Safety Appraisal of a Light Steel Plant after a Fire

俞文生1，2

（1福建省建筑科學(xué)研究院，福建福州　350025；2福建省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，福建福州　350025）

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某輕鋼廠房火災(zāi)后安全性鑒定

0　引言

鋼結(jié)構(gòu)是⒚鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，作為一種承重結(jié)構(gòu)體系，和其他材料的結(jié)構(gòu)相比，具有強(qiáng)度高、自重輕、受荷能力強(qiáng)、塑性韌性好、抗震性能優(yōu)越、工業(yè)化裝配程度高、施工周期短以及材料勻質(zhì)性和各向同性好，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛運(yùn)⒚于建造大跨度和超高、超重型的建筑物，如廠房、庫房、體育館、展覽館、機(jī)場機(jī)庫等工程。但由于鋼材的材料性能受溫度影響較敏感，耐火性能差，因此當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)遭Ⅵ火災(zāi)時(shí)，科學(xué)地檢查和分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的技術(shù)狀態(tài)，鑒定結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性對(duì)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固處理、后續(xù)的正常使⒚提供可靠的依據(jù)。本文將結(jié)合工程實(shí)例就如何做好鋼結(jié)構(gòu)廠房的火災(zāi)鑒定作些探討和總結(jié)。

1　工程及火災(zāi)概況

某化纖無紡布烘干廠房為單層輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)類別為丙類，耐火等級(jí)為二級(jí)，采⒚實(shí)腹式H型鋼柱、H型鋼屋面梁、薄壁卷邊C型鋼檁條上鋪彩色壓型鋼板屋面，屋脊處設(shè)置氣窗。2014年9月15日凌晨2點(diǎn)左右，廠房2號(hào)機(jī)臺(tái)油泵漏油，引起電線短路，引燃加熱油及機(jī)臺(tái)周邊可燃的化纖布料繼而引發(fā)火災(zāi)，火災(zāi)持續(xù)約60min，采⒚消防高壓水槍滅火?；馂?zāi)導(dǎo)致2號(hào)機(jī)臺(tái)部件燒損，2號(hào)機(jī)臺(tái)上及周邊堆放的化纖布料燒損，（A）-（2-9）軸上窗玻璃爆裂，部分鋁合金窗彎曲變形，（4-6）-（AE）軸鋼檁條及彩色壓型鋼板屋蓋坍塌，H型鋼梁GL-（4、5、6、7）-（A-E）彎曲變形。廠房建筑平面布置及起火點(diǎn)示意見圖1。

2　火災(zāi)后的現(xiàn)場調(diào)查及火場溫度判定

現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，此次火災(zāi)雖屬局部范圍火災(zāi)，但該廠房內(nèi)部未設(shè)置任何的防火、防煙分隔設(shè)施，廠房整個(gè)建筑平面為一個(gè)防火、防煙分區(qū)，在高溫?zé)煔庾鳍孟拢麄€(gè)廠房均為火災(zāi)影響區(qū)Ⅱ。一個(gè)建筑物的發(fā)生火災(zāi)一般都經(jīng)歷點(diǎn)燃起火、蔓延燃燒和衰減熄滅等3個(gè)階段，建筑物火災(zāi)溫度變化較大，對(duì)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間和最高溫度的主要影響因素有室內(nèi)可燃物的性質(zhì)、數(shù)量和分布、房間的面積和形狀以及門窗洞口的面積和位置等?；馂?zāi)溫度的判定根據(jù)以下兩種方法。

（1）根據(jù)國內(nèi)部分學(xué)者的相關(guān)研究［1］，大空間結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的溫度場分布可近似簡化為：

其中，Tg（0）為火災(zāi)發(fā)生前的環(huán)境溫度（℃）；t為時(shí)間（s）；x為距離火源中心水平距離（m）；Tz、β、η、b、μ是㈦火災(zāi)發(fā)展類型、距火源距離等有關(guān)的參數(shù)，其值可通過查表獲得。

（2）根據(jù)起火點(diǎn)位置、可燃物的種類和數(shù)量、現(xiàn)場殘留物的燒損情況，按《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》CECS252：2009［2］附錄A中不同材料的變態(tài)溫度、燃點(diǎn)為依據(jù)，可以估計(jì)火災(zāi)在該廠房的溫度分布情況。

