沙特延布皇家委员会办公大楼项目总占地面积为5万多m², 建筑面积12.3万m², 包括1座20层办公楼、1座9层裙房和2层车库3个部分, 为当地地标性建筑。业主为沙特阿拉伯延布皇家委员会, 监理方为美国Parsons顾问管理公司。项目设计、管理、施工检验、验收均执行美国标准, 且在项目初期引入BIM建模, 项目中期业主通过设计变更形式引入LEED绿色建筑等相关要求。

办公楼核心筒为钢筋混凝土结构, 其他为钢结构。钢结构工程主要由6部分组成, 分别是核心筒两侧的悬挑钢结构组合楼板平台、钢柱、核心筒之间的钢组合楼板平台、屋顶钢结构、中庭钢结构、电梯井钢结构等。钢结构总重为4 303.134t, 其中包括38.1t的变更损耗, 主材和辅材全部采用美国和欧洲标准, 后经与管理公司协调, 报请业主同意代换为国家标准材料。钢结构执行的标准有:ASTM (美国材料与试验协会) 、ANSI (美国国家标准学会) 、AISC (美国钢结构建筑协会) 、AWS (美国钢结构焊接学会) 、SSPC (美国钢结构油漆协会) 等。

本项目钢结构防火涂料喷涂面积约为49 930m², 其中水泥基防火涂料 (cementious) 29 245m², 膨胀型防火涂料 (intumescent) 20 695m²;其设计、施工和验收均要求满足美国标准, 其钢结构防火涂料工程遵守规范之多、之严, 远超过国内规范的要求, 为工程的实施带来很大困难。

合同规范要求, 所有钢结构构件、钢结构楼层底面 (如果图纸要求) 、钢结构波形板都需喷涂防火涂料, 并且达到以下耐火时间要求。

1) 耐火极限时间应满足美国保险商试验所防火名录中所列的耐火构件要求。

2) 建议使用的材料未列入美国保险商试验所名录的, 应基于UL263或ASTM E119中规定的试验, 至少达到部分规范及图纸中给出的美国保险商试验所规定的耐火等级等同的效果, 并且由具备相关资质的第三方实验室进行核实。

3) 递交报告和试验记录, 证实防火材料满足规定要求。每个试验报告应符合试验方法所规定的相关要求。

4) 如美国保险商实验室名录第一册中所示, 在喷涂防火材料或安装刚性防火材料之前, 如果图纸中的UL设计种类指出, 应在波形板下面固定钢筋网。

5) 按照耐火时限和符合UL设计或图纸中给出的等同的设计对钢结构构件进行防火材料施工。若结构工程师或防火工程师没有规定施工的温度约束度或未满足被检测构件要求的温度约束度, 那么应采用非约束耐火极限。性能试验应符合ASTM E119的要求。①主要结构的框架主次梁、桁架、拱肩和各种支撑等被设计承担重力的构件, 满足2h的耐火极限;②支撑楼板的钢柱, 满足3h耐火极限;③楼板施工和次要构件, 满足2h耐火极限;④屋面结构的主次梁、托梁, 满足1h耐火极限;⑤支撑屋面结构的柱, 满足2h的耐火极限。

本项目主要采用以下2种防火涂料。

1) 膨胀型防火涂装材料 (intumescent fireresistant coatings) 薄膜态的混合液体, 通过刷子、滚刷、喷涂或者抹子应用于结构基层表面, 当构件暴露于火焰中或者持续受热后, 此薄膜态防火涂料将膨胀形成1层泡沫保护层, 对基层钢结构构件提供防火保护。成型后美观性较好 (见图1) 。

2) 水泥基防火涂料材料 (cementitious fireresistant materials) 类似于混凝土材料, 喷涂至钢结构表面提供防火保护。成型后美观性较差 (见图2) 。

根据合同及规范, 防火涂料施工分包的资格审查包括以下要求:必须是有资质的、有经验的钢结构防火涂料施工企业或者由防火材料生产厂家认证的企业, 并且具有足够经验和训练有素的员工, 以便能够按照生产厂家的要求进行相关产品的施工。另外, 如果防火材料生产商希望向总承包商及其防火涂料施工分包销售相关材料, 那么防火材料生产商自身不能向购买者 (防火涂料施工分包) 授予资格认证。

钢结构防火材料的施工分包职责还包括:提供专业的技术服务, 界定防火涂料构件的约束和非约束条件。

防火材料需来自于一个生产厂家的同一个来源。

美国保险商试验所防火名录中给出的设计指定或业主接受的其他检测机构给出的设计指定;对于直接使用的防火材料应按照ASTM E119进行检测。

表明燃烧特性应满足ASTM E84的试验要求。

经过40 CFR 763, Subpart E, Appendix E, Section 1中的试验方法检测防火材料产品中不含有可探测到的石棉。满足设计建议材料的相关参数。水泥基防火材料的干密度≥240kg/m³, 且黏合强度≥20.6k Pa。

