装配式箱板钢结构防腐建筑体系及施工方法

技术领域

本发明总体上涉及建筑结构工程领域，主要涉及一种装配式箱板钢结构防腐建筑体系及施工方法。

背景技术

箱板钢结构装配式建筑是一种新型的装配式钢结构建筑体系。该种结构形式的提出是借鉴船舶上层建筑，采用带肋钢板直接作为承受水平荷载和竖向荷载的竖向和水平结构构件。不同于传统的钢板墙结构，箱板钢结构体系没有明显的周边框架梁和框架柱，其受力模型为空间的箱体整体受力，因此该种结构形式具有良好的受力和抗震性能。同时由于没有明显的周边框架梁和框架柱，因此箱板钢结构体系可以提供较大跨度的无柱无梁结构空间，具有很大的实用价值和经济价值。由于箱板钢结构装配式建筑的受力构件为加劲钢板，即所有的结构构件均为钢结构，因此关于该种结构的防腐蚀措施即为箱板钢结构装配式建筑能否得到实际应用的关键。根据一般建筑50年使用期的设计要求，结合箱板钢结构装配式建筑自身的结构特点，研发出能够满足箱板钢结构装配式建筑满足使用年限的防腐措施，是该种形式的结构亟需解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提出适用于装配式箱板钢结构建筑的综合防腐措施和防腐建筑体系。从构件、连接乃至整体结构三个层面形成三位一体的全方位防腐措施，最大程度降低建筑结构的电化学腐蚀，提升建筑的耐久性能。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种装配式箱板钢结构防腐建筑体系，由箱板钢结构建筑模块单元在水平方向和/或高度方向拼接构成，其中

箱板钢结构建筑模块单元由围壁墙板和加劲楼板围合焊接而成，围壁墙板和加劲楼板采用加劲钢板，在加劲钢板表面涂覆有防腐保护层，形成构件防腐；

箱板钢结构建筑模块单元在水平方向和/或高度方向拼接，并且在左右相邻两片模块单元的互相接触的围壁墙板之间，和/或上下相邻两层模块单元的互相接触的加劲楼板之间，加入绝缘夹层，并对互相接触的围壁墙板和/或加劲楼板采用绝缘构件连接固定，形成连接防腐。

可选的，所述防腐保护层由底涂层、中间涂层和面涂层构成，其中底涂层为锌、铝或锌铝合金喷镀，厚度≥120μm，中间涂层依次为环氧树脂封孔两道，厚度≥70μm，环氧云铁中间漆两道，厚度≥100μm，面涂层为氟碳面漆两道，厚度≥60μm。

可选的，所述箱板钢结构建筑模块单元在水平方向拼接时，连接防腐为：加劲钢板四周边缘处开设有螺栓孔，左右相邻两片模块单元的相邻围壁墙板的螺栓孔形成的通孔内设置有绝缘套筒，绝缘套筒内插入有连接螺栓，连接螺栓的两端与相应围壁墙板之间设置绝缘垫圈，通过螺母紧固左右相邻两片模块单元，实现两个箱板钢结构建筑模块单元在水平方向的连接。

可选的，所述箱板钢结构建筑模块单元在高度方向拼接时，连接防腐为：上下相邻两层模块单元通过一连接钢板连接，加劲钢板四周边缘处开设有螺栓孔，连接钢板上对应开设有螺栓孔，上下相邻两层模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板的螺栓孔形成的通孔内设置有绝缘套筒，绝缘套筒内插入有连接螺栓，连接螺栓的两端与相应围壁墙板和连接钢板之间设置绝缘垫圈，通过螺母紧固上下相邻两层模块单元，实现两个箱板钢结构建筑模块单元在高度方向的连接。

可选的，在上下相邻两层模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板之间，以及上部模块单元底板与下部模块单元顶板之间，设置绝缘夹层。

可选的，所述绝缘夹层为绝缘橡胶板、环氧玻璃纤维布或者聚乙烯防腐绝缘带。

可选的，还包括在箱板钢结构建筑底部安装牺牲阳极阴极保护系统，形成结构防腐，牺牲阳极阴极保护系统由牺牲阳极和汇流电缆组成，多个牺牲阳极埋设在箱板钢结构建筑基础周围，并通过汇流电缆与底部围壁墙板的加劲钢板电连接。

