一种基于uhpc的工字钢梁防火防腐构造的制作方法

1.本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及建筑结构防火防腐技术，具体是一种基于uhpc的工字钢梁防火防腐构造。


背景技术：

2.当前建筑钢结构尤其是工字钢梁的防腐防火措施主要有以下几种：
3.(1)防腐涂料+防火涂料：这是钢结构最普遍的防火防腐方案。先在钢结构表面刷防腐涂料，施工现场钢结构安装完后，补刷防锈漆防腐涂料，之后喷涂防火涂料。
4.(2)防腐涂料+防火砌块：先在钢结构表面刷防腐涂料，施工现场钢结构安装完后，补刷防锈漆防腐涂料，之后防火砌块施工，最后防火砌块表面砂浆找平。
5.(3)钢骨混凝土梁：钢梁与钢筋混凝土组合成为钢骨混凝土梁，不必考虑钢梁的防火防腐。
6.上述措施存在如下缺点：
7.(1)防腐涂料+防火涂料：现场喷涂防火涂料，施工量大，而且不适合严酷环境施工；防火涂料容易剥落；耐久性差，每隔10年需要检查返修。
8.(2)防腐涂料+防火砌块：现场砌块砌筑、抹灰，施工量大，而且不适合严酷环境施工；防火砌块容易剥落；耐久性差，每隔10年需要检查返修。
9.(3)钢骨混凝土梁：构造复杂，工期长、造价高，难以实现装配式建筑施工。
10.此外，当前的防腐防火措施大多遵循的原则是先防腐，再防火，防火材料或涂层暴露在外，随着时间的推移容易发生腐蚀、破坏、开裂、脱落等，导致这种做法耐久性差。


技术实现要素：

11.为解决上述问题，本发明提出一种基于uhpc的工字钢梁防火防腐构造，针对建筑结构中常见的工字钢梁，提出一种行之有效的防火防腐构造措施，以解决现有一个或多个技术问题。
12.本发明是这样实现的：
13.本发明首先提供一种基于uhpc的工字钢梁防火防腐构造，包括工字钢梁，具有上翼缘板、下翼缘板和腹板，该工字钢梁防火防腐构造还包括：
14.第一防火层，设置在所述上翼缘板的顶面、下翼缘板的底面，该第一防火层全部覆盖上、下翼缘板的宽度；
15.第二防火层，设置在所述腹板的两侧，该第二防火层全部或至少大部覆盖腹板的高度；
16.外包抗裂层，从外围完全包裹工字钢梁以及第一防火层、第二防火层；
17.uhpc防腐层，由在所述外包抗裂层外围浇筑uhpc形成，从外围完全包裹外包抗裂层、工字钢梁以及第一防火层、第二防火层。
18.在一个实施例中，所述第一防火层为泡沫混凝土薄层，通过粘接胶层粘贴在所述
上翼缘板的顶面、下翼缘板的底面；优选的，所述泡沫混凝土薄层厚度为2cm。工字钢梁上翼缘板表面贴附泡沫混凝土，能够隔离顶面热量传递，保护工字钢梁。工字钢梁下翼缘板表面贴附泡沫混凝土，一是能够隔离板底热传递，二是作为钢梁与uhpc防腐层底板之间的褥垫层，避免钢梁在荷载作用下的竖向变形造成uhpc底板开裂。
19.在一个实施例中，所述第二防火层为泡沫混凝土块，通过粘接胶层粘贴在所述腹板的两侧；优选的，所述泡沫混凝土块的宽度小于对应侧上、下翼缘板的宽度。腹板侧泡沫混凝土块主要隔离侧面热量传递，保护工字钢梁。
20.在一个实施例中，所述uhpc防腐层由顶板、底板和侧板构成，所述顶板、底板分别紧贴所述上、下翼缘板上的泡沫混凝土薄层；优选的，所述顶板、底板厚1
‑
2cm。顶板、底板和侧板在钢梁外围封闭工字钢梁，形成保护，泡沫混凝土形成防火屏障，外包uhpc形成防腐屏障，能够有效地保护钢结构，实现钢结构的永久性防火防腐。
21.在一个实施例中，所述侧板部分在所述上、下翼缘板宽度范围外，部分嵌入到上、下翼缘板之间，与所述上、下翼缘板的内表面以及第二防火层接触；优选的，所述侧板厚2cm，1cm在所述上、下翼缘板宽度范围外，1cm嵌入到上、下翼缘板之间。通过外包uhpc内嵌，内嵌的uhpc对外包侧面uhpc提供稳定支撑，可将外包侧面uhpc和钢梁组合成整体，外包uhpc的整体性更好，不易脱落。
