用钢结构做住宅,腐蚀真的是问题吗?

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用钢结构做住宅,腐蚀真的是问题吗?

前言

随着国家经济发展、居民生活水平不断提高,城市化进程也不断加速,在此过程中,建筑行业飞速发展。尤其是近年来,国家为了兼顾建设与环保,并解决农民工短缺和建筑质量难以控制等问题,大力提倡发展装配式建筑,钢结构由于其具有天然装配式的属性,也在各地装配式建筑的营造中不断增多。相对于混凝土结构,钢结构具有轻质高强、塑性韧性好、抗震性能优越等优势,同时钢结构也存在一定的防火与防腐蚀的问题。尤其是防腐蚀问题,由于普通大众经常看到很多室外钢结构存在腐蚀甚至腐蚀严重等情况,都会对钢结构住宅在50年甚至更长年限内的腐蚀问题心存疑虑。那么钢结构住宅的腐蚀问题真的如大家担心的那样存在问题吗?在此,小喜鹊将在本文中对钢结构的防腐蚀问题展开分析讨论。

钢结构防腐蚀设计要求

众所周知,钢结构在潮湿的环境中很容易受到腐蚀,大气中的氧和水分是造成民用建筑钢结构腐蚀的重要因素,不仅如此,部分工业气体如SO2、CO2、NO2等同样也会引起钢结构的腐蚀。建筑钢结构的防腐蚀要求不仅仅与它所处的环境条件有关,还与建筑材料的具体材质、结构形式、使用要求、施工条件和维护管理条件有关,这些都是在防腐蚀设计与施工建造中应该考虑的因素。

通常来说,在防腐蚀设计中,首先根据建筑物的重要性、环境腐蚀条件、施工和维护条件等要求合理确定防腐蚀设计年限,然后再综合考虑包括经济性在内的各项因素,因地制宜,合理选择防腐蚀方案。

值得注意的是,在重要的承重结构构件与维修困难的部位应加强防护,若其处于严重腐蚀的使用环境中,应采用耐候钢或者外包混凝土等隔离措施。在《钢结构设计规范》中,对钢结构的防腐蚀设计有明确详细的要求。近年来,针对各类建筑形式、不同的防腐方式和施工工艺,国家已颁布实施十余本相关规范标准,使钢结构的防腐设计、施工、验收有据可依。

钢结构防腐蚀方案

现有的钢结构防腐蚀方案,大约分为以下几类,可以在设计时单独或组合使用:

  • 耐候钢

耐候钢即大气腐蚀钢,是介于普通钢材和不锈钢之间的低合金钢材系列,耐候钢的耐候性为普通钢材的2到8倍,涂装性为普通钢材的1.5~10倍。它具有良好的耐锈性能,主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架、等长期暴露在大气中的结构形式。在建筑结构中,耐候钢也有应用,但在住宅建筑中很少使用。下图1为同济大学中法中心,它的外墙与大坡屋顶采用的就是耐候钢。图2为芝加哥市政中心,它的巨型钢柱采用的是考顿钢,也是耐候钢的一种。

▲同济大学中法中心

▲芝加哥市政中心

  • 阴极保护措施

阴极保护措施是用电化原理,在钢结构表面附加较活泼的金属以取代钢材的腐蚀,通常适用于水下或者地下结构。

  • 防腐蚀涂料&各种工艺形成的锌、铝等金属保护层

就如大家看到的输电塔也是钢结构的,但从来不锈蚀一样,经过热浸镀锌处理的钢结构具有相当长的防腐蚀年限。长效防腐蚀年限的做法包括镀锌、喷铝锌、电泳等多种方式。

钢结构住宅防腐蚀使用年限

虽然镀锌、喷铝锌等方法可以起到长效防腐的作用,但因为造价较高等原因,很少在钢结构住宅中使用。一般来说,住宅所采用的钢结构基本上是采用油漆作为防腐蚀方法的。那么钢结构住宅是否如很多人所担心的,使用十几年需要重新涂油漆或再做防腐呢?

在《建筑钢结构防腐蚀技术规程》(JGJ/T251-2011)中,将大气环境对建筑钢结构长期作用下的腐蚀性等级做了如下表格的划分:

如图,我们可以看出,即使是取弱腐蚀环境下的腐蚀速率最大值0.025mm/a,70年的总腐蚀厚度也就是1.75mm。而我们的钢结构住宅板材的壁厚一般在10mm以上,70年强度降低不超过20%。而如果是密闭空间,按照0.001mm每年的腐蚀速率,70年只有0.07mm,对结构安全几乎没有影响。因此,做好表面处理、涂装施工之后,钢结构的防腐足够安全,在建筑生命周期内,也无需再次涂刷油漆。也就是说对于我们所关注的钢结构住宅,防腐不是问题。

除此之外,在钢结构的住宅里,主体钢结构并不外露,不会与大气、水分直接接触而处于密闭空间,而且还会有油漆的保护,因此其腐蚀速度非常缓慢。就如我们钢结构中采用的管结构,一般内部由于无法涂装油漆,都是对齐端部进行密封处理,从而保证内部不被锈蚀。

下面来看一个案例

下图3为2019年拍摄的中国援建的某国家体育馆,该体育馆于1986年竣工,已经投入使用超过33年。该国家属于热带季风气候,由于其特殊的地理条件,冬季亚洲大陆寒冷空气无法到达,来自印度洋的暖湿气流畅通无阻,且雨量充沛,大部分地区的年降雨量达4000mm以上。从图3不难看出,在这样的大气环境下30余年,该国家体育馆的屋顶外露钢架仍毫无锈蚀的痕迹,各节点仍保持良好的状态,用事实证明钢结构通过合理的设计、选材、施工与精心的维护,可以达到长效防腐的目的。

▲某国家体育馆(摄于2019年)

结语

钢结构的防腐蚀设计有完备的规程与标准,按照防腐蚀要求与年限的不同,可以合理选择各种成熟的防腐方案,在施工时遵循相应的施工及验收规定,并进行定期维护,钢结构的防腐蚀可以达到良好的效果,并满足工程质量与使用要求。

而对于住宅而言,由于钢结构并未暴露在大气中,在70年或者更长时间内,一般不需要进行维护而能保证其足够的承载能力。

看来,大家担心住宅建筑钢结构腐蚀的问题,似乎有些多余了!

来源:喜鹊房屋官网

本期编辑:小喜鹊