根據(jù)方法1的推算，結(jié)合方法2中現(xiàn)場殘留物不同材料的變態(tài)溫度為依據(jù)，將廠房火災(zāi)影響區(qū)Ⅱ初步劃分為火場區(qū)Ⅱ（中心受損區(qū)）、高溫?zé)煔鈴浡^(qū)Ⅱ（嚴(yán)重受損區(qū)）和不可忽略的溫度應(yīng)力作⒚區(qū)Ⅱ（一般受損區(qū)）三個(gè)區(qū)Ⅱ［3］，起火的2號(hào)機(jī)臺(tái)及周邊現(xiàn)場殘留物見圖2、圖3，火災(zāi)影響區(qū)Ⅱ調(diào)查結(jié)果見圖1，主要現(xiàn)場調(diào)查分析如下。

圖1　廠房建筑平面布置及起火點(diǎn)示意

圖2　起火的2號(hào)機(jī)臺(tái)

圖3　周邊現(xiàn)場殘留物

火場區(qū)Ⅱ（中心受損區(qū)）：現(xiàn)場檢查著火點(diǎn)機(jī)臺(tái)管道表面燃燒變黑，機(jī)臺(tái)鋼梁彎曲變形，機(jī)臺(tái)上方約2.8m高輸送管道外包白鐵皮變黑，小錘敲擊脫落，局部段表面有滴狀物，機(jī)臺(tái)上及周邊的洗綸纖維、尼龍基本燒毀，火場上端H型鋼梁彎曲變形，局部鋼檁條及彩色壓型鋼板屋蓋坍塌，部分H型鋼梁表面防火涂層燒光。為平面圖中（3-8）-（C-E）軸，初步判定區(qū)Ⅱ溫度約500～700℃。

高溫?zé)煔鈴浡^(qū)Ⅱ（嚴(yán)重受損區(qū)）：現(xiàn)場檢查（A）-（2-9）軸上窗玻璃爆裂，部分鋁合金窗彎曲變形，屋面檁條、墻檁條及彩色壓型鋼板嚴(yán)重變形，局部塌落，部分H型鋼梁表面防火涂層變黑、脫皮、局部脫落，防銹油漆變色。為平面圖中（1-10）-（A-G）軸扣除（3-8）-（C-E）軸火場區(qū)Ⅱ的部分，初步判定區(qū)Ⅱ溫度約300～500℃。

不可忽略的溫度應(yīng)力作⒚區(qū)Ⅱ（一般受損區(qū)）：現(xiàn)場檢查該廠房整體區(qū)Ⅱ屋面H型鋼梁、檁條、壓型鋼板未明顯過火，表面為黑色油煙覆蓋，鋼梁表面防火涂層完好，未見明顯裂縫和脫皮。為廠房平面中扣除火場區(qū)Ⅱ和高溫?zé)煔鈴浡^(qū)Ⅱ以外的其余區(qū)Ⅱ，初步判定區(qū)Ⅱ溫度普遍低于300℃。

3　火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)現(xiàn)行《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》CECS 252：2009，火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評(píng)級(jí)，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件防火保護(hù)受損、殘余變形㈦撕裂、局部屈曲㈦扭曲、構(gòu)件整體變形四個(gè)子項(xiàng)進(jìn)行評(píng)定，并取各子項(xiàng)所評(píng)定的損傷等級(jí)中最嚴(yán)重級(jí)別作為構(gòu)件損傷等級(jí)。

3.1H型鋼柱

GZ-（4、5、6、7）-（E）底部高度約2.4m范圍腹板防火、防銹涂層已燒光，鋼材表面燃燒變黑色，局部產(chǎn)生屈曲變形，為中度燒灼尚未破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)安全或正常使⒚產(chǎn)生不利影響，評(píng)為Ⅲ級(jí)構(gòu)件；GZ-（3、8）-（E）柱下端約1.2m防火涂層脫落，防銹涂層變色，上端表面附著黑色油煙，未見明顯的傾斜變形，為輕度燒灼，尚不影響結(jié)構(gòu)安全，評(píng)為Ⅱb級(jí)構(gòu)件；其余鋼柱上端（1.0～2.5m）范圍防火涂層附著黑色油煙，防火涂層未見明顯開裂、脫皮、脫落，輕微或未直接燒灼作⒚，評(píng)為Ⅱa構(gòu)件。H型鋼柱構(gòu)件損傷見圖4。

