钢结构后期维护保养方案

科宁建材博览中心2021-01-10 06:53:43

CONING.CN

随着钢结构建筑的发展,钢结构建筑维护保养也越来越引起人们的关注,本文介绍了钢结构建筑的特点、现状及结合实例介绍了钢结构建筑的维护保养。



第一章  钢结构建筑特点和现状


我们都知道的2008年在北京举办的奥运会体育馆“鸟巢”也是采用钢结构。钢结构有一个明显的弱点——容易腐蚀。据不完全统计,国内每年因腐蚀而造成的经济损失在400 亿人民以上,每年9000 万吨钢产量中,约30% 被各种形式的腐蚀消耗掉。据不完全统计,定期维护保养的钢结构房屋的经济耐用年限的参考值一般为:生产用房70年,受腐蚀的生产用房50年,非生产用房80年。而钢筋混凝土结构(包括框架结构、剪力墙结构、筒体结构、框架一剪力墙结构等):生产用房50年,受腐蚀的生产用房35年,非生产用房60年。可见,钢结构安装完成后定期的维护与保养的重要性。

然而,近些年来的调查发现,一些钢结构用户不知道钢结构还需要维护和保养。以至于出现严重的腐蚀,用户往往发现不了,使得钢构产品出现诸多不安全的隐患,降低了钢结构在使用上的安全性,甚至影响正常使用功能。建议设计单位在钢结构的涂装设计说明中,不仅要提出钢结构的涂装要求, 同时,还要根据它的使用情况提出钢结构的保养与维护要求。


使用年限

腐蚀情况

脱落层厚度(mm)

第一年

斑状锈点


第二年

锈点气泡少量氧化层脱落

0.01

第三年

大片涂层氧化层脱落

0.03

第四年

氧化层脱落

0.07

第五年

氧化层脱落

0.12

第六年

氧化层脱落

0.35

第七年

氧化层脱落

0.60

第八年

氧化层脱落

0.85

第九年

氧化层脱落

1.10

第十年

氧化层脱落

1.52

 

案例2,1994年韩国发生一起公路桥坍塌事故造成多人遇难。该桥是1979年建成的,在多次检查中没有发现焊缝裂纹,但发现桥梁竖杆断裂面有大范围的锈迹。在美国共有60万座高速公路桥,其中一半因钢铁腐蚀需修复,由此可见对大型钢结构制件的长效防护何等重要。

 



1、防止钢结构生锈的方法

防止钢结构生锈的方法很多,通常采用以下几种。

1.1、 采用不易生锈的合金钢制作钢结构

1.2、 化学氧化层防护法

1.3、 采用金属镀层防护法

1.4、 非金属的涂层保护法

在后期的维护与保养过程中,非金属的涂层保护法尤为常用。在构件表面采用涂料、塑料保护起来,不使其和周围的腐蚀介质相接触,以此来达到防腐的目的。此法效果好,价格低廉,而且涂料品种多,供选择范围广,适用性强,不受构件形状和大小限制,能随着构件表面的任何形状成膜,附着牢固,温度变化时还能随着构件伸缩,使用方便。还可以给予构件以外观美丽的颜色。

2、涂层日常维护时的要求

    对于维护人员来说,对钢结构的日常维护首先应该是对构件表面涂层的维护。对涂层维护的好坏,直接影响到钢结构的使用寿命。因此,要做好日常维护,应该从以下几点入手:

(1)、必须保持钢结构表面的清洁和干燥,对钢结构容易积尘的地方(如钢柱脚、节点板处)应定期清理。

(2)、定期检查钢结构保护涂层的完好状况,凡出现以下之一者应及时维护:

1)、发现涂层表面失去光泽的面积达到90%;

2)、涂层表面粗糙、风化、干裂的面积达到25%;

3)、涂层发生漆膜凸起且构件有轻微锈蚀面积达到40%;

