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大型建筑钢结构工程的长效防腐涂装设计

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
摘 要：本文主要对大型建筑钢结构的防腐涂装设计做了简要阐述，分析它的设计寿命和年均使用成本，提供一些长效和超长效的涂层体系方案和实际应用工程案例；将施工质量控制、关键设计参数等做了说明，对大型钢结构建
    摘 要：本文主要对大型建筑钢结构的防腐涂装设计做了简要阐述，分析它的设计寿命和年均使用成本，提供一些长效和超长效的涂层体系方案和实际应用工程案例；将施工质量控制、关键设计参数等做了说明，对大型钢结构建筑工程的业主、设计、钢结构总包及涂料厂家等有一定借鉴和参考作用。
    关键词：大型建筑钢结构、防腐涂装、涂装体系、年均成本、施工质量控制、设计要素

    　1.前言
    　　钢结构由于自重轻、抗震性好、环保、可做成大跨度大空间建筑、施工快等一系列优点而在近几十年来获得蓬勃的发展。但钢结构也有一些不可忽视的不足，主要是易腐蚀、不耐高温。若不做好防腐导致建筑钢结构的使用寿命大大缩短，造成安全隐患、并且维护困难，成本高昂。如果腐蚀和防火问题不能得到很好的解决，将阻碍钢结构在建筑行业中的发展。本文就此对钢结构的防腐涂装设计做了着重探讨。
    2.国内外钢结构防腐涂装设计标准
    　　国内，目前国家标准《钢结构设计规范》[1]和《钢结构工程施工质量验收规范》[2]以及《工业建筑防腐蚀设计规范》[3]，都涉及到钢结构的防腐涂装设计的指导，但内容较少，随着钢结构和防腐涂装工业的发展，这三份标准还应该进一步充实钢结构防腐涂装设计方面的内容。
    　　国际上，目前最普遍的涂装设计思路主要是引用 ISO12944《钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护》[4]。该标准自1998年推出之后，受到全世界钢结构防腐界的好评，并被广泛的应用。它是将从事防腐涂装工程的业主、设计人员、咨询顾问、涂装承包商、涂料生产企业等各方面所关注的问题和关键技术汇编而成的标准，提供了重要的参考。这套标准同时获得了欧洲委员会的批准认可，所以它实际取代了一些国家的标准，如英国的BS5493，德国的DIN55928等。本文提供的涂装体系的设计也主要是采用该标准的思路。
    3.大型建筑钢结构的防腐涂装寿命及年均使用成本分析
    　　目前国内钢结构行业普遍存在只关心工程建成造价，不重视钢结构的使用寿命和防腐失效后的维护，这将缩短工程的使用寿命，同时造成今后的维护困难和后续成本的大大增加，不符合国家可持续性发展的策略。
    　　在工程设计中，为了在众多满足安全性和耐久性的方案中找出经济性最优的方案，需要应用“全寿命经济分析法（LCCA）”（Life Cycle Cost Analysis）， 或译为“寿命周期成本分析法”。其基本思想是：在设计施工阶段，是选择“事先防护”，还是选择 “坏了再修”，都需作出经济预算和比较。承建者要对工程的“全寿命”负责到底，以避免“短期行为”给后人带来的麻烦和巨大的经济损失。
    　　3.1 钢结构涂装防护设计寿命
    　　设计寿命是指涂料系统在第一次大修前的使用寿命，第一次大修前指涂层修饰面积达到ISO4628-3标准的Re3级，锈蚀面积为1%（等同于ASTM D610的6级），而且此时维修效果最好、同时最为经济[5]。
    　　高层钢结构建筑大楼，通常是城市标志性建筑，但考虑到钢结构大多隐匿于墙体中，其防腐涂装维修十分困难、维修难度大、成本又高。所以通常选择长效保护，尽量将第一次大修期延长。对于高层钢结构大楼，设计使用寿命接近或为50年的，建议钢结构防腐涂装寿命设计不低于25年，超过50年的，设计寿命不低于30年。
    　　对机场、体育馆、会展中心等大型钢结构建筑，钢结构防腐失效后，因涉及到高空作业、停止营运等情况，维护同样困难和成本高。如工程设计使用寿命接近或为50年，建议钢结构防腐设计寿命为不低于15年，如考虑年均使用成本，为25年。
    　　3.2 钢结构涂装防腐年均使用成本
    　　鉴于国际上目前广泛采用的是涂装年均成本，而非一次性投资成本，以下为涂装年均使用成本核算公式，供参考：

    式中：A：始涂装费用 B、第一次大修费用，
    　　　C：维修导致的停业损失 D、使用寿命年限
    　　显然，使用寿命愈长，则涂装年均使用成本愈小。考虑到涂装维修常常会遇到施工困难的情况，难以达到好的的涂装效果，建议第一次的涂装尽量选择优质重防腐涂料配套体系，以期更长效的设计寿命。
    4.大型钢结构建筑的长效保护防腐涂装体系
    　　根据大型建筑钢结构的合理防护寿命要求以及涂装年均使用成本，同时参考ISO12944制定涂装体系的思路，本文制定了长效保护涂装体系见表4.2，表4.3，表中按不同腐蚀环境和防腐设计年限提供了对应的涂装体系。
    ISO12944制定涂装体系的主要思路