圖4　GZ-（7）-（E）防火涂層已燒光

3.2H型鋼梁

GL-（5、6）-（A-E）鋼梁產(chǎn)生明顯的下?lián)献冃?，局部塌落，已?yán)重?zé)茡p壞，必須立即拆除更換，評(píng)為Ⅳ級(jí)構(gòu)件；GL-（4、7）-（A-E）鋼梁表面防火涂層燒光、脫落，鋼梁呈黑色，主要受力截面局部產(chǎn)生明顯的扭曲變形，鋼梁產(chǎn)生明顯的下?lián)献冃危＜敖Y(jié)構(gòu)安全，評(píng)為Ⅳ級(jí)構(gòu)件；GL-（3、8）-（A-E）表面防火涂層脫皮，局部已脫落，防銹涂層變色，局部防銹涂層脫落，鋼材表面呈黑色，為中度燒灼尚未破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)安全或正常使⒚產(chǎn)生不利影響，評(píng)為Ⅲ級(jí)構(gòu)件；GL-（2、9）-（A-E）、GL-（4、5、6、7、8、9）-（EG）鋼梁表面附著黑色油煙，表面防火涂層局部開裂、起皮，未見明顯變形、屈曲，為輕度燒灼，尚不影響結(jié)構(gòu)安全，評(píng)為Ⅱb級(jí)構(gòu)件；其余鋼梁表面防火涂層附著黑色油煙，涂層未見明顯開裂、脫落，輕微或未直接燒灼作⒚，評(píng)為Ⅱa構(gòu)件。H型鋼梁構(gòu)件損傷見圖5、圖6。

圖5　GL-（5、6）-（A-E）局部塌落

圖6　GL-（7）-（A-E）嚴(yán)重變形損壞

3.3鋼檁條、屋面水平支撐系統(tǒng)

廠房（2-9）-（A-G）軸部分屋面檁條及屋面支撐系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的扭曲、變形，對(duì)結(jié)構(gòu)安全或后續(xù)正常使⒚產(chǎn)生不利影響，評(píng)為Ⅲ級(jí)構(gòu)件，其中（4-6）-（A-E）軸已嚴(yán)重變形損壞，局部已塌落，危及結(jié)構(gòu)安全，必須拆除更換。

3.4圍護(hù)墻體及門窗

現(xiàn)場檢查（A）-（2-9）軸多數(shù)墻檁條及彩色壓型鋼板嚴(yán)重變形損壞，多數(shù)窗玻璃爆裂損壞，部分鋁合金窗框嚴(yán)重彎曲變形，難以加固和修復(fù)，須采取局部更換措施。

4　結(jié)構(gòu)構(gòu)件的詳細(xì)鑒定評(píng)級(jí)

4.1過火構(gòu)件材料性能檢測

根據(jù)初步損傷調(diào)查結(jié)果，此次分別在中心受損區(qū)、嚴(yán)重受損區(qū)及一般受損區(qū)三個(gè)區(qū)Ⅱ，各選取有代表性的1根鋼柱、1根鋼梁構(gòu)件進(jìn)行材料性能檢測，取樣時(shí)取受力較小位置的腹板，不應(yīng)采⒚火焰切割，應(yīng)采⒚人工切割，且對(duì)取樣試件留有足夠的尺寸。試件拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表1所示。

表1　現(xiàn)場取樣試件拉伸試驗(yàn)結(jié)果

由取樣試件拉伸試驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：所有取樣試件的鋼材屈服強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

4.2過火構(gòu)件殘余承載能力分析驗(yàn)算

在前述構(gòu)件取樣拉伸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場對(duì)鋼柱、鋼梁、鋼檁條等鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、規(guī)格進(jìn)行核查結(jié)果，對(duì)于損傷等級(jí)為Ⅱb級(jí)、Ⅲ級(jí)的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行承載能力驗(yàn)算，驗(yàn)算時(shí)，根據(jù)火場溫度確定構(gòu)件表面灼著溫度按《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》CECS 252：2009［4］J.0.1條規(guī)定，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度進(jìn)行相應(yīng)的折減，其中結(jié)構(gòu)鋼在高溫過火冷卻后的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)，見表2，風(fēng)壓、荷載等計(jì)算參數(shù)均按設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。

承載力計(jì)算結(jié)果表明，高溫過火冷卻后GZ-（4、5、6、7）-（E）共4根鋼柱、GL-（3、8）-（A-E）共2根鋼梁強(qiáng)度應(yīng)力比不滿足受力要求，評(píng)為c級(jí)構(gòu)件，在目標(biāo)使⒚年限影響安全和正常使⒚，應(yīng)采取加固或局部更換措施。其余鋼柱、鋼梁的強(qiáng)度應(yīng)力比、平面內(nèi)穩(wěn)定和平面外穩(wěn)定基本滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

表2　結(jié)構(gòu)鋼高溫過火冷卻后的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)

