历史的“拷贝”河源钢结构

钢结构建筑是《建筑历史中*古老的木结构建筑工程--知识“拷贝”》，根据结构上*重要的一个特征；是现代钢结构公司在建筑中采用的钢构架结构，即采用钢的韧性与强度做柱、梁构成房屋的框架，屋顶与房檐的重量通过钢梁架传递到钢柱上，墙壁只起隔断作用，而不是承担房屋重量的结构部分。这就是现代钢结构建筑工程的设计原理。东莞联新钢结构公司根据钢结构建筑，简述河源钢结构一文。钢结构咨询：13712888052阙生。

 服务项目：河源钢结构

  河源钢结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，*符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产；加工精度高、效率高、密闭性好，故可用于建造气罐、油罐和变压器等。其缺点是耐火性和耐腐性较差。

  钢框结构主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和库等大跨结构、高层和超高层建筑等。钢结构今后应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度；此外要轧制新品种的型钢，例如H型钢（又称宽翼缘型钢）和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。 钢结构又分轻钢和重钢。

 河源钢结构层间撕裂问题的原因和防治措施解析：

 钢板的层状撕裂一般在板厚方向有较大拉应力时发生.在焊接节点中,焊缝冷却时,会产生收缩变形。如果很薄或没有对变形的约束,钢板会发生变形从而释放了应力。但如果钢板很厚或有加劲肋,相邻板件的约束,钢板受到约束不能自由变形,会在垂直于板面方向上产生很大的应力。在约束很强的区域,由于焊缝收缩引起的局部应力可能数倍于材料的屈服极限,致使钢板产生层状撕裂。

 层状撕裂只可能发生在基材内,而且当它出现在接近焊缝的焊脚位置时,往往正好位于热影响区边缘,并且不会延伸至钢板表面.层状撕裂表面往往时纤维状的,发生在热影响区外并且具有阶梯行当 纵向断面,纵向的尺寸往往数倍于横向尺寸。这些特征可以容易将它与发生在热影响区内的由于氢引起的断裂区分开。

 当钢板有可能层状撕裂发生时,为防止钢板的层状撕裂,可采取一下措施:

(1)改进节点的连接形式 改进节点连接形式以减小局部区域内由于焊缝收缩而引起的应力集中,或避免使钢板在板垂直方向受拉。

(2)采用合理的焊缝形式及小焊脚焊缝 焊缝的形式对基材变形有很大影响。坡口焊缝的坡口越大,焊缝表面积也越大,将增加收缩应力。单坡坡口焊缝会在整个连接厚度方向上产生不对称收缩应变而双坡焊缝会减少和平衡部分收缩变形,当板材厚度不大于19mm时,用双坡口代替单坡口并不能显著降低焊缝收缩变形。随意用全熔透坡口焊代替角焊缝或在不需要熔透焊的连接中也要求采用全熔透焊,并不妥当,它会增加局部应力,容易导致层状撕裂。

(3)分段拼装 在可行的情况下,应将一个大节点分成几个部分分别焊好后再拼装,并对各部分中焊缝的焊接次序进行仔细安排.此外,应尽可能减少定位焊点的尺寸及数量。这些都将有利于节点焊缝去的收缩变形。

(4)谨慎布置加劲肋 加劲肋会对焊缝变形产生约束.应按计算的要求设计加劲肋及其焊缝。

(5)选择屈服强度低的焊条 只要能满足受力要求,应尽可能选择屈服强度低的焊条。美国焊接学会的<<结构焊接规范>>和美国钢结构协会的<<建筑结构设计、制作、安装规程>>均指出:焊条、焊丝和焊剂应于基材"匹配"。一般,这种"匹配"是以抗拉极限强度为基准的。即使当焊接金属标号于结构钢材非常"匹配"时,焊接金属的屈服强度也比基材要高得多。

(6)使用涂层和垫层 在钢板的焊缝处涂焊一层低强高延性的焊接金属,让节点焊缝变形主要在涂层金属中产生,或采用软金属丝做垫层,使得金属焊缝可以发生收缩变形,而不在基材中强烈的应力集中.采用这种方法的时候,一般都选用低强度的焊条。 窄焊道焊接技术用于大尺寸熔透焊时，通过正确确定焊道的先后次序控制收缩变形。