提供膨胀型防火涂料对应构件满足耐火极限要求的干膜厚度表。

遮盖保护非喷涂区域及其周边区域→基层清理、打磨→喷涂黏结剂→分层喷涂防火涂料 (满足耐火极限要求) →检测湿膜厚度。

遮盖保护非喷涂区域→基层清理、打磨→测量底漆干膜厚度→喷涂防火涂料 (干膜厚度满足耐火极限要求) →至少养护7d→检测涂膜厚度并喷涂面漆。

本项目钢构件全部通过海运从中国进口, 海运周期长达1个月之久, 加上沙特阿拉伯吉达港的清关时间, 从构件起运到入场要历经1.5个月。考虑到海上运输过程中以及靠港后等待清关过程中盐雾对钢材的腐蚀, 决定在钢结构构件起运前做好防腐涂装工作, 按照规范要求并经业主批准, 采用了CMP Roswan QD Primer醇酸树脂底漆。为解决钢结构防腐底漆与防火涂料兼容问题, 通过与业主协商, 要求钢结构防火涂料厂家以正式信函的形式对两者的兼容性进行说明和担保, 免除了试验所需的费用和时间, 同时也转移了总包和业主的风险。材料得以审批通过, 后续的施工得以顺利开展。

沙特阿拉伯全年高温, 夏季温度最高达50℃以上, 且本项目距红海不到100m, 常年潮湿, 非常不利于钢结构防火涂料的喷涂工作。本项目使用的膨胀型防火涂料 (Interchar 1190) 对湿度、温度的要求极其严格, 具体要求如下:①环境温度≥10℃且≤45℃;②构件温度高出周围空气的结露点3℃以下;③环境湿度不得超过70%。

鉴于项目当地的气象环境条件和Interchar 1190防火涂料对温湿度以及结露等的要求, 项目采取了以下措施来控制温湿度和预防结露。

1) 在未进行钢结构安装前, 组织进行温湿度的长期监测, 掌握当地全年温湿度的变化情况。

2) 喷涂防火涂料前利用电子监测装置监测施工区域的温湿度以及待涂装构件的温度, 确保温湿度符合要求。

3) 结露期间不得进行喷涂施工。

4) 若空气相对湿度≥70%, 应采取必要的措施, 如通风等保证喷涂的涂料正常干燥。

本项目的防火涂料分为两大类, 一类是项目完工后肉眼可见的, 另一类是项目完工后肉眼不可见的;其中肉眼可见涂料又可分为室外和室内2种。

根据业主要求, 对室外和室内的2种情况分别提供如下2种涂料体系, 并由供应商给出担保说明, 以使业主信服并确保满足规范要求。

适用于肉眼可见、室内的钢结构构件防火涂料体系。

适用于肉眼可见、室外的钢结构防火涂料体系。其中, Interchar 212为环氧膨胀型防火涂料, Interchane990UHS适用于化学和石化工厂、近海结构等防腐涂装。

而后, 由业主建筑师安装施工图纸和BIM模型, 确定2种体系的涂刷范围。

防火涂料施工过程中, 成品保护问题主要集中在3个方面:①不同涂装体系间的隔离保护;②周围结构的隔离保护;③防火涂料施工完成后的隔离保护。

施工方特别要求分包采取2种方式进行保护:隔离覆盖和事后清理。

对于不同涂装体系的防火涂料, 施工时采取塑料薄膜加胶带的方式对非涂装区域进行隔离保护;对于钢结构构件与竖向墙体交界处的防火涂料施工, 采用塑料板遮盖方式进行隔离保护;对于涂装施工完毕的结构层, 采取塑料布包裹的形式免于受其他施工破坏。对于钢结构平台梁底面水泥基防火涂料施工时, 由于其下的混凝土地面面积较大, 全部采取遮盖方式进行保护成本较高, 不可取;又因为掉下的水泥基防火涂料与混凝土地面粘接并不牢靠, 用铁锹加扫把很容易清扫, 所以采取了后清理方式进行处理。

提供水电、避免因上部施工对下部的成品造成破坏、提供脚手架工作平台。

钢结构构件长期暴露于潮湿、高盐的空气中, 会出现少量锈迹;安装过程中的磕碰、焊缝处理等, 需要进行补漆, 补漆的进度与防火涂料的施工紧密相关。

由于机电图纸尚未批复, 机电工程的吊杆位置不能确定, 具体的固定节点不能确定, 不能确定机电吊杆和水泥基防火涂料的施工先后顺序, 影响涂装工作的进展。

后经过相关分包协调会的确定, 钢结构防火涂料先行, 建议机电吊杆或采用卡扣固定于钢结构梁的翼缘上或采用螺栓固定于钢结构组合楼板上。最终采用的是两者结合方式, 对于能避开钢结构梁的吊杆, 直接采用螺栓固定于钢结构组合楼板上, 不能避开的则采用卡扣固定于梁翼缘上。

