基于防腐技術的工業建筑結構設計模式優化

工業建筑作為一種重要的建筑類型，在日常生產和運營過程中面臨著各種環境挑戰，其腐蝕問題尤為突出。工業建筑結構的腐蝕，不僅會影響建筑外觀和結構完整性，還可能導致安全隱患和縮短建筑的使用壽命[1]。因此，防腐成為工業建筑設計和施工中的重要考量因素。工業建筑通常處于惡劣的環境中，如高溫、潮濕、化學腐蝕等，這些環境會加速金屬結構的腐蝕過程。尤其是在化工廠、電力廠、煉油廠等工業場所，腐蝕因素更是無處不在。如果建筑結構無法有效應對這些腐蝕環境，將會造成嚴重的后果，包括結構損壞、漏水、安全事故等[2]。因此，為確保工業建筑的安全可靠性和長期使用，防腐需求成為不可或缺的設計要素。通過采用有效的防腐技術和結構設計方案，可以提高工業建筑結構的抗腐蝕能力，延長使用壽命，降低維護成本，保障建筑結構的安全性和穩定性。因此，研究工業建筑的防腐需求，對優化設計模式，提高建筑結構的使用壽命和安全性具有重要的意義。

1工業建筑結構分析

工業建筑結構設計面臨著諸多挑戰和發展機遇。

（1）隨著工業化進程的加速和建筑規模的擴大，工業建筑結構的復雜性和多樣性不斷增加，各種工藝要求和功能需求也日益增多。這使得工程設計師需要面對更多的技術難題和設計考量，如有效抵御腐蝕和延長結構壽命成為迫切需要解決的問題。

（2）隨著科技的進步和工程技術的不斷創新，工業建筑結構設計領域也在不斷發展演變。新材料、新工藝和新技術的不斷涌現，為工程設計帶來更多可能性，如智能化控制系統的應用、可再生能源的利用等，都為工業建筑結構設計帶來了新的機遇和挑戰[3]

2工業建筑防腐技術研究

工業建筑結構表面處理技術，主要是通過在工業建筑結構表面制備各種耐蝕性涂層，以此來隔絕工業建筑結構與外界環境的直接接觸，隔離腐蝕性介質，避免工業建筑結構腐蝕的發生。相較于調控工業建筑結構的合金化成分，工業建筑結構表面涂層的制備更加高效便捷。目前，工業建筑結構表面處理技術主要有：化學轉化膜、層層自組裝（Layer-by-layerself-assembly，LbL）涂層、水滑石（Layereddoublehydroxide，LDH）涂層、微弧氧化（Micro-arcOxidation，MAO)涂層、有機涂層等[4]

2.1 化學轉化膜

化學轉化膜，也被稱為金屬轉化膜，其形成過程是金屬表面原子與溶液介質中的不同陰離子相互作用，生成具有鈍化效果的薄膜。化學轉化膜一直是工業建筑結構表面防護技術的熱門方向。根據溶液介質成分，化學轉化膜主要分為以下幾種類型：磷酸鹽轉化膜、鉻酸鹽轉化膜、鉬酸鹽轉化膜、稀土鹽轉化膜、氟化膜及幾種鹽的復合膜層等。盡管鉻酸鹽系化學轉化涂層在應用過程中展現出良好的耐蝕性，然而涂層中的鉻離子對人體及自然環境具有嚴重的危害。因此，更為綠色環保的磷酸基化學轉化涂層被應用于生物醫學領域，然而其耐蝕性相對鉻酸鹽系較差。為了提高磷酸基化學轉化膜的耐蝕性，常向其中引入其他元素或物質。目前，稀土基復合化學轉換涂層是一種新型的較為環保的工業建筑結構表面處理技術。由于稀土金屬對腐蝕抑制的特性，常被用來保護鎂合金、鋁合金、碳鋼等[5]

2.2層層自組裝涂層

層層自組裝技術來源于20世紀90年代，通過使用帶有相反電荷的聚電解質溶液，在基材表面進行交替沉積，從而制備出聚電解質涂層。層與層之間通過靜電引力、化學鍵、氫鍵等作用相互吸附，形成較為穩定的多功能涂層。在電解質層之間引入不同基團，可以賦予涂層更多的功能，是一種可修飾性極高的涂層。

2.3 水滑石涂層

水滑石涂層，即層狀雙金屬氫氧化物，是一種新型的層狀結構無機功能材料。水滑石材料主要是通過帶正電荷的主體層板與層間陰離子相互組裝而成。由于其獨特的片層狀結構，具有良好的可修飾性。在腐蝕防護領域，水滑石良好的陰離子可交換性，可以有效抑制腐蝕介質中氯離子的侵蝕。通過調整控制不同種類的陰離子，可以合成多種不同類型的水滑石材料，賦予其獨特性質，以滿足多樣化的應用需求。其中最經典的是鎂鋁碳酸根水滑石涂層，水滑石的形貌與水鎂石非常類似[6]

2.4 微弧氧化涂層

微弧氧化涂層（MAO)，又稱為等離子體電解氧化（PEO），是以陽極氧化為基礎發展而來。通過調節電解液與電參數，在金屬表面形成改性陶瓷涂層，主要成分為金屬氧化物。相較于傳統陽極氧化涂層，微弧氧化涂層展現出更加優秀的長期耐蝕性與耐磨性能。由于其結構致密結合力好，并且具有良好的電絕緣性及耐高溫等特性，且制備工藝簡潔，因此在航空航天、國防、交通運輸等領域具有廣闊的應用前景。