(7)锤击法和预热 锤击法可用于减少焊缝连接中的应力。 有事实证明,预热对减少层状撕裂有一定效果，但目前的预热对焊接中的其他问题更重要。

(8)采用能保证板厚方向（Z向）延性性能的钢材 应该指出， 有Z向延性性能要求的钢材，价格要贵的多。因此，设计时应注意只有在可能发生层状撕裂的地方，要求采用Z向性能钢。 在上述措施中，(1)~(4)是设计及制作应采取的措施。当采取这些措施时仍无把握满足防止层状撕裂时,可采取上述措施的(5)~(9)。应当指出,(6)~(8)项措施不可避免会增加费用,应在确实需要时采用。

1  在钢结构构件节点连接与构造设计中应采取相应措施，合理选择接头形式，避免钢板产生Z向受力。

2  在钢结构设计中应合理选择钢材种类和性能，严格控制钢材中硫的含量，尽量降低钢板中夹杂物的含量，对主要部位受Z向性能的钢板含硫量控制在0.01%，而且应对钢板坯料进行超声波探伤检查，检查沿厚度方向是否有分层，并限制分层面积。重要结构中受Z向应力的钢板还必须提出Z向性能要求，提出Z向拉伸的断面收缩率控制标准。

3  使用干燥的低氢焊条，可以减少扩散性氢产生的内压，控制裂缝的出现。

4  在制作和安装过程中选择合理的焊接工艺和焊接方法，合理安装拼装和焊接顺序，尽可能使每一道焊缝焊接时不处于强制约束状态下，控制焊接处的冷却时间，有效减少焊接应力。

  河源钢结构焊接工艺

  厚钢板在焊接和受力过程中的层间撕裂现象时有发生，严重影响钢结构工程的质量与施工进度。如何防止厚钢板发生层间撕裂已成为设计和制作人员十分关注的问题。层间撕裂发生的原因主要与钢材的化学成分，钢板的辊轧工艺，焊接工艺，结构连接节点的构造型式等有关。

防止产生层间撕裂的措施有：

（1）改进焊接节点的连接形式 改进焊接节点的连接形式以减小局部区域内由于焊接收缩而引起的应力集中，或避免使钢板在板厚垂直方向受拉，易发生层间撕裂的节点改进措施

（2）采用合理的焊缝形式和小焊脚焊缝 焊缝形式对基材变形有很大的影响。坡口焊缝的坡口越大，焊缝表面积也越大，将增加收缩应力。焊缝的尺寸对基材变形也有很大的影响，不要随意增加焊缝尺寸。如果认为焊缝尺寸越大，节点强度就越高，因而设计出远高于实际需要的焊缝形式和尺寸，将会增加焊缝的收缩变形。

（3）选择屈服强度低的焊条 只要能满足受力要求，应尽可能选择屈服强度低的焊条。这样会使得基材应力达到屈服点时，焊缝金属内的应力还大大低于屈服应力，因此，所有的变形都被迫发生在基材里。 为了防止出现层间撕裂的问题，近年来出现了一种新型钢―Z向钢。这种钢材的含硫量在0.01％以下，沿厚度方向受拉时塑性较好，截面收缩率在15％以上。这种钢能够适用于荷载大而有动力作用和气象环境恶劣的结构如海仁采油平台。我国已制定相应的国家标准《厚度方向性能钢板》（GB5313-85），适用于厚度为15-150mm、屈服点不大于50OMPa的镇静钢的板材。标准要求钢板满足保证厚度方向性能的补充规定，主要是含硫量的限制和厚度方向拉伸的断面收缩率，并分成Z15，Z25，Z35三种级别。

河源钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料的制备

1、产品特性及用途

   高固体份防腐蚀环氧涂料具有优异的耐水性、防腐蚀性、耐化学药品性、强韧性和附着性，特别是低VOC排放，而且采用新型无危害有机溶剂，极大改善了施工环境，特别推介在封闭舱室、储罐内壁等有限空间的钢结构表面作高性能低表面处理的防腐蚀底漆。

2、配方设计及分析

  A、 树脂的选择

   环氧树脂的类型及分子量大小对涂料性能的影响很大。因双酚A型环氧树脂分子中含有极性高脂肪族羟基和醚键，使其对底材具有较高的浸润性和粘附力，而且耐化学品性能也高。又因其结构为刚性的苯核和柔性的烃键交替排列，从而赋予漆膜较好的物理机械性能，达到便于施工的目的，所以应为**类型。同时为了获得良好的流动性，选用了低分子量液体环氧树脂。我们选用美国壳牌828作为高固体分防腐蚀环氧涂料用树脂，其固含量高，粘度较底，综合性能优良，且价格适中。