钢结构防火涂料的涂膜厚度控制直接决定了构件是否能够达到设计规定的耐火极限要求, 能否在火灾发生时在规定的时间内不发生破坏, 为人员撤离提供足够的时间。因此, 涂膜厚度的控制非常重要。

针对2种不同的防火涂料材料, 本项目采取了2种检测方式, 分别进行事中和事后控制。

1) 对于水泥基防火涂料, 由于湿膜厚度与干膜厚度变化不大, 主要通过事中控制进行检测, 通过探针的使用来确定喷涂过程中的厚度。待涂层干燥后再利用探针进行复检。

2) 对于膨胀型防火涂料, 由于湿膜厚度与干膜厚度变化较大, 要同时抓好事中和事后涂膜的检测工作。首先需要对基层底漆表面进行清理, 然后通过专业的电子干膜测量仪对底漆厚度进行测量。而后通过专业湿膜检测工具对施工过程中的涂膜厚度进行实时检测, 确保达到要求的湿膜厚度。未达到要求的干膜厚度, 在喷涂过程中, 测出完成后的湿膜厚度, 然后根据膨胀型防火涂料的固体颗粒含量 (69%) , 计算涂膜干燥后的大致干膜厚度, 并且确保计算数值高于实际要求的干膜厚度, 确保万无一失。

待涂膜干燥后再次采用前述电子干膜测量仪对涂层厚度进行检测, 然后减去之前测量的底漆厚度, 得出的结果将作为膨胀型防火涂料干膜厚度的最终检测结果, 并以此来检测最终干膜厚度是否满足设计要求。

按照合同规范要求, 水泥基防火涂料需满足20.6k Pa的黏结力要求, 尽管厂商的检测报告证明其材料能达到要求, 但是应业主要求, 现场实际的抗拉试验应按照要求进一步证明现场使用的水泥基防火涂料 (MONOKOTE MK6 HY) 黏结力满足要求。

应业主要求, 特组织分包方进行了现场拉力试验, 试验过程为:选择试验区域, 进行基层清理并喷涂防火涂料→到养护期限后对基层进行处理铲平→调制特质胶水→安装固定拉环→配重质量计算→24h后与监理方共同进行拉力试验。

规范中要求按照施工图纸进行楼承板底部防火涂料的喷涂, 而施工图纸中并无相关要求。引导分包进行澄清解释, 寻找相关文件, 取消楼板底部防火涂料的施工, 从而节约成本。

UL (美国保险商实验室) 的防火设计No.782表明:当钢结构组合楼板厚度>3in (1in=25.4mm) , 仅在钢结构构件上喷涂水泥基防火涂料, 楼承板上无须喷涂防火涂料, 楼承板 (波峰) 与构件梁间的空隙利用水泥基防火涂料填充。

合同规范要求, 钢结构屋面构件要满足1h的耐火极限要求, 需喷涂膨胀型防火涂料。经查询合同规范索引的International Building Code 2009规范得知, 本工程屋顶距下层的距离恰好满足免于喷涂防火涂料的规定。

在致业主问询单中, 提出在投标阶段, 由于2个规范对钢结构屋顶防火涂料的喷涂规定不一致, 施工方考虑按照无须喷涂防火涂料进行报价, 并且附上International Building Code 2009的相关规定, 并决定按照不喷涂进行处理, 并要求业主确认, 以便不引起未来的索赔问题, 并获得了业主的肯定回复, 免除了屋顶钢结构防火涂料的涂装, 为项目节约了费用, 取得了重大的经济效益。

1) 屋顶钢结构膨胀型防火涂料的经济分析及成本节约对项目结束后肉眼可见部分钢结构的膨胀型防火涂料+面漆, 20层屋顶部分综合单价为150.35SR/m², 预估工程量为2 396m², 总价为360 238.6SR。按照当时沙特里亚尔兑换人民币的汇率1∶1.68计算, 共节省直接费150.35×1.68×2 396=605 200.848元。

2) 楼承板下水泥基防火涂料的经济分析及成本节约对于项目结束后肉眼不可见部分钢结构的水泥基防火涂料, 楼承板下部的综合单价为71SR/m², 预估工程量为13 660m², 总价为969 860SR。按照当时沙特里亚尔兑换人民币的汇率1∶1.68计算, 共节省直接费71×1.68×13 660=1 629 364元。

因钢结构防火涂料技术澄清优化给项目共创效2 234 565元, 可见项目实施过程中技术澄清优化的重要作用。

通过对沙特延布皇家委员会办公大楼项目的钢结构防火涂料的审批、施工、优化和管理工作的介绍与分析, 为今后类似地区、类似标准的项目提供了借鉴与帮助, 同时引起对技术澄清、优化和协调管理的重视, 从而达到促进项目进度和提高利润率的目的。