周東波

摘要：火災(zāi)對建筑中鋼強(qiáng)度有著深遠(yuǎn)影響，故而若積極開展鋼強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，可以找到火災(zāi)下正確的鋼材處理方式。在此之上，本文簡要分析了建筑中鋼強(qiáng)度受火災(zāi)影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)方案，并從記錄鋼強(qiáng)度反應(yīng)現(xiàn)象、分析鋼強(qiáng)度影響因素、匯總鋼強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)等方法展開論述，維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：火災(zāi);里氏硬度;鋼強(qiáng)度

前言：根據(jù)2020年公布的年度火災(zāi)調(diào)查報(bào)告可知：僅在2020年共計(jì)處理25.2萬起火災(zāi)事件，引起40.9億元經(jīng)濟(jì)損失。雖然我國在火災(zāi)防控工作中已然取得卓越成就，但結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑火災(zāi)后的影響程度，應(yīng)提出可靠的保護(hù)鋼強(qiáng)度的舉措。

1、建筑中鋼強(qiáng)度受火災(zāi)影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)方案

1.1設(shè)計(jì)目的

要想進(jìn)一步知曉火災(zāi)對建筑中鋼強(qiáng)度的影響程度，理應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)法，總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繼而給出更為可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？紤]到傳統(tǒng)強(qiáng)度檢測方式，常需要采集樣品，在硬度檢測儀器下實(shí)施檢測，造成強(qiáng)度檢測工作難度較大，故而本次實(shí)驗(yàn)中主要以里氏硬度檢測方式了解鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度變化情況。在鋼強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中，其設(shè)計(jì)目的主要是經(jīng)過對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)條件，記錄對應(yīng)的強(qiáng)度值，而后判定影響鋼強(qiáng)度的具體因素，最終確保在火災(zāi)發(fā)生時能夠采用科學(xué)的處理方式，削弱火災(zāi)對鋼強(qiáng)度的負(fù)面影響。

1.2設(shè)計(jì)方案

本次實(shí)驗(yàn)中，具體使用的是H型鋼，并將其制成1m長柱體結(jié)構(gòu)，用于模擬鋼結(jié)構(gòu)特征。結(jié)合火災(zāi)發(fā)生時持續(xù)升溫特征，通過100℃-600℃的設(shè)置，對H型鋼強(qiáng)度實(shí)施刺激?；馂?zāi)撲滅方式以自然冷卻與澆水冷卻為主。本組實(shí)驗(yàn)中將恒溫時間段設(shè)計(jì)為5min-15min。為了避免受承載力干擾影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，為H型鋼結(jié)構(gòu)保持1.4N左右的施壓狀態(tài)。按照上述設(shè)計(jì)方案，分別觀察鋼強(qiáng)度在火災(zāi)下受到的影響程度，從而知曉如何妥善處理火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)配件。

2、火災(zāi)對建筑中鋼強(qiáng)度的影響方法

2.1記錄鋼強(qiáng)度反應(yīng)現(xiàn)象

從建筑鋼結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)侵害時，除了會對建筑物的易燃物品帶來損傷外，還會隨著溫度的變化，造成鋼強(qiáng)度出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。本次實(shí)驗(yàn)中分析不同火災(zāi)溫度下，H型鋼模型變化特征，在100℃逐漸升溫為300℃時，H型鋼模型基本上未出現(xiàn)任何變化。而在400℃條件下，雖然實(shí)驗(yàn)中有部分H型鋼模型出現(xiàn)晃動，但并不明顯。直到達(dá)到500℃，H型鋼產(chǎn)生強(qiáng)烈的前后搖晃現(xiàn)象。究其根本，此種反應(yīng)現(xiàn)象多源于火災(zāi)干擾中，H型鋼原本的承載力已無法承受火災(zāi)條件下的承載需求，致使H型鋼處于承載不足狀態(tài)。此時，在強(qiáng)烈晃動中，H型鋼本身強(qiáng)度將有所減小，為了防止建筑鋼強(qiáng)度下降，則應(yīng)當(dāng)在建筑鋼結(jié)構(gòu)中安裝抗振動裝置。