    5.防腐涂装设计工程案例

    　　北京机场3号航站楼（建设时间：2004.03-2008.02），08年北京奥运配套工程，建筑面积98.6万平方米，是目前世界上最大的单体航站楼。其中屋面为曲面钢网架结构，用钢量约2.1万吨，面积约33万平方米。其防腐设计方案如下：
    　　1）钢结构防腐涂装设计年限：25年；
    　　2）腐蚀环境等级：C3
    　　3）富锌底漆的干膜锌粉含量超过80%

    　　备注：该工程最终采用了海虹老人牌的产品：环氧聚硅氧烷面漆55000，环氧厚浆漆45880，环氧富锌漆17360。
    6.防腐涂装施工的质量控制
    　　涂料界有句俗话说：“三分料、七分工”，这句话说明了施工质量对涂装体系完工后质量效果的重要性。对长效保护的钢结构防腐涂装工程，除了要采用性能优异的涂料品种，同时应该严格控制涂装施工质量。如果施工质量不好，则会导致花了高成本确得不到预期的效果，造成不必要的损失和浪费。因此在设计环节中，应尽量将施工质量控制的要素及方式体现出来，如明确规定可施工的环境条件，膜厚的检测标准，表面处理的要求等，避免施工环节的质量疏漏。以下为一个典型的钢结构涂装工程质量管理体系统图[6]，供参考。

    7.涂装的整体解决方案和设计的关键要素
    　　综合考虑业主、设计院、钢结构公司、涂装施工方、涂料生产商、及环境和社会发展的需求，大型建筑钢结构工程的防腐涂装就是一个整体解决方案。如果要保证防腐涂装到预期的效果，即达到防腐设计年限、年均使用成本合理、施工方便易控制、应用产品符合环保和可持续发展的国家政策、外观效果好等目标。在设计钢结构防腐涂装时，至少应把握以下一些关键要素。
    　　1） 明确钢结构的防腐涂装设计使用寿命年限
    　　2） 辨别工程所处的腐蚀环境
    　　3） 制定合理涂层系统（底中面漆种类即相应干膜厚度）
    　　4） 设计关键涂装参数(表面处理要求、涂装方式、富锌漆锌粉含量)
    　　5） 涂装施工过程质量控制（干膜厚度、表面清洁度、气候条件等检测）
    由于只有施工质量得到保证，整个涂装体系才能达到设计的效果，设计中应明确一些关键的施工条件，不同的施工方式其效果、成本差别较大。
    　　6） 环保要求（如VOC含量、是否含有重金属等）
    建议在防腐涂装设计中，选择一些高固含（低VOC）、不含重金属（如铅、铬）、对施工人员危害小的涂料。
    　　7） 面漆的耐侯性
    对于大型建筑如机场、体育场、展馆等的钢结构的涂装，因为通常是标志性项目，其外观也很重要，一旦失光、变色，虽然整个涂装系统没有腐蚀破坏、考虑到外观效果，业主也会考虑翻新。现在应用最为广泛的长效防腐面漆为聚氨酯面漆，但通常聚氨酯面漆的维护期为5-10年，如果使用氟碳面漆和聚硅氧烷面漆则维护期可以延长到15年，对外观要求高的工程可以考虑这两种面漆。
    　　8） 主要引用相关防腐涂装的标准。
    应用广泛和权威的标准是涂装设计方案的是否合理的参考和保障。
    8.结论
    　　1）大型钢结构的防腐涂装应考虑长效保护、需要应用“全寿命经济分析法（LCCA），对始建成本和年均使用成本综合分析，选择优质重防腐涂料与涂装工艺。
    　　2）防腐涂装的涂层配套体系的设计可以重点参考ISO12944，同时在设计中明确一些施工条件，注重施工过程的质量控制。
    　　3）大型建筑钢结构工程的防腐涂装是一个整体解决方案，应设定一些关键设计要素，综合考虑业主、设计院、钢结构公司、涂装施工方、涂料生产商、及环境和社会发展的需求。

    参考资料
    [1] 钢结构设计规范GB50017-2003， 中华人民共和国建设部/国家质量监督检验检疫总局联合发布，中国计划出版社， 2003
    [2] 钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001， 中华人民共和国建设部/国家质量监督检验检疫总局联合发布，中国计划出版社， 2002
    [3] 工业建筑防腐蚀设计规GB50046-1995， 中华人民共和国化学工业部主编， 中国计划出版社， 1996
    [4] ISO12944，Paints and Varnishes-Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paints Systems 1998
    [5] 刘新、时虎， 钢结构防腐蚀和防火涂装， 北京化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心， 2005
    [6] 吴贤官，建设工程涂装质量管理， 化学工业出版社， 2004
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