22.在一个实施例中，所述泡沫混凝土块上间隔一定距离开设有通孔，浇筑uhpc时uhpc进入所述通孔内并粘结到腹板表面，形成uhpc支撑柱，与所述泡沫混凝土块形成一体；优选的，所述通孔直径不小于5cm。uhpc支撑柱粘结到腹板表面，既能够加强对侧板的支撑，又与泡沫混凝土块形成一体，整体性更好。
23.在一个实施例中，所述工字钢梁与楼板连接处，所述顶板为顶翻边结构，顶翻边厚1
‑
2cm，两侧长度2
‑
3cm，并在上翼缘板的中心焊接栓钉连接件伸入楼板内。顶翻边结构兼顾了梁板连接节点的强度和整体性，又满足钢梁全包围防火防腐的设计要求。
24.在一个实施例中，所述外包抗裂层采用纤维网格布或钢丝网，其从外围闭环包裹工字钢梁以及第一防火层、第二防火层。外包抗裂层采用纤维网格布或钢丝网包围工字钢梁，提高uhpc抗拉以及抗裂能力，防止由于荷载或温度应力造成uhpc开裂。
25.本发明进一步提供一种防火防腐工字钢梁，具有端部连接段和防火防腐段，所述防火防腐段采用所述的工字钢梁防火防腐构造。
26.本发明还提供一种防火防腐工字钢梁的施工工艺，包括工厂预制工序和现场安装工序，具体为：
27.步骤一，加工工字钢梁；
28.步骤二，在工字钢梁上翼缘板的顶面、下翼缘板的底面采用粘接胶层粘贴泡沫混凝土薄层，在工字钢梁腹板两侧采用粘接胶层粘贴泡沫混凝土块；
29.步骤三，在工字钢梁以及泡沫混凝土薄层、泡沫混凝土块外围包裹纤维网格布或钢丝网；
30.步骤四，支模，浇筑底面uhpc，形成uhpc底板；
31.步骤五，将工字钢梁整体吊入模板，下翼缘板接触刚刚浇筑的底面uhpc，并且底面uhpc浸入纤维网格布或钢丝网与泡沫混凝土薄层粘结；
32.步骤六，浇筑侧面、顶面uhpc，形成uhpc侧板、uhpc顶板，并且侧面uhpc浸入纤维网
格布或钢丝网与泡沫混凝土块粘结，顶面uhpc浸入纤维网格布或钢丝网与泡沫混凝土薄层粘结；浇筑完成之后养护、拆模。
33.步骤七，在现场将步骤六所得工字钢梁吊装就位，并将其通过端部连接段与柱或梁连接；
34.步骤八，连接区局部支模，浇筑uhpc，施工完成。
35.与现有技术相比，本发明提供的一种基于uhpc的工字钢梁防火防腐构造具有以下优势：
36.材料耐久性能好，充分发挥uhpc(超高性能混凝土)的综合性能，材料性能优异，抗腐蚀、抗渗性能好，一般不会开裂，小裂缝具有自修复能力，避免了传统钢结构在运维期间每隔十年要维护保修等缺点。
37.防火层稳定性好，不会像现有技术在常规的防火涂料等容易剥落。
38.uhpc在解决钢结构防腐的同时，可以充当装饰板，一板多用。
39.完全工厂化批量生产，工艺简单，工业化生产程度高，生产效率高；现场湿作业少，绿色环保。
40.构件重量轻，尺寸规则，运输效率高，现场吊装施工方便，节省工期和施工费用。
41.现场不必防火施工，人工少，工业化程度高,现场施工安全性提高。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
43.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
44.图1是一种实施方式的防火防腐方案剖面示意图；
45.图2是另一种实施方式的防火防腐方案剖面示意图；
46.图3是图2中泡沫混凝块平面示意图；
47.图4是一种实施方式的梁板连接构造示意图；
48.图5是一种实施方式的工字钢梁结构示意图；
49.图6是一种实施方式的工字钢梁连接示意图。
具体实施方式
50.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不
仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
54.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