2.2分析鋼強(qiáng)度影響因素

2.2.1溫度

為了進(jìn)一步驗(yàn)證火災(zāi)溫度對鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否具有影響，還需要在不同溫度下對其進(jìn)行相同恒溫持續(xù)時間的實(shí)驗(yàn)，而后對火災(zāi)后的H型鋼硬度值予以測量，掌握火災(zāi)溫度與鋼強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性。首先，需設(shè)定火災(zāi)溫度值，從100℃到600℃分別設(shè)計(jì)6組實(shí)驗(yàn)，為其提供相同的恒溫與冷卻條件，采用里氏硬度測量方式觀察不同溫度下強(qiáng)度變化規(guī)律;其次，以自然冷卻與澆水冷卻，判斷溫度與鋼強(qiáng)度關(guān)聯(lián);最后，匯總數(shù)據(jù)得出結(jié)論。一方面，隨著升溫，若假設(shè)在自然冷卻條件下，鋼強(qiáng)度將與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。另一方面，在澆水冷卻中同樣產(chǎn)生隨著溫度升高，鋼強(qiáng)度變大現(xiàn)象。從數(shù)值變化結(jié)果上分析，雖然溫度確實(shí)會對鋼強(qiáng)度產(chǎn)生些許影響，但影響幅度偏低[1]。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，強(qiáng)度往往影響火災(zāi)救援結(jié)果。雖然從實(shí)踐研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)屬于不可燃材料，有著一定的耐熱性。但并不代表隨著火災(zāi)溫度升高，它能夠保持持久性強(qiáng)度不變的結(jié)果。特別是對缺少保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)。在發(fā)生火災(zāi)時，隨著受熱不均以及受熱面積的擴(kuò)散，其強(qiáng)度會逐漸減弱。此時，滅火救援人員若無法快速撲滅火源，會誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)坍塌后果，繼而增加救援風(fēng)險(xiǎn)。所以，結(jié)合溫度對鋼強(qiáng)度的影響情況，在火災(zāi)撲救工作中，應(yīng)當(dāng)控制好鋼結(jié)構(gòu)表面的受熱溫度。

2.2.2受力狀態(tài)

受力狀態(tài)也是影響鋼強(qiáng)度的一個因素。在本組實(shí)驗(yàn)中，具體以受力、不受力作為兩種不同的實(shí)驗(yàn)條件。經(jīng)由相關(guān)研究結(jié)果的分析，可知：于恒溫5min的實(shí)驗(yàn)條件下，受力狀態(tài)下的鋼結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度會隨著溫度升高，產(chǎn)生強(qiáng)度上升情況，并且保持不同幅度的上升狀態(tài)。不受力狀態(tài)下。雖然在600℃以前基本上隨著升溫而產(chǎn)生強(qiáng)增加效果。但持續(xù)升溫，鋼強(qiáng)度明顯比不上受力狀態(tài)下的強(qiáng)度變化幅度。從里氏硬度檢測中判定鋼強(qiáng)度值，依舊不能將受力狀態(tài)列入關(guān)鍵性影響因素中。

2.2.3檢測部位

以里氏硬度檢測方法對不同部位的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施強(qiáng)度檢測，其中將本組實(shí)驗(yàn)中的檢測位置確定為鋼結(jié)構(gòu)翼緣自上而下三個部位與腹板處三個位置。在持續(xù)恒溫5min時，鋼結(jié)構(gòu)腹板上部，隨著溫度上升，硬度值明顯增加。腹板下部強(qiáng)度上升幅度遠(yuǎn)比不上上部，在火災(zāi)溫度達(dá)到300℃時，腹板中部受到火災(zāi)的影響，鋼強(qiáng)度雖有增加，但幅度與上下兩個部位比較偏低。在統(tǒng)一以澆水冷卻法實(shí)施降溫時，保持恒溫時鋼強(qiáng)度上下兩個部位強(qiáng)度值有所接近，中部強(qiáng)度趨于不穩(wěn)定。翼緣處強(qiáng)度變化與腹板處相同。由于鋼強(qiáng)度的不同部位會在火災(zāi)侵害下而形成不同的反應(yīng)情況。所以，一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)的中部強(qiáng)度會明顯低于上下兩個部位。為了杜絕鋼結(jié)構(gòu)因軟化或斷裂后果，降低其承載力，于火災(zāi)撲救工作中理應(yīng)先行撲滅鋼結(jié)構(gòu)的中間部位，而后再去撲滅上下兩個部位的火源。

