

从工程实例中可以看出，钢结构在工业建筑中使用的重点还在对钢结构构件的防护，以保证其耐久性和结构的安全性。针对不同的使用场所采取不同的保护措施，不同于民用建筑的是工业生产的原材料和产品往往较多的含有化学成分和腐蚀介质，而且根据生产产品的不同，腐蚀介质也不相同，因此就要根据使用环境的腐蚀介质选取相对应的防腐蚀材料，这样才能达到预期的防护效果。

 

结束语

 

在我国的一些对外援助项目当中，往往有一些非洲国家，由于施工工艺不能满足要求，因此需要在其他的地方生产好之后再在建设地点进行现场组装，以此规避施工技术方面的不足。钢结构由于自身的特点便于工厂化生产，适合撬装化和模块化设计，因此是这种施工的首选。我们公司最近参与设计的两个中石油的项目都采用了撬装化这种方式，即保证了工程质量又缩短了工程周期，在其他同类项目中也得到了广泛的使用。

 

仔细翻阅《建筑防腐蚀构造》这本图集我们会发现，其中大部分的内容依然还是针对钢筋混凝土结构建筑的，钢结构建筑可以选用的内容相对还是比较少的，随着钢结构建筑在工业领域，尤其是需要采取防腐措施的工业领域的运用越来越多，我们需要研究和探索的空间还有很多。

 

总而言之，随着钢结构厂房在工业建筑领域的使用的范围越来越广，结合工业厂房生产介质的多样性，针对其采取的防腐和防火措施也是各不相同。因此，在发挥钢结构优势的同时，如何规避其弊端将成为一项需要长期研究和关注的课题。

 

作者简介：钟燕丽（ 1979- ），女，四川资中人，本科，工程师，主要从事建筑方面的设计工作。