2.5 有機涂層

有機涂層是一種應用廣泛的工業建筑結構表面處理手段，具有優秀的長期耐蝕性等多種多樣的特性。有機涂層以高分子化合物為成膜材料，涂覆于基材表面形成阻隔性較強的膜層。由于其制備工藝簡單，成本較低，且阻隔性較好，被廣泛應用于金屬防腐領域。根據溶劑不同，主要分為水溶性涂料與溶劑型涂料兩種。水溶性涂料以水為稀釋劑，溶劑型樹脂為主要成膜物質。溶劑型涂料以高分子樹脂為成膜物質，以有機溶劑作為稀釋劑。相較于水性涂料，溶劑型涂料在固化成膜后，具有更好的耐滲透性。常用的有機涂料主要有環氧樹脂、聚氨酯、氟碳涂料等。

3工業建筑結構深化設計

工業建筑結構類型為模塊化裝配式-現澆剪力墻結構。下層至首層部分采取現澆的方式，上層部分均為裝配式結構，其安全等級為二級，地基的設計等級為甲級，框架的抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為二級，抗震設防類別為丙類，地震作用按7度計算，抗震措施按7度，建筑場地類別為V類。現澆混凝土強度等級為 C30～C50 ，模塊化預制部分混凝土強度等級為 C40～C50 。模塊單元的底板厚125mm ，外墻厚 180mm ，室內墻厚 260mm ，還有不用于模塊單元連接的立面墻厚 120mm ，天花板厚為70mm 。模塊化建筑是由模塊組合拼裝而成，不同組合方式會影響其整體的力學性能。如果將每個模塊看作一個積木，那么在搭建積木的過程中將每個部分錯開搭接對整個結構的穩定性有很好的幫助。

3.1模塊化建筑作用荷載

本算例中所選取的常用荷載取值如下所示［取值類型從左往右依次是恒荷載/( kN/m² )和活荷載/0 kN/m² ]：

（1）頂層頂板 0.5～0.9 和0.4；（2）非頂層頂板0.3\\~0.5和0；(3）底板0.9\\~1.4和1.9，2.4;（4）側板 0.3～0.6 。

其中，板頂、PE板（木地板）裝修層加管線等，自重所選取的計算值為 。PVC 板、木地板、裝修層等的自重取值為 1.0kN/m² 。而諸如裝飾層所采用的側板等材料自重取值為 0.4kN/m² 。

3.2 多層結構分析

根據建筑的受力特性，若模塊間采用連接件組合，且單個的模塊自成一體，擁有獨立的系統組成，可以看出結構豎向傳力體系與整個模塊單元相似。模塊體內部荷載由模塊頂層的上頂板、下底板分別傳遞至上長梁、下長梁，再由上長梁、下長梁傳遞至與之相連的柱。模塊之間，縱向荷載通過柱的軸力形式在層與層之間通過轉角向下傳遞。在縱向荷載的作用下，下面各層的建筑模塊需要額外考慮由上層模塊傳遞內力帶來的軸向力和剪切力增加，引發穩定性和強度問題。

3.3 使用功能設計

（1）工業建筑立面設計

工業建筑的立面采用米色彈性涂料和仿真石漆材料相結合，整體呈現米黃色，運用簡單材料與線條進行橫向拉通，這種模式充分地體現了和諧特色，將現代特色和美學完美地結合在一起。其中，石材分縫原則是： ① 高層的石材分縫全部采用密縫，密縫盡可能削弱，填縫劑應該選擇和石材色系相同且深 20% 的顏色。 ② 石材分割盡可能確保規格化，減少石材尺寸過多的缺點。 ③ 石材橫縱縫尺寸控制在 5～8mm 。

（2）尺寸選擇

工業建筑的重要內容之一就是尺寸設計，主要包括四個基本內容： ① 尺寸應符合通用材料規范，有利于提高材料利用率，便于加工、包裝、儲存和運輸； ② 尺寸必須滿足人機工學的基本要求； ③ 尺寸大小有利于模塊間邏輯關系的形成，便于組合;④ 大小比例符合大眾普遍的審美習慣。

4結論

通過應用先進的防腐技術，優化工業建筑結構設計模式，從而提高結構的耐久性和使用壽命。研究結果表明，基于防腐技術的工業建筑結構設計模式優化，可以顯著提高結構的抗腐蝕能力和穩定性，延長結構的使用壽命，降低維護成本。這一研究成果為工業建筑領域的設計和施工提供了重要的理論支持和實用指導，具有較高的科學價值和應用前景。

參考文獻：

[1］馬江華.面向鹽霧腐蝕環境的建筑鋼結構防腐技術研究[J].中國建筑金屬結構，2024，23(6)：8-10.

[2］吳茜.防腐施工技術在工業建筑中的應用[J].安裝，2024(6) :30-32.

[3］楊未來，於林鋒，仲小亮.城市污水混凝土構筑物防水防腐涂層服役狀況評估技術研究[J].中國建筑防水，2024(5) :50-56.

[4］黃銳山.水廠建設管道施工技術的應用分析[J].建材發展導向，2024，22（8)：124-126.

[5］王洪勝，馮歡歡，丁相吉.鋼結構建筑防腐保護工程的質量控制途徑[J].工程建設與設計，2024（2）：203-205.

[6］凌云志.新型鋼混結構橋梁防腐蝕技術探討[J].全面腐蝕控制，2023，37(4)：119-121.