(3)、受高温和高温影响的钢结构部位应加设防护板,起到保护涂层免受高温破坏。

(4)、尽量避免构件与有侵蚀作用的物质接触,已接触的应及时清理。

3、涂层的修复与更新

3.1、构件表面的除锈

对于使用一段时间以膈的钢结构工程来说,其表面不可避免地存在着一些附着物,如铁锈、污垢、灰尘;旧漆膜等。在对钢结构表面进行涂刷前,如果不将这些附着物清除彻底,涂刷后虽然可暂时将它们遮盖起来,但由于它们起着隔离的作用,使得涂层与构件基体间的粘合力严重下降,漆膜会过早脱落,最终导致表面涂层抗锈蚀能力降低,发挥不出涂层应有的防护作用。因此,在对构件表面涂刷前,应对钢结构表面的附着物进行彻底的清理。

在钢结构维护工程的施工中,表面清理工作主要包括除旧漆膜。在除锈的程中,由于受施工条件的限制一般采用的方法主要有:

1、人工除锈

此种方法是利用刮刀、铲刀、手锤、钢丝刷等钢制工兴,靠手工敲铲,以及用砂布、砂纸和砂轮进行手工打磨来去除污物,使构件表面基本达到无油污、无铁锈、无毛刺。此种方法由于方便易行,所需设备简单,劳动成本低,且不受施工现场条件尺寸的限制,是钢结构维护工程中经常采用的除锈方法。它的主要缺点是劳动条件差,工作效率低,除锈 不彻底,质量不易保证。因此,汉采用此法除锈时,管理人员应重点强调质量要求。

2、机械除锈

为了提高除锈质量和工作效率。改善施工人员的劳动条件,现在的钢结构除锈工作中已经大量采用风动或电动小型设备。利用设备的主要除锈方法有:

(1)角向磨光机:这种小型风动设备主要用于清理平面地方,它根据需要可以使用砂纸、砂轮和钢丝刷。

(2)针束除锈机:这种小型风动设备上一般装有30~40个针束,针束可随不同的工作曲面加以调节,主要适用于弯曲、狭窄、凹凸不平及夹缝处。

(3)单头冷风枪:这种小型风动设备也叫敲锌,它是利用敲铲头的冲击力来清除铁锈,铲头直径一般在25~40mm,每分钟可冲击1000~6000次,适用于比较狭窄的地方。

3、喷砂除锈

在可以停产进行施工维护的工程中,可以采用喷砂除锈。通过喷砂机将钢结构构件天面的铁锈清除干净,露出金属的本色。较好的喷砂机能够将喷出的石黄砂、铁砂或铁丸的细粉自动筛去,并防止粉尘飞扬,减小对操作者健康的影响。这种方法除锈彻底。效率也较高,在发达国家已普遍采用,是一种较先进的除锈方法。

4、用酸洗膏除锈

市场上可购买到专用除锈的酸洗膏,使用方法是将酸洗膏涂在被处下的构件表面上,其厚度约为1~2mm,浸滚润适当时间后,剥开一小片酸洗膏检查除锈情况,若构件表面露出金属本色,则将酸洗膏剥去,用水冲洗干 净,彻底清除残留的酸液。除一些特殊情况外,此种除锈方法目前已经很少采用。

1)火喷法:即用喷灯火焰将漆膜烧化后,立即用铲刀刮去。此法一般用于小面积的旧漆膜清理。

2)碱水清洗法:用石灰和纯碱配成的稀溶液或5%~10%(质量分数)的氢氧化钠溶液,涂刷3~4遍。使旧漆膜 起皱脱落,再用铲刀刮去,用清水洗净。

3)刷脱漆剂法:用市面出售的脱漆剂涂刷在旧漆膜上,约半小时后,旧漆膜膨胀起皱,用铲刀、钢丝刷将旧漆膜铲除干净,清除构件表面上的其他杂物。

4)涂脱漆膏法:用脱漆膏涂于旧漆膜表面,涂2~3层,约2~3 h,漆膜破坏,用铲刀铲除后用水冲洗干 净。如果旧漆膜过厚,为缩短浸润时间,可先用刀将旧漆膜 破开适当多的口后,再涂脱漆膏。