55.以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。
56.如图1，本发明的一种基于uhpc的工字钢梁防火防腐构造，包括工字钢梁1，具有上翼缘板、下翼缘板和腹板，该工字钢梁防火防腐构造还包括：
57.第一防火层2，设置在上翼缘板的顶面、下翼缘板的底面，该第一防火层全部覆盖上、下翼缘板的宽度；
58.第二防火层3，设置在腹板的两侧，该第二防火层全部或至少大部覆盖腹板的高度；
59.外包抗裂层4，从外围完全包裹工字钢梁1以及第一防火层2、第二防火层3；
60.uhpc防腐层5，由在外包抗裂层4外围浇筑uhpc形成，从外围完全包裹外包抗裂层4、工字钢梁1以及第一防火层2、第二防火层3。
61.作为一种实施方式，本发明中第一防火层2采用泡沫混凝土薄层，通过粘接胶层6粘贴在上翼缘板的顶面、下翼缘板的底面。
62.工字钢梁上翼缘板表面贴附泡沫混凝土，能够隔离顶面热量传递，保护工字钢梁。
63.工字钢梁下翼缘板表面贴附泡沫混凝土，一是能够隔离板底热传递，二是作为钢梁与uhpc防腐层底板之间的褥垫层，避免钢梁在荷载作用下的竖向变形造成uhpc底板开裂。
64.泡沫混凝土薄层的厚度根据实际需要调整，但是太大的厚度会影响净空，厚度太薄则难以达到防火效果，综合考虑，本发明中泡沫混凝土薄层厚度为2cm，基本能满足要求。
65.再参见图1，作为一种实施方式，第二防火层3为泡沫混凝土块，通过粘接胶层6粘贴在腹板的两侧；腹板侧泡沫混凝土块主要隔离侧面热量传递，保护工字钢梁。
66.较佳的，泡沫混凝土块的宽度小于对应侧上、下翼缘板的宽度。
67.本发明中，粘接胶层6可采用环氧树脂或者其它胶类粘贴，采用粘接的方式便于工
厂内吊装施工，不会破坏防火层，粘接之后连接牢固，在防火层与翼缘板之间不至于有空隙，不管是吊装还是施工完毕，不至于里面有太多空气影响施工质量。
68.泡沫混凝土块粘结时可同时粘贴到腹板与上、下翼缘板上，也可直接粘贴到腹板上，考虑到施工可行性，同时粘贴到上、下翼缘板加工比较困难，本发明中只粘结在腹板上，泡沫混凝土块上下表面与翼缘板之间留1mm左右间隙以便于安装，且也不影响防火效果。
69.继续参见图1，作为一种实施方式，uhpc防腐层5由顶板501、底板502和侧板503构成，uhpc浇筑形成的顶板501、底板502和侧板503在钢梁的泡沫混凝土外围封闭工字钢梁，形成保护，泡沫混凝土形成防火屏障，外包uhpc形成防腐屏障，uhpc耐久性好，抗渗能力极强，微裂缝具有自修复能力，依靠uhpc强大的耐久性能隔离腐蚀介质，能够有效地保护钢结构，实现钢结构的永久性防腐。
70.较佳的，顶板501、底板502分别紧贴上、下翼缘板上的泡沫混凝土薄层；顶板、底板厚1
‑
2cm，由于uhpc价格昂贵，浇筑太厚成本太高，太薄则不容易浇筑施工，且难以达到防腐效果，本发明采用1
‑
2cm的浇筑厚度能够兼顾经济性与防腐性能要求。
71.继续参见图1，作为一种实施方式，侧板503部分在上、下翼缘板宽度范围外，部分嵌入到上、下翼缘板之间，与上、下翼缘板的内表面以及第二防火层接触；由于外包uhpc内侧是泡沫混凝土，泡沫混凝土强度低，难以对uhpc提供支撑，通过外包uhpc内嵌，内嵌的uhpc对外包侧面uhpc提供稳定支撑，可将外包侧面uhpc和钢梁组合成整体，即使在火灾下由于温度应力uhpc角部开裂，uphc侧板也不至于脱落。
72.较佳的，侧板厚2cm，1cm在上、下翼缘板宽度范围外，1cm嵌入到上、下翼缘板之间。如此，既能满足侧板强度和防腐性要求，又能满足整体性和侧板支撑要求。
73.参见图2
‑
3，作为一种改进方式，侧板503泡沫混凝土块上间隔一定距离开设有通孔504，浇筑uhpc时uhpc进入通孔504内并粘结到腹板表面，形成uhpc支撑柱505，既能够加强对侧板503的支撑，又与泡沫混凝土块形成一体，整体性更好。