可选的，所述牺牲阳极埋设在距离箱板钢结构建筑底部围壁墙板3-5m，且距离地面1m以下的位置，周围填充化学填料。

本发明还提供一种装配式箱板钢结构防腐建筑体系的施工方法，用于施工所述的装配式箱板钢结构防腐建筑体系，具体步骤为：

S10：在预制工厂内，根据作为围壁墙板和加劲楼板的不同，在钢板上焊接相应布置形式的加劲肋，形成加劲钢板；

S20：焊接完成后对钢板表面进行抛丸除锈，除锈后进行表面清洁度处理，处理后表面可溶性氯化物残留量不高于5μg/cm2；

S30：对表面处理达到要求后的加劲钢板立即进行防腐保护层涂敷；底涂层为锌、铝或锌铝合金喷涂，厚度≥120μm，中间涂层首先涂敷环氧树脂封孔两道，厚度≥70μm，然后涂敷环氧云铁中间漆两道，厚度≥100μm，面涂层为氟碳面漆两道，厚度≥60μm；加劲钢板的边缘处预留一定宽度范围不涂敷防腐保护层，用于与相邻另一片加劲钢板焊接连接；

S40：将相应的围壁墙板和加劲楼板焊接连接，形成箱板钢结构建筑模块单元，再对模块单元内焊接部位进行S30步骤的操作，完成对整个箱板钢结构建筑模块单元的防腐保护层的涂敷；

S50：按照盒子建筑的拼接方式在水平方向和/或高度方向组装箱板钢结构建筑模块单元，单层组装时在左右相邻模块单元的相邻围壁墙板之间设置绝缘夹层，并在左右相邻模块单元的相邻围壁墙板之间的螺栓孔内插入连接螺栓，连接螺栓的两端与相应围壁墙板之间设置绝缘垫圈，多层组装时在上下相邻模块单元的相邻加劲楼板之间以及上下相邻模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板之间设置绝缘夹层，并在上下相邻模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板之间的螺栓孔内插入连接螺栓，连接螺栓的两端与相应围壁墙板和连接钢板之间设置绝缘垫圈，最后用螺母固定。

可选的，进一步包括步骤：

S60：箱板钢结构建筑完成拼装后，在建筑底部围壁墙板与基础连接部位的周围安装牺牲阳极阴极保护系统，牺牲阳极埋设在距离箱板钢结构建筑底部围壁墙板3-5m，且距离地面1m以下的位置，周围填充化学填料，并通过汇流电缆与底部围壁墙板的加劲钢板电连接。

本发明相对于现有技术的益处效果是：本发明提出了装配式箱板钢结构建筑的综合防腐措施以及实施方法，该种综合防腐措施从构件层面的防腐保护涂层构造，到构件连接层面的降低金属电位差，再到整体结构的牺牲阳极阴极保护，全面系统地提升了装配式箱板钢结构建筑的防腐蚀能力，显著提升了该种结构的使用年限，增强了箱板钢结构装配式建筑的适用性。具体而言，至少具有以下实质效果：