2.3匯總鋼強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)

2.3.1冷卻后里氏硬度值

火災(zāi)在影響建筑中鋼強(qiáng)度時，還需要充分考慮冷卻方式對里氏硬度值的影響情況。一般情況下，針對火災(zāi)中的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施澆水冷卻，又或是等待鋼結(jié)構(gòu)自然冷卻，所產(chǎn)生的里氏硬度值多有差異。其一，于澆水冷卻后，可總結(jié)出里氏硬度值與鋼強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性，即，式中指的是鋼強(qiáng)度，H是指里氏硬度值。基本上可以呈現(xiàn)線性關(guān)系;其二，自然冷卻中，以表示。兩種不同冷卻方式，可以證實(shí)里氏硬度值與鋼強(qiáng)度保持相似的變化關(guān)系。隨著里氏硬度值的增加（起始點(diǎn)320），鋼強(qiáng)度也會從300MPa有所增加[2]。結(jié)合冷卻方式對鋼強(qiáng)度的影響程度，在火災(zāi)撲救過程中，應(yīng)當(dāng)盡量以澆水冷卻方法為主。如若不及時以澆水方式撲滅火源，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會隨著自然冷卻逐漸降低，從而對后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)的修復(fù)產(chǎn)生不良刺激。

2.3.2上中下檢測強(qiáng)度值

在對腹板、翼緣部位強(qiáng)度進(jìn)行檢測時，可發(fā)現(xiàn)火災(zāi)下不同部位的檢測強(qiáng)度存在明顯差異。從翼緣部位著手，可了解到，它的強(qiáng)度檢測結(jié)果略高于腹板。若為其設(shè)定澆水冷卻方式，則適當(dāng)提高翼緣處的鋼強(qiáng)度。鑒于此，在檢測火災(zāi)的影響程度時，要想準(zhǔn)確知曉鋼強(qiáng)度的變化規(guī)律，可以從不同檢測部位處分別予以確定，并且以翼緣處的檢測值為標(biāo)準(zhǔn)，以免火災(zāi)嚴(yán)重影響鋼強(qiáng)度，造成建筑中的鋼結(jié)構(gòu)受到侵害。尤其隨著火災(zāi)溫度的上升，應(yīng)當(dāng)盡量以自然冷卻后翼緣下部的強(qiáng)度檢測值為標(biāo)準(zhǔn)，借此判定鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化幅度。

結(jié)論：綜上所述，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，一旦遭受火災(zāi)，其結(jié)構(gòu)完整度將受到影響。至于鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則與火災(zāi)后結(jié)構(gòu)降溫冷卻方式、強(qiáng)度檢測部位有關(guān)。為了進(jìn)一步維護(hù)建筑中鋼強(qiáng)度的穩(wěn)定性，使其免遭火災(zāi)刺激，影響其實(shí)際性能，則應(yīng)當(dāng)優(yōu)選自然冷卻、翼緣檢測方式，以此提高鋼強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]強(qiáng)旭紅，武念鐸，羅永峰.高強(qiáng)鋼梁柱外伸式端板節(jié)點(diǎn)常溫與火災(zāi)后性能參數(shù)分析[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，45（05）：62-75.

[2]徐磊，盧永錦.火災(zāi)爆炸作用下921A鋼力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系[J].船舶工程，2019，41（01）：69-73.