選煤廠主洗車間火災后鋼結構鑒定與修復方案

李洪義

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012； 2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

火災高溫對結構鋼的機械性能有著顯著影響。近年來，隨著鋼結構應用的增多，火災造成鋼結構破壞的事故也逐漸增多。在選煤工程中，大的火災事故并不常見，因而選煤界的工程師對此類修復工程處理的經驗較少。文章結合實際工程案例，詳細介紹了近期一選煤廠主洗車間火災后鋼結構的鑒定與修復處置過程，以期為選煤工程中的火災事故修復提供一定借鑒。

1 工程概況

發生火災的工程為一選煤廠新建的煤泥水車間，該車間采用鋼結構。在土建施工結束，設備安裝收尾階段，帶水調試的前夜突發火災，鋼結構廠房及著火點附近樓層設備受損嚴重，但無人員傷亡。該車間長度為33 m，寬度為29.5 m，檐高度為26 m，下部三層為鋼結構框架，頂層為大空間結構，采用條形基礎，鋼筋混凝土組合樓板。各層設備布置情況如下：一層主要布置變壓器室、配電室、介質桶、產品皮帶等；二層主要布置離心機、刮板機等；三層布置壓濾機溜槽、浮選機支架；四層主要布置浮選機、壓濾機等設備。在標高+24 m位置設置10 t天車。該廠房(新建煤泥水車間)的平面及立面布置如圖1、圖2所示。

圖1 新建煤泥水車間平面布置圖

圖2 新建煤泥水車間立面布置圖

依據相關規范[1-3]，該廠房的生產類別為戊類，防火等級為二級，柱的耐火極限為2.5 h，梁的耐火極限為1.5 h，屋頂承重構件、鋼梯的耐火極限為1.0 h。為此，建筑設計時，鋼結構梁柱表面噴涂超薄型水性防火涂料，維護外墻及屋頂均為彩色鋼板巖棉夾心板，與原有建筑物相鄰的墻面上設置有甲級防火門窗。

2 火災后鋼結構廠房的受損鑒定

火災后，在消防、公安等部門將事故經過、受損情況、劃清責任、事實無異、事故鑒定完畢后，業主方立即啟動了廠房的鑒定、修復等工作。

2.1 火災后鋼結構廠房受損情況

火災是由于夜間施工時，管道安裝工人操作不當，焊接時引燃壓濾機濾布及液壓油，隨后又引燃了壓濾機溜槽內的高分子內襯而發生的。黎明時分，大火被消防隊用冷水撲滅，燃燒時間超過3 h。

經過勘察，大火造成兩品屋面梁坍塌，四層樓面以下框架受損較輕，基本完好；四層樓面以上的鋼柱、鋼梁嚴重變形，天車掉落，壓濾機附近鋼梁有明顯變形；四層以上墻面、屋面損壞嚴重。

2.2 鋼結構過火前后的性能變化

隨著溫度的升高，結構鋼的屈服強度降低[4-5]，經過自然冷卻或潑水冷卻后，其屈服強度不一定會回到原來的數值，其折減系數與溫度有關，二者的對應關系見表1。

表1 結構鋼高溫下與高溫過火冷卻后的屈服強度折減系數Table 1 Coefficients of reduction of yield strengths of steel structure under high temperature and after cooling down

2.3 車間內鋼結構梁柱的檢測結果

經過初步勘察，著火點附近防火涂料脫落，鋼構件變形嚴重，距著火點較遠位置的構件表層涂裝完好。一、二樓沒有影響，三樓影響輕微，四樓樓板局部受損，四樓屋面梁變形嚴重，沒有修復價值，直接替換；四層鋼柱明顯變形，以檢測結果為依據判斷是否替換[6-9]。以著火點為中心，對圖2所示的1—5號四周的梁柱等構件進行取樣檢測，檢測結果見表2。

表2 過火后取樣結構鋼的機械性能

3 火災后鋼結構廠房的修復方案

根據抽檢結果，并考慮防火涂料的影響，推測出抽檢鋼柱的經歷高溫為500 ℃，抽檢鋼梁的經歷溫度為600℃。經進一步論證計算[10-11]，火災造成建筑物局部損壞，決定采用以下方案修復：

(1)因變形太大，屋頂鋼梁、吊車梁、系桿、支撐全部拆除換新；

(2)因修復難度較大，四層以上的著火點一側鋼柱拆除換新，另一側鋼柱返廠調直、修整后重復利用；

(3)四層著火點周圍防火涂料脫落的鋼梁全部拆除換新；

(4)防火涂料脫落的梁-柱(梁-梁)節點，連接板、高強螺栓拆除換新，梁的摩擦面重新處理[12]；

(5)過火、變形的墻(屋)面檁條、拉條、夾芯板、門窗等維護結構拆除重做。

4 火災后鋼結構廠房的施工與驗收

依據上述修復方案，施工隊對廠房進行修復，其它專業也制定了相應的修復方案，并依照方案進行了施工。經過3個月的緊張施工及6個月的試運轉，建設單位組織了由設計、施工、監理單位及工程質量監督部門參加的土建工程竣工驗收。五方一致認為，該修復工程符合規定要求，具備驗收條件，予以合格驗收。

5 結語

在選煤工程中，因工藝需求，廠房內有大量的水，這種級別的火災并不常見，因而選煤工程建設者對該類事故處置經驗較少。此次火災后鋼結構的鑒定與處置的方法，可為今后類似問題的處理提供參照和借鑒。另外，由于該廠房內設備的振動頻率不高，振幅不大，故此次事故處置過程忽略了過火結構鋼的疲勞問題，關于該問題有待今后進行進一步的研究。

[1] 住房和城鄉建設部. 建筑設計防火規范：GB 50016—2014[S]. 北京：中國計劃出版社， 2014.

[2] 住房和城鄉建設部. 選煤廠建筑結構設計規范：GB 50583—2010[S]. 北京：中國計劃出版社， 2010.

[3] 中國工程建設標準化協會. 建筑鋼結構防火技術規范：CECS 200—2006[S]. 北京：中國計劃出版社，2006.

[4] 中國工程建設標準化協會. 火災后建筑結構鑒定標準：CECS 252—2009[S]. 北京：中國計劃出版社，2009.

[5] 李國強，蔣首超，林桂祥.鋼結構抗火計算與設計[M]. 北京：中國建筑工業出版社, 1999.

[6] 丁發興,余志武,溫海林. 高溫后Q235鋼材力學性能試驗研究[J]. 建筑材料學報,2006(2):245-249.

[7] 雷宏剛,冀建軍. 某鋼結構工程火災后的檢測鑒定[J]. 建筑結構,2009, 39(S1):485-487.

[8] 李仰賢,朱 鋒. 某鋼結構廠房火災后的鑒定[J]. 鋼結構,2010, 25(4):69-71，20.

[9] 趙國棟,孫會社,于立強,等. 某鋼結構廠房火災后結構安全性鑒定與安全措施[J]. 建筑結構,2010, 40(S2):511-514.

[10] 唐紅元,王澤云,賈益綱. 某化纖廠房火災后的鑒定及加固處理[J]. 工業建筑,2012, 42(7):152-155，170.

[11] 梁兆強. 房屋火災后結構檢測鑒定與抗震性能分析[J]. 廣州建筑,2014, 42(3):33-37.

[12] 俞 珊,樓國彪,張 成. 高強度螺栓摩擦型連接火災后抗剪試驗研究[J]. 防災減災工程學報,2012,32(S1):6-14.