（1）装配式箱板钢结构建筑的围壁墙板和加劲楼板均在预制场内生产，生产完成后在涂敷防腐保护涂层，有效的保证了防腐保护涂层的涂敷质量；

（2）结合装配式箱板钢结构建筑的拼接形式，相邻模块单元之间设置绝缘夹层，有效降低了相邻模块单元之间的电位差，减少了整体结构发生电化学腐蚀；

（3）通过对墙板和连接钢板的螺栓孔内设置绝缘套筒以及螺栓和钢板接触位置设置绝缘垫圈，有效减小了螺栓连接处的腐蚀；

（4）通过对装配式箱板钢结构建筑底部围壁墙板周围设置牺牲阳极阴极保护装置，最大程度降低了建筑底部钢板墙与土壤发生电化学腐蚀，显著提升了建筑的耐久性能。

附图说明

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。

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。

图1为本发明一个实施例的加劲钢板的防腐保护层示意图；

图2为本发明一个实施例的箱板钢结构建筑模块单元水平方向连接的防腐构造措施示意图；

图3为本发明一个实施例的箱板钢结构建筑模块单元高度方向连接的防腐构造措施示意图；

图4为本发明一个实施例的箱板钢结构建筑采用牺牲阳极阴极保护系统示意图。

图中各个标号的含义为：

1—加劲钢板；2—加劲肋；3—防腐保护层；4—螺栓孔；5—绝缘夹层；6—连接螺栓；7—金属垫圈；8—绝缘垫圈；9—绝缘套筒；10—螺母；11—连接钢板，12—上部模块单元围壁墙板；13—上部模块单元底板；14—下部模块单元围壁墙板；15—下部模块单元顶板；16—牺牲阳极；17—汇流电缆；18—箱板钢结构建筑。

具体实施方式

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。

在本发明中，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。

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。

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。

参见图1-3，本发明提供的一种装配式箱板钢结构防腐建筑体系，由箱板钢结构建筑模块单元在水平方向和/或高度方向拼接构成。

箱板钢结构建筑模块单元由围壁墙板和加劲楼板围合焊接而成，围壁墙板和加劲楼板采用加劲钢板1，在加劲钢板1表面涂覆有防腐保护层3，形成构件防腐。

作为单层结构时相邻箱板钢结构建筑模块单元在水平方向拼接，如图2，作为多高层结构时相邻箱板钢结构建筑模块单元在水平方向和高度方向拼接，如图3，并且在左右相邻两片模块单元的互相接触的围壁墙板之间，以及上下相邻两层模块单元的互相接触的加劲楼板之间，加入绝缘夹层5，并对互相接触的围壁墙板、加劲楼板采用绝缘构件连接固定，形成连接防腐。

箱板钢结构建筑模块单元的围壁墙板和加劲楼板均在预制场内生产，现场拼接构成装配式建筑，工艺简单，大大减少了施工时间，降低了施工难度。

本发明至少从“构件”到“连接”两个方面对整个建筑体系采取防腐措施，能够有效减少整体结构发生电化学腐蚀，显著提升了建筑的耐久性能。

本发明对加劲钢板1的外表面涂覆防腐保护层，防腐保护层是通过在加劲钢板的外表面涂覆一层防腐保护用的涂料，将加劲钢板与腐蚀介质（大气环境）进行物理隔离，能够降低腐蚀介质对钢板自身的电化学腐蚀。

防腐保护层一般由底涂层、中间涂层和面涂层构成。在选择涂料时，既要考虑施工的可行性、涂层涂覆后的质量，也要考虑经济因素，涂料的厚度也不能过厚。

本发明中，防腐保护层由底涂层、中间涂层和面涂层构成。底涂层在技术要求上要具有较强的附着能力和阴极保护能力，一般采用金属喷镀或富锌底涂料，其中金属喷镀可以直接让金属锌与基体致密接触，因此是效果最好的保护措施。而金属喷镀的缺点之一就是对金属基体的表面处理等级要求高，现场施工不便，但是由于箱板式结构的构件层面的防腐喷涂是在预制工厂内完成，因此本发明中不存在现场施工困难的问题，故本发明底涂层选择金属喷涂，优选为锌、铝或锌铝合金喷镀，厚度≥120μm。

中间涂层的技术要求为具有抗渗性，环氧云铁中间漆是在环氧中间涂料中加入云母片填料，云母片填料的加入使得中间漆的抗渗性得到较大的提高，并且环氧云铁涂料与底漆和面漆的配套性优良。故本发明的中间涂层选择环氧云铁中间漆两道，厚度≥100μm，涂覆环氧云铁中间漆之前，首先施工环氧树脂封孔两道，厚度≥70μm，作用为增加中间涂层的厚度以及便于环氧云铁的敷设。

面涂层的技术要求为抗腐蚀和抗氧化，氟碳涂料是较好的耐候性材料。本发明面涂层采用氟碳面漆两道，厚度≥60μm。

采用上述涂覆材料和施工厚度，防腐保护层的总计厚度大于350μm，兼顾了防腐性能和施工成本因素。

再参见图1、2，本发明的箱板钢结构建筑模块单元在水平方向拼接时，连接防腐的具体构造为：

加劲钢板1四周边缘处开设有螺栓孔4，左右相邻两片模块单元的相邻围壁墙板的螺栓孔4形成的通孔内设置有绝缘套筒9，绝缘套筒9内插入有连接螺栓6，连接螺栓6的两端套设金属垫圈7，再在金属垫圈7与相应围壁墙板之间设置绝缘垫圈8，通过螺母10紧固左右相邻两片模块单元，实现两个箱板钢结构建筑模块单元在水平方向的连接。