  B、 固化溶剂的选择

   固化剂是影响高固体份防腐蚀环氧涂料表面状况和防腐性能的主要因素之一，因此固化剂的选择至关重要。胺类固化剂是环氧涂料的主要固化剂，常用固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚胺加成物、酮亚胺、改性酚醛胺等。由美国卡德莱公司开发生产的由腰果壳液合成的环氧固化剂（NX-2003）属于改性酚醛胺固化剂，通常的环氧涂料在固化过程受温度的影响很大，温度低于5℃时固化就很慢甚至停止。改性酚醛胺固化的环氧涂料可以在-18℃的低温环境下固化，由于温度太低而溶剂无法挥发限制了这一体系的进一步低温施工性。当75%以上的环氧基团交联时，涂料性能就接近完全固化时的性能。在常温下，环氧树脂通常只能达到90%的交联度。采用改性酚醛胺固化剂的环氧树脂在5℃时，3d左右就可达到基本完全固化的状态，而传统的聚酰胺固化剂，很难达到40%左右的固化状态[1]。卡德莱酚醛改性胺环氧树脂固化剂作为重防腐的应用已经有20年的历史，是目前世界各国特别是船舶和重防腐涂料正在大量采用的固化体系，以达到小投入，大产出，高效率的重防腐涂装效果。NX-2003与各种常规固化剂相比具有明显的防腐、防护和快干性能，综合性能优异。

   C、稀释剂的选择

   高固体份防腐蚀环氧涂料即使是使用了低粘度的环氧树脂，但其粘度仍然较大，达不到空气喷涂效果，所以在制备高固体份环氧涂料时必需要添加一定量的稀释剂来调节环氧树脂涂料的粘度。现在大多使用AGE、BGE型环氧活性稀释剂，这类活性稀释剂多数为低分子量环氧化合物，环氧基含量高且具有挥发性，其毒性作用远大于双酚A环氧树脂，并且对环氧树脂的性能有一定的影响，不适合大量的加入。而以腰果壳油改性的不挥发非活性环氧稀释剂LITE-2020，是一种新颖的非活性不饱和长链醇醚，固体分为100%，在降低涂料VOC含量的同时又能保证漆膜的理化性能，同时还能调节施工操作时间和涂膜的韧性。它独特的结构使它能与各种环氧体系有极佳的相容性，对施工表面有很强烈的浸润性能，对涂层的防腐、防护具有很好的促进作用。

  D、 颜填料的选择

   颜料在涂料中起着色和遮盖作用，高固体份防腐蚀环氧涂料属于厚浆型涂料。若涂料施工表干时间较长，则使用有机颜料易产生浮色、发花等问题，因而宜选用耐化学介质性能和耐候性能好的无机颜料如钛白、氧化铁红、氧化铬绿等。

   填料的选用对涂层*终的性能影响极大，适量的加入不仅能提高涂层的机械强度、耐磨性和遮盖力，而且能减少环氧树脂固化时的体积收缩率、降低成本，并赋予涂料良好的贮存稳定性。过量加入则会增加涂料粘度，难以流平，造成施工困难。填料应以低吸油量、细度适中、性能稳定的纤维状及片状填料为主。如：重晶石粉、碳酸钙、天然矿物粉、云母粉和石英粉。

  E、 助剂组合

   钢结构高固体份环氧涂料固体含量高，而且对涂装质量、涂膜性能要求极高。为保证涂料良好的储存稳定性、涂装质量及涂膜性能，必需添加一定量的助剂。在高固体防腐蚀环氧涂料体系中常选用的助剂有湿润分散剂、触变剂、偶联剂、抗流挂剂、消泡剂等。

   湿润分散剂属于表面活性剂，用于促使颜填料湿润、分散，对已分散的颜填料粒子保持分散状态，防止涂料出现絮凝、返粗、沉淀、浮色发花等弊病，在该体系中我们选用BYK-Anti-Terra-U作为分散剂，用量为0.2%～0.8%。