4、涂装施工的方法及注意事项

(1)涂装施工的方法:

     在维护工程中常用的方法有两种,即涂刷法和喷涂法。

(2)注意事项:

     1)涂漆前应对基层进行彻底清理,并保持干燥,在不超

过8h内,尽快涂头道底漆。

     2)涂刷底漆时,应根据面积大小来选用适宜的涂刷方法。

     3)涂刷面漆时,应按设计要求的颜色和品种的规定来进

行涂刷,涂刷方法与底漆涂刷方法相同。

     4)涂刷环境

     5)应正确配套使用稀释剂。

    关于涂装施工中常见的缺陷、产生的原因以及预防的法

 

(二)定期防火处理

钢材的耐温性较差,其许多性能随温度升降而变化,当温度达到430-540℃之间时,钢材的屈服点、抗拉强度和弹性模量将急剧下降,失去承载能力。必须用耐火材料对钢结构进行必要的维护。以前未采用防火涂料或防火漆处理。建筑物的耐火能力取决于建筑构件耐火性能的好坏,在火灾发生时其承载能力应能延续一定时间,使人们能安全疏散、抢救物资和扑灭火灾。

防火措施为:所以外露钢构件刷防火涂料,具体要求是:钢梁耐火时间为1.5h,钢柱耐火时间为2.5h,使其符合建筑规范要求。

 

(三)定期监测

     钢结构生锈对构件破坏不仅表现为对构件有效截面的减薄上,还表现为构件表面产生的“锈坑”。前者使构件承载力下降,导致钢结构整体承载力的下降,对薄壁型钢和轻型钢结构尤为严重。后者使得钢结构产生“应力集中”现象,当钢结构在冲击荷载或交变荷载作用下,可能会突然发生脆性断裂。而发生这个现象时没有任何变形征兆,事先不容易察觉和预防。为此,对钢结构和主要构件进行应力、变形和裂纹监测非常重要。 

1、引起钢结构变形过大的主要因素

(1)钢结构实际所承受动力荷载超出钢结构工程设计时所允许承受的最大荷载(俗称“过载”)。

(2)长时间承受动力荷载的冲击。

(3)自然灾害的影响(如地震)或由于地基基础沉降不均匀。

(4)使用保养不当或由于机械损伤使钢结构工程中的构件断裂而退出工作,造成钢结构受力失衡而出现异常变形。

(1)对钢结构工程的梁和桁架进行目测检查时,当发现桁架下弦挠度过大,桁架平面出现扭曲,屋面局部不平整,室内吊顶、粉饰等装修出现开裂等情况,可认为梁和桁架有异常变形,需用细铁线在数值的支座两端或桁架弦杆两端拉紧,测出它们在垂直方向的变形数据(即挠度)和水平方向的变形数据如果是粗略测量,一般只取梁中点和桁架弦杆中点处的变形数据;否则需沿长度方向取多点变形数据。必要时需绘结构的轴线变位图。

(2)用线锤和经纬仪可以对钢结构的柱子进行变形检查。检查时需在两个垂直方向分别测定变形数据,确定出柱身的倾斜或挠曲变形程度,必要时也需根据测得的数据绘制柱身的轴线变位图。

(3)对连接板,腹板等小型板式构件可采用直尺靠近方法进行比较测量。

(4)对于以弯曲变形为主的细长杆件进行变形检查时,可采用细铁线在杆件的两关选点张拉,测出变形数据。

(5)需要特殊说明的是:钢结构工程的整体娈形数据是参照其设计 的标准安装位置而确定的,为了保证测出钢结构工程在使用阶段的变形数据,必须了解钢结构工程在安装时的原始位置偏差。