74.需要注意的是，打孔时孔径不宜过小，否则孔内存在空气，不利于uhpc浸入，孔径也不宜过大，太多浪费uhpc，本发明中通孔504直径取不小于5cm为宜，优选5
‑
10cm。
75.如图4，当工字钢梁顶有混凝土楼板7时，工字钢梁与混凝土楼板7连接处，顶板501采用顶翻边结构506，顶翻边结构厚1
‑
2cm，两侧长度2
‑
3cm，并在两侧顶翻边结构506之间，上翼缘板的中心焊接栓钉连接件8伸入混凝土楼板7内。顶翻边结构506兼顾了梁板连接节点的强度和整体性，又满足钢梁全包围防火防腐的设计要求。
76.本发明中，外包抗裂层4采用纤维网格布或钢丝网，从外围闭环包裹工字钢梁1以及第一防火层2、第二防火层3。纤维网格布、钢丝网孔隙较大，浇筑uhpc时uhpc透过纤维网格布、钢丝网的孔隙进入到内侧，包围着工字钢梁，提高uhpc抗拉以及抗裂能力。
77.通过以上阐述，本发明的工字钢梁防火防腐方案，由泡沫混凝土内包实现防火，由uhpc外包实现防腐，相比于传统的先涂刷防腐层，外面再做防火层的构造措施，充分发挥uhpc高强、高耐久性、高抗渗能力的材料特性，隔绝腐蚀介质，所形成的外包防腐层结构牢固、不易开裂、不易脱落，同时又能够对内部防火措施提供保护，提高防火效果，延长防火措施的使用年限。
78.再参见图5
‑
6，本发明进一步提供防火防腐工字钢梁，具有端部连接段9和防火防腐段10，防火防腐段10采用本发明的工字钢梁防火防腐构造，相邻钢梁通过端部连接段9连
接，在端部连接处现浇混凝土。
79.除连接区外，第一防火层2、第二防火层3、外包抗裂层4以及uhpc均沿梁的全长包裹。连接区uhpc不应封闭，待现场连接之后，连接区现浇uhpc实现封闭。连接区可不设泡沫混凝土，全部浇筑uhpc，在满足钢结构防火防腐的同时，加强了连接区，能够实现强连接的设计理念。
80.本发明的防火防腐工字钢梁的施工工艺，包括工厂预制工序和现场安装工序。
81.首先在工厂内预制构件，包括如下工艺：
82.步骤一，加工工字钢梁1；
83.步骤二，在工字钢梁1上翼缘板的顶面、下翼缘板的底面采用粘接胶层6粘贴泡沫混凝土薄层(第一防火层)，在工字钢梁1腹板两侧采用粘接胶层6粘贴泡沫混凝土块(第二防火层)；
84.步骤三，在工字钢梁1以及泡沫混凝土薄层、泡沫混凝土块外围包裹纤维网格布或钢丝网；
85.步骤四，支模，浇筑底面uhpc，形成uhpc底板502；
86.步骤五，将工字钢梁1整体吊入模板，下翼缘板接触刚刚浇筑的底面uhpc，并且底面uhpc浸入纤维网格布或钢丝网与泡沫混凝土薄层粘结；
87.步骤六，浇筑侧面、顶面uhpc，形成uhpc侧板503、uhpc顶板501，并且侧面uhpc浸入纤维网格布或钢丝网与泡沫混凝土块粘结，顶面uhpc浸入纤维网格布或钢丝网与泡沫混凝土薄层粘结；浇筑完成之后养护、拆模。
88.施工时进行现场安装工序，具体为：
89.步骤七，在现场将步骤六所得工字钢梁吊装就位，并将其通过端部连接段9与柱或梁连接；与梁连接时即相邻两工字钢梁通过端部连接段9进行连接，可在端部连接段9开设螺栓孔，通过连接钢板和螺栓进行连接，与柱连接时可在柱上安装悬臂梁段，工字钢梁的端部连接段9与柱的悬臂梁段连接；
90.步骤八，连接区局部支模，浇筑uhpc，通过uhpc的超高性能将连接区牢固连接，施工完成。由于uhpc耐久性好，抗渗能力极强，微裂缝具有自修复能力，能够隔绝腐蚀介质，连接区的端部连接段9的防火防腐需求完全由现浇uhpc完成，能够获得不低于防火防腐段10的防火防腐性能。
91.本发明的防火防腐工字钢梁的施工工艺，构件均在工厂内批量生产，工艺简单，工业化生产程度高；现场湿作业少，绿色环保；构件重量轻，运输和吊装定位便捷。相比之下钢骨混凝土梁结构复杂，施工麻烦，难以实现装配化，且钢骨混凝土梁一旦装配式施工，重量大，运输吊装困难。
92.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。