   触变剂是一种具有很大表面积的不溶性添加剂。气相二氧化硅的表面和流动态聚合物母体之间可以形成氢键，因此，它是*有效的触变剂之一，在该体系中可以得到明显的触变效果，添加量为0.5～1%。

   偶联剂是一种由亲水（极性）基团和疏水（非极性）基团组成的表面活性剂，其分子中的亲水基团与无机物表面起化学反应形成化学键，从而提高颜填料在基料中的分散性和润湿性，另一部分疏水基团与基料（有机物）的活性基团进行加成或聚合反应生成化学键。经偶联剂改性后，降低了颜填料与基料间的结构化作用，使涂料的粘度大幅度降低，消除了絮凝，提高了临界颜料体积浓度（CPVC）。常用的偶联剂按其化学结构可分为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类和锆类等，在环氧涂料中以应用硅烷类和钛酸酯类为主，添加量为1～2%。偶联剂的加入不但不会影响涂膜的柔韧性和涂料流平性，而且可以明显提高涂膜光泽、硬度、附着力和耐蚀性。

大量的实际应用和实验证明，包括抗流挂剂、消泡剂等助剂的加入，大大改善了涂料的性能，满足了施工要求。

  F、 混合溶剂使用

   高固体份环氧涂料体系中的溶剂用量少，要求溶剂的溶解能力强、粘度低、表面张力适宜、挥发速度适中。通常采用醇（或醇醚）和芳烃组合成混合溶剂，钢结构高固体防腐蚀环氧涂料采用高环烷烃类、二元酸酯类等无危害性混合溶剂替代含三苯（苯、甲苯、二甲苯）和无支链酮类。从而降低溶剂型环氧涂料的有机溶剂污染、改善生态环境，保证了人身安全。

1、钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料的施工

   高固体份环氧涂料推荐采用高压无气喷涂，亦可采用空气喷涂、刷涂或辊涂。

   高压无气喷涂参数：

   喷嘴口径0.60～0.80mm；

   喷出压力15～20MPa(约150-200kg/cm2)；

   喷幅40～80°，滤网确保干净。

   空气喷涂：选择适宜的喷嘴口径与气压，用极少量的稀释剂调节漆浆粘度即可达到良好的雾化效果，漆膜均匀。

2、高固体份环氧涂料的特点

   高固体份环氧涂料作为环境友好涂料具有以下主要特点：

   （1）低污染化。目前全世界油漆和涂料的总产量为3660万吨，有机挥发物（VOC）的排放已达千万吨。高固体份涂料明显减少VOC排放量，为进化大气、减少污染、改善生态环境做出贡献。

   （2）省资（能）源。我国主要涂料品种总产量约600万吨，生产与施工应用中消耗有机溶剂在300万吨以上，所用有机溶剂如苯类、烃类、酯类、酮类及醚类，都是重要的基本化工原料，按价格0.5～2.0万元/t算，有机物的挥发不仅对大气造成污染，而且浪费近百亿元的化工资源。

   （3）提升效率。高固体份涂料的生产与涂装工艺、设备、检测评价的仪器和传统的溶剂型涂料相同，无需增加设备投资。但由于固体含量高，一次涂装的膜厚是传统涂料的1～4倍，可以减少施工次数，提高效率。并且，高固体份涂料具有高耐久性、高装饰性，能适应各种工业如石油化工、海洋事业与国防高新技术发展的需要。

   （4）应用特性。以液态双酚A型环氧树脂作基料的高固体份涂料，具有涂膜有效交联密度高、抗化学腐蚀介质渗透能力强、耐蚀性好等特点。

3、颜填料的选择

   颜料在涂料中起着色和遮盖作用，高固体份防腐蚀环氧涂料属于厚浆型涂料。若涂料施工表干时间较长，则使用有机颜料易产生浮色、发花等问题，因而宜选用耐化学介质性能和耐候性能好的无机颜料如钛白、氧化铁红、氧化铬绿等。

   填料的选用对涂层*终的性能影响极大，适量的加入不仅能提高涂层的机械强度、耐磨性和遮盖力，而且能减少环氧树脂固化时的体积收缩率、降低成本，并赋予涂料良好的贮存稳定性。过量加入则会增加涂料粘度，难以流平，造成施工困难。填料应以低吸油量、细度适中、性能稳定的纤维状及片状填料为主。如：重晶石粉、碳酸钙、天然矿物粉、云母粉和石英粉。