对于检查所测得和各种变形数据,应整理记录,以备查用。对于变形量较大的钢结构,应在有关部位做出相应标记,为以后的维护创造方便条件。

2)、对钢结构工程变形的技术处理

(1)一般情况下,当测得的钢结构变形数据超过下面规定的标准时,就可认为结构存在异常变形,需对钢结构工程进行必需的技术处理。

   1)没有桥式吊车的房屋屋架,其最大挠度值不得超过L/200(L为梁的跨度);有桥式吊车的房屋屋架,其垂直变形不得使下弦最低点侵入桥式吊车与屋架之间所需保留的最小净空,吊车梁的最大挠度值不得超过L/500(L为梁的跨度)。

   2)屋面檀条的最大挠度不得超过L/150(L为檀条的自由长度)。否则会使屋面高低不平而发生漏雨现象。

   3)受压弦杆在自由长度内(即相邻两支点间)的最大挠度值不得超过L/1000(L为自由长度),且不大于10mm。

   4)受拉杆件在自由长度内的最大挠度值不得超过L/100(L为自由长度)。

   5)对于板式构件(如节点板),在1m范围内的挠度值不得超过1.5mm。

(2)处理方法。根据具体情况,可对变形异常 的结构进行矫正和加固等技术处理。为了保证安全,作技术处理时应在结构卸载或部分卸载(如去掉活荷载)的情况下进行。

1)对于变形不太大的杆件,可用扳钳或整直器进行矫正。

2)对于板式构件或有死弯变形的杆件,可用千斤顶来矫正,条件允许时可用氧乙炔火焰烤后矫正。

3)如果钢结构工程出现整体变形(如柱子倾斜、屋架扭曲),除及时矫正变形外,还应根据变形成因采取合理的加固补强措施。

(2)敲击法  指用包有橡皮的木锤敲击构件和各个部位,如果发现声音不脆,传音不均、有突然中断等现象发生时,可断定构件有裂纹。

     对于发现有裂纹迹象而不确定的地方,可采用X射线等物理探伤法作进一步的检查。没有此条件时可在此处滴油检查,从油迹扩散的形状上可判断出此处是否存在裂纺,当油迹成较对称的圆弧形扩散时,表明此处没有裂纹;油迹成直一形扩散时,表明此处已经形成裂纹。

 3.2、裂纹修复的步骤

    对于裂纹的修复可采用如下步骤进行:

(1)先在裂纹的两端各钻一个直径与钢板厚度相等的圆孔,并使裂纹的尖端落入孔中,这样和的目的是防止裂纹继续扩展。

(2)对两钻孔之间的裂纹要进行焊接,焊接时可根据构件厚度将裂纹边缘用气割加工成不同型式的坡口,以保证焊接的质量。当厚度小于6mm 时,采用1形(即不开坡口)当厚度大于6mm 而小于14mm 时,采用V形坡口;当厚度大于14mm 时需要用X形坡口。

(3)将裂纹周围金属加热到200ºC后,用E43型(钢板材质为低碳钢或)E55型(钢板材质为锰钢)焊条焊合裂纹。

(4)如果裂纹较大,对构件强度影响很大时,除焊合裂纹外,还应金属盖板用高强度螺栓连接加固。

(1)外观检查  检查时先将焊缝上的杂物去除,用放大镜(5~20倍)观察焊缝的外观质量。除要求焊缝必须、没有缺陷外,还要求焊缝具有良好的外观。良好的焊缝外观应具有细鳞形表面。无折皱间断和未焊满的陷槽,并与基本金属平缓连接。

(2)钻孔检查   这是一种破环性的焊缝检查方法。在结重要构件的焊缝进行外以观检查进。为了进一步确认,可在有疑点之处再用钻孔方法进行检查,检查焊缝是否有气孔、夹渣、未焊透等病害,检查完毕后用与原焊缝相同的焊条补满孔眼。