对于箱板钢结构建筑模块单元在高度方向拼接时，连接防腐的具体构造如图3所示，上部模块单元围壁墙板12和下部模块单元围壁墙板14对接后通过一连接钢板11连接，上部模块单元底板13与下部模块单元顶板15贴合，墙板所采用的加劲钢板1四周边缘处开设有螺栓孔4，连接钢板11上对应开设有螺栓孔，上下相邻两层模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板的螺栓孔形成的通孔内设置有绝缘套筒9，绝缘套筒9内插入有连接螺栓6，连接螺栓6的两端与相应围壁墙板和连接钢板之间设置金属垫圈7和绝缘垫圈8，通过螺母10紧固上下相邻两层模块单元，实现两个箱板钢结构建筑模块单元在高度方向的连接。

进一步的，对于箱板钢结构建筑模块单元在高度方向拼接，在上下相邻两层模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板11之间，以及上部模块单元底板13与下部模块单元顶板15之间，也设置绝缘夹层5。

在构件连接方面，由于围壁墙板和加劲楼板组成的箱板钢结构建筑模块单元之间的拼接为螺栓连接，加劲钢板上的螺栓孔位置会产生应力集中，也是极易引起腐蚀的部位，再加上螺杆与钢板之间无法避免的电位差，因此构件之间的连接部位的防腐措施为整体箱板钢结构防腐的关键。本发明相邻模块单元之间设置绝缘夹层，以及通过对墙板与连接钢板的螺栓孔内设置绝缘套筒，螺栓和钢板接触位置设置绝缘垫圈，能够有效降低相邻模块单元之间的电位差，减小螺栓连接处的腐蚀，减轻整体结构发生电化学腐蚀的程度。

绝缘夹层5为绝缘橡胶板、环氧玻璃纤维布或者聚乙烯防腐绝缘带。

继续参见图4，作为进一步改进，本发明的防腐建筑体系还具有安装在箱板钢结构建筑18底部的牺牲阳极阴极保护系统，牺牲阳极阴极保护系统由牺牲阳极16和汇流电缆17组成，多个牺牲阳极16埋设在箱板钢结构建筑18基础周围，并通过汇流电缆17与底部围壁墙板的加劲钢板1电连接，形成结构防腐。

牺牲阳极16埋设在距离箱板钢结构建筑底部围壁墙板3-5m，且距离地面1m以下的位置，最好埋设于冰冻线以下，周围填充化学填料。牺牲阳极围绕箱板钢结构建筑18的外侧墙壁布置，间距为2m。

牺牲阳极的种类根据土壤电阻率选取，可以是镁阳极、锌阳极或者镁锌合金阳极。牺牲阳极16周围填充化学填料，牺牲阳极在使用前对表面进行处理，清除表面的氧化膜及油污，使其呈金属光泽；汇流电缆17埋设时四周垫有5-10cm厚的细砂，砂的上部应覆盖水泥护板或红砖；汇流电缆17直接焊接在箱板钢结构建筑18底部围壁墙板上，与牺牲阳极16采用焊接连接，焊接部位采取相应的保护措施，以免连接部位断裂，连接部位同时需要防腐绝缘。

本发明通过对箱板钢结构建筑底部围壁墙板周围设置牺牲阳极阴极保护系统，形成结构防腐，结合已有的构件防腐和连接防腐，从构件—连接—结构三个层面，形成三位一体的全方位防腐措施，最大程度降低了建筑底部钢板墙与土壤发生电化学腐蚀，显著提升了建筑的耐久性能。

上述装配式箱板钢结构防腐建筑体系的施工方法为：

在预制工厂内，根据作为围壁墙板和加劲楼板的不同，在钢板上焊接相应布置形式的加劲肋，形成加劲钢板；参见图1，加劲钢板1在预制工厂内生产，将加劲肋2焊接在钢板上，制作成加劲钢板1，加劲肋2的间距、肋板刚度比以及间距等参数严格按照设计要求；