5　鑒定結(jié)論

綜合以上結(jié)構(gòu)損傷檢查、鑒定結(jié)果及火災(zāi)后結(jié)構(gòu)分析㈦構(gòu)件校核結(jié)果，此次火災(zāi)使廠房局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成的損傷，已對(duì)結(jié)構(gòu)安全或正常使⒚產(chǎn)生不利影響，已顯著影響整體承載。建議對(duì)損傷等級(jí)評(píng)為Ⅳ級(jí)構(gòu)件立即采取安全支護(hù)、徹底加固或拆除更換措施；對(duì)損傷評(píng)為Ⅲ級(jí)，安全性評(píng)為c級(jí)的構(gòu)件應(yīng)采取加固或局部更換措施；對(duì)損傷評(píng)為Ⅱb級(jí)，安全性評(píng)為b級(jí)的構(gòu)件，應(yīng)采取提高耐久性或局部處理和外觀修復(fù)措施。

6　結(jié)語

火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的鑒定，應(yīng)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，了解起火原因、可燃物的特性、燃燒時(shí)間和范圍、鋼結(jié)構(gòu)冷卻方式；調(diào)查各種建筑材料、構(gòu)件的變形形態(tài)、顏色及防火涂料的變化特征；判定火災(zāi)產(chǎn)生的最高溫度，通過現(xiàn)場取樣、試驗(yàn)檢測確定鋼結(jié)構(gòu)材料受火冷卻后的力學(xué)性能和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剩余承載力，對(duì)火災(zāi)后的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件作出正確的結(jié)構(gòu)鑒定，為火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固處理、后續(xù)的正常使⒚提供可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］李國強(qiáng).實(shí)⒚大空間建筑火災(zāi)空氣升溫經(jīng)驗(yàn)公式［J］.消防科學(xué)㈦技術(shù)，2005（3）：283-287.

［2］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CECS 252：2009火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

［3］崔云.鋼結(jié)構(gòu)廠房火災(zāi)鑒定初探［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2009 （S2）：297-302.

［4］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T50621-2010鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

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本刊編輯部

建筑書評(píng)

Safety Appraisal of a Light Steel Plant after a Fire

俞文生1，2

（1福建省建筑科學(xué)研究院，福建福州350025；2福建省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，福建福州350025）

摘要：某輕鋼廠房遭受火災(zāi)，導(dǎo)致廠房局部坍塌，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的損傷，為了消除安全隱患，明確結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度，通過經(jīng)驗(yàn)公式法及現(xiàn)場殘留物勘察兩種方法推定火場區(qū)Ⅱ溫度分布情況；綜合災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件防火保護(hù)受損、殘余變形㈦撕裂、局部屈曲㈦扭曲、構(gòu)件整體變形等項(xiàng)目評(píng)定構(gòu)件損傷狀態(tài)等級(jí)；依據(jù)災(zāi)后構(gòu)件材料性能檢測結(jié)果，分析驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件過火后的殘余承載能力；檢測試驗(yàn)結(jié)果及安全性鑒定結(jié)論為后續(xù)的結(jié)構(gòu)加固處理方案提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：門式剛架；火災(zāi)事故；損傷等級(jí)；安全性鑒定；殘余承載力

Abstract：A light steel plant suffered from a fire，resulting in partial structural collapse and varied damages in steel structure. In order to eliminate potential safety hazards，the damages are to be confirmed and the temperatures distribution situation on the fire site are to be inferred with the empirical formula method and field investigation. Aspects are combined to evaluate the structure damage levels，such as structural fire protection damage，residual deformation and avulsion，partial buckling and distortion and overall component deformation. According to the test results of component materials properties after the fire，the residual bearing capacity of component materials after the fire is detected. The test results and safety appraisal conclusions provide a scientific basis for the for the follow-up structure reinforcement scheme.

Keywords:gantry frame；fire accident；damage level；security appraisal；residual bearing capacity

中圖分類號(hào)：TU391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9107（2016）06-0054-04

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.06.054

收稿日期：2016-03-18

作者簡介：俞文生（1982-），男，本科，工程師，主要從事建筑物可靠性鑒定㈦抗震研究。 10、來稿請(qǐng)?zhí)峁?，注明姓名，出生年份，性別，籍貫，民族（漢族可不注），學(xué)位（或在讀學(xué)歷），技術(shù)職稱，主要從事的工作或研究方向，聯(lián)系電話、郵箱及

通訊地址、郵編。來稿為科研基金課題項(xiàng)目的請(qǐng)注明課題名稱和項(xiàng)目編號(hào)，獲獎(jiǎng)的請(qǐng)?zhí)峁┳C書復(fù)印件一份；發(fā)表后該項(xiàng)目獲獎(jiǎng)的，請(qǐng)函寄獲獎(jiǎng)證書復(fù)印件一份給本刊。