(3)硝酸酒精浸蚀法检查,此种方法一般用于检查不易观察到的裂纹。方法是将可疑处清理彻底,打光,用丙酮或苯洗净,滴上含量为8%左右的硝酸酒精溶液进行侵蚀,如果焊缝有裂纹即有褐钩显示。

超声波,x射线,r射线检查对于重要构件的主要焊缝,必须用超声波,x射线,r射线等检查方法来检查鞭内部是否存在缺陷,必须时还应拍x、r两种射线的底片,以备分析和检查用。此种方法检查过的焊缝质量最可靠,建议在条件的房管部尽量采用此种方法。

(4)特别注意事项,动力荷载和交变荷载及拉力可使有缺陷的焊缝迅速开裂,造成严重后果,所以对受动力荷载的钢结构工程,构件上拉力区域,应严加检查,以防出现遗漏。

2、螺栓与铆钉连接的检查和维护

   对于近期新建的钢结构工程来说,除焊缝连接处,大量使用的连接方法是螺栓连接。因为高强度螺栓连接方法目前技术已经很成熟,其操作方法较铆钉连接的操作方法具有简便、快捷、劳动强度低等优点,且维护更换也很方便。目前除了特殊场合外,铆钉连接有被高强螺栓取代的趋势。对于业主们来说,其管理与维护的钢结构工程不一定是新建的,所以业主们应同时学会对螺栓和铆钉连接的检查和维护。

对于螺栓和铆钉连的检查,应注意螺栓和铆钉在受和使用时有无剪断和松动现象,其重点检查的部位是受交变荷载和动力荷载作用处。在检查时,还要兼顾发现设计和施工遗留下来的缺陷。

检查螺栓和铆钉连接所用工具有:10倍左右的放大镜、0.3KG手锤、塞尺、扳手(或自功扳手)等。

1.检查方法

(1)对于螺栓的检查,一般采用目测、手锤敲击,扳手试扳等方法来进行。主要检查螺栓是否有松动,螺栓杆有无断裂。对于承受动力荷载的螺栓,应定期卸开螺母,用放大镜仔细检查螺栓杆上是否有微裂纹,必要懚况下可采用X射线等 物理探伤方法来检查,力求扩时消除隐患。

(2)对于有裂纹或已经断裂的螺栓,应查明破环原因,作详细记录并及时更换。对于松动的螺母京戏在检查时上紧。如果需拧紧的是高强度螺本,还应根据螺木一的类型 (摩擦型或承压型)及强度等级的要求,用示功扳手将螺栓拧至规定的力矩。

(3)对于铆钉的检查,可用一只手贴近钉头,另一只手锤自钉头侧面敲击,如果感到钉头有跳动,则说明铆钉有松动需更换处理,对有烂头、缺边或有裂纹的铆钉也需更换处理。更换时可采用高强度螺栓来代替,其螺栓直径必须按等强度原理换算决定,确保更换铆钉后不影响钢结构工程的承载能力。

在实际检查中,要正确地判断出铆钉是否松动或被剪断维度较大,不但要求检查人员应有一定的实践经验,还要求其具有高度的责任感。对于重要结构,一般要求最少换人复检一次,防止产生较大的疏漏。

2、螺栓和铆钉连接的修复和处理

一般是在不卸载情况下进行的。为了避免引起其他螺栓和铆钉的超载,更换螺栓时应每个进行;更换铆钉时,如果一组受力铆钉的总数不超过10个时,应每个进行更换。如果超过10个,为了提高工作效率可同时更换铆钉的数目为一组铆钉总数的10%。所谓一组铆钉是指:

(1)桁架组合构件节点之间的铆钉。

(2)受弯构件翼缘每米长度内的翼缘铆钉。

(3)在节点板上固定单根构件的铆钉。

(4)在一块拼接盖板上,拼接缝一侧的铆钉。

   如果钢结构工程上的螺栓和铆钉损害程度大,需更换的数量较多,为确保安全,修复时,应在卸载状态下进行。

 



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