焊接完成后对焊缝处进行打磨处理，使得焊缝连续均匀，表面平整，再对钢板表面进行抛丸除锈，等级达到Sa3级或者更优等级，锚纹深度应位于40μm-70μm之间；除锈后进行表面清洁度处理，达到2级或更优级别，处理后表面可溶性氯化物残留量不高于5μg/cm

对表面处理达到要求后的加劲钢板1立即进行防腐保护层3的涂敷施工；底涂层的保护性能至关重要，既要提供良好的附着力，又要具有阴极保护作用，本发明的底涂层为锌、铝或锌铝合金喷涂，厚度≥120μm，中间涂层首先涂敷环氧树脂封孔两道，厚度≥70μm，然后涂敷环氧云铁中间漆两道，厚度≥100μm，面涂层为氟碳涂料两道，厚度≥60μm；在防腐保护涂层涂敷期间配置好的涂料应在适用期内适用，超过适用期的涂料禁止使用，层与层之间的涂敷间隔时间应根据不同涂料的不同要求执行；本发明各防腐涂层的成分、厚度根据实际工程经验推荐并结合实验验证，所选的各个涂层的材料均为最佳防腐材料，防腐保护层的总计厚度≥350μm，满足《防腐蚀涂层涂装技术规范》中对中等腐蚀环境下设计年限为50年的技术要求。

对于预制的加劲钢板1，加劲钢板1的边缘处预留一定宽度范围不涂敷防腐保护层，即在涂敷防腐保护层时应留出该片加劲钢板与另一片加劲钢板需要焊接连接的部位，本发明为加劲钢板1的边缘处预留至少5cm宽度范围，该5cm范围之内不涂敷防腐保护层或者仅涂敷焊接对其没有影响的车间底漆涂料。

加劲钢板1的防腐保护层涂敷完成后，根据设计要求将相应的围壁墙板和加劲楼板焊接连接，形成箱板钢结构建筑模块单元，再对模块单元内焊接部位进行上述的防腐保护层涂敷施工，完成对整个箱板钢结构建筑模块单元的防腐保护层的涂敷；

以上准备工作皆已完成后，按照盒子建筑的拼接方式在水平方向和/或高度方向组装箱板钢结构建筑模块单元，单层组装时在左右相邻模块单元的相邻围壁墙板之间设置绝缘夹层5，绝缘夹层的材料可以是绝缘橡胶板、环氧玻璃纤维布或者聚乙烯防腐绝缘带等具有绝缘功能的面层，绝缘夹层5敷设时，贴附在相邻模块单元的其中一个模块单元的围壁墙板上，相邻模块单元拼接在一起后被夹持在相邻模块单元之间，并在左右相邻模块单元的相邻围壁墙板之间的螺栓孔4内插入连接螺栓6，连接螺栓6的两端与相应围壁墙板之间设置绝缘垫圈8，多层组装时在上下相邻模块单元的相邻加劲楼板之间以及上下相邻模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板11之间设置绝缘夹层5，并在上下相邻模块单元的相邻围壁墙板与连接钢板11之间的螺栓孔4内插入连接螺栓6，连接螺栓6的两端与相应围壁墙板和连接钢板之间设置绝缘垫圈8，最后用螺母10固定。

至此，本发明的装配式箱板钢结构防腐建筑体系施工完成，实现了从构件到连接两个层面的防腐保护。

箱板钢结构建筑完成拼装后，本发明还可进一步在建筑底部围壁墙板与基础连接部位的周围安装牺牲阳极阴极保护系统，牺牲阳极16埋设在距离箱板钢结构建筑底部围壁墙板3m，且距离地面1m的位置，周围填充化学填料，并通过汇流电缆17与底部围壁墙板的加劲钢板电连接。化学填料主要作用是使得牺牲阳极均匀地溶解消耗，可以选用能够与牺牲阳极表面发生化学反应形成致密氧化膜的物质，如硫酸钙等。通过对箱板钢结构建筑整体施加结构防腐保护措施，从构件—连接—结构三个层面，形成三位一体的全方位防腐措施，显著提升建筑的耐久性能，有效达到50年的设计使用年限。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。