   4、助剂组合

   河源钢结构高固体份环氧涂料固体含量高，而且对涂装质量、涂膜性能要求极高。为保证涂料良好的储存稳定性、涂装质量及涂膜性能，必需添加一定量的助剂。在高固体防腐蚀环氧涂料体系中常选用的助剂有湿润分散剂、触变剂、偶联剂、抗流挂剂、消泡剂等。

   湿润分散剂属于表面活性剂，用于促使颜填料湿润、分散，对已分散的颜填料粒子保持分散状态，防止涂料出现絮凝、返粗、沉淀、浮色发花等弊病，在该体系中我们选用BYK-Anti-Terra-U作为分散剂，用量为0.2%～0.8%。

   触变剂是一种具有很大表面积的不溶性添加剂。气相二氧化硅的表面和流动态聚合物母体之间可以形成氢键，因此，它是*有效的触变剂之一，在该体系中可以得到明显的触变效果，添加量为0.5～1%。

   偶联剂是一种由亲水（极性）基团和疏水（非极性）基团组成的表面活性剂，其分子中的亲水基团与无机物表面起化学反应形成化学键，从而提高颜填料在基料中的分散性和润湿性，另一部分疏水基团与基料（有机物）的活性基团进行加成或聚合反应生成化学键。经偶联剂改性后，降低了颜填料与基料间的结构化作用，使涂料的粘度大幅度降低，消除了絮凝，提高了临界颜料体积浓度（CPVC）。常用的偶联剂按其化学结构可分为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类和锆类等，在环氧涂料中以应用硅烷类和钛酸酯类为主，添加量为1～2%。偶联剂的加入不但不会影响涂膜的柔韧性和涂料流平性，而且可以明显提高涂膜光泽、硬度、附着力和耐蚀性。

   大量的实际应用和实验证明，包括抗流挂剂、消泡剂等助剂的加入，大大改善了涂料的性能，满足了施工要求。

   5、混合溶剂使用

   高固体份环氧涂料体系中的溶剂用量少，要求溶剂的溶解能力强、粘度低、表面张力适宜、挥发速度适中。通常采用醇（或醇醚）和芳烃组合成混合溶剂，钢结构高固体防腐蚀环氧涂料采用高环烷烃类、二元酸酯类等无危害性混合溶剂替代含三苯（苯、甲苯、二甲苯）和无支链酮类。从而降低溶剂型环氧涂料的有机溶剂污染、改善生态环境，保证了人身安全。

   6、河源钢结构高固体份防腐蚀环氧涂料的施工

   高固体份环氧涂料推荐采用高压无气喷涂，亦可采用空气喷涂、刷涂或辊涂。

   高压无气喷涂参数：

   喷嘴口径0.60～0.80mm；

   喷出压力15～20MPa(约150-200kg/cm2)；

   喷幅40～80°，滤网确保干净。

   空气喷涂：选择适宜的喷嘴口径与气压，用极少量的稀释剂调节漆浆粘度即可达到良好的雾化效果，漆膜均匀。

   7、高固体份环氧涂料的特点

   高固体份环氧涂料作为环境友好涂料具有以下主要特点：

   1）低污染化。目前全世界油漆和涂料的总产量为3660万吨，有机挥发物（VOC）的排放已达千万吨。高固体份涂料明显减少VOC排放量，为进化大气、减少污染、改善生态环境做出贡献。

   2）省资（能）源。我国主要涂料品种总产量约600万吨，生产与施工应用中消耗有机溶剂在300万吨以上，所用有机溶剂如苯类、烃类、酯类、酮类及醚类，都是重要的基本化工原料，按价格0.5～2.0万元/t算，有机物的挥发不仅对大气造成污染，而且浪费近百亿元的化工资源。

   3）提升效率。高固体份涂料的生产与涂装工艺、设备、检测评价的仪器和传统的溶剂型涂料相同，无需增加设备投资。但由于固体含量高，一次涂装的膜厚是传统涂料的1～4倍，可以减少施工次数，提高效率。并且，高固体份涂料具有高耐久性、高装饰性，能适应各种工业如石油化工、海洋事业与国防高新技术发展的需要。

   4）应用特性。以液态双酚A型环氧树脂作基料的高固体份涂料，具有涂膜有效交联密度高、抗化学腐蚀介质渗透能力强、耐蚀性好等特点。

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