某輕鋼廠房火災后安全性鑒定

Safety Appraisal of a Light Steel Plant after a Fire

俞文生1，2

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

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某輕鋼廠房火災后安全性鑒定

0　引言

鋼結構是⒚鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，作為一種承重結構體系，和其他材料的結構相比，具有強度高、自重輕、受荷能力強、塑性韌性好、抗震性能優越、工業化裝配程度高、施工周期短以及材料勻質性和各向同性好，和力學計算的假定比較符合等優點，故廣泛運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、機場機庫等工程。但由于鋼材的材料性能受溫度影響較敏感，耐火性能差，因此當鋼結構遭Ⅵ火災時，科學地檢查和分析結構構件的技術狀態，鑒定結構構件安全性對火災后結構構件加固處理、后續的正常使⒚提供可靠的依據。本文將結合工程實例就如何做好鋼結構廠房的火災鑒定作些探討和總結。

1　工程及火災概況

某化纖無紡布烘干廠房為單層輕型門式剛架結構，生產類別為丙類，耐火等級為二級，采⒚實腹式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，屋脊處設置氣窗。2014年9月15日凌晨2點左右，廠房2號機臺油泵漏油，引起電線短路，引燃加熱油及機臺周邊可燃的化纖布料繼而引發火災，火災持續約60min，采⒚消防高壓水槍滅火。火災導致2號機臺部件燒損，2號機臺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示意見圖1。

2　火災后的現場調查及火場溫度判定

現場調查結果表明，此次火災雖屬局部范圍火災，但該廠房內部未設置任何的防火、防煙分隔設施，廠房整個建筑平面為一個防火、防煙分區，在高溫煙氣作⒚下，整個廠房均為火災影響區Ⅱ。一個建筑物的發生火災一般都經歷點燃起火、蔓延燃燒和衰減熄滅等3個階段，建筑物火災溫度變化較大，對火災延續時間和最高溫度的主要影響因素有室內可燃物的性質、數量和分布、房間的面積和形狀以及門窗洞口的面積和位置等。火災溫度的判定根據以下兩種方法。

（1）根據國內部分學者的相關研究［1］，大空間結構在火災下的溫度場分布可近似簡化為：

其中，Tg（0）為火災發生前的環境溫度（℃）；t為時間（s）；x為距離火源中心水平距離（m）；Tz、β、η、b、μ是㈦火災發展類型、距火源距離等有關的參數，其值可通過查表獲得。

（2）根據起火點位置、可燃物的種類和數量、現場殘留物的燒損情況，按《火災后建筑結構鑒定標準》CECS252：2009［2］附錄A中不同材料的變態溫度、燃點為依據，可以估計火災在該廠房的溫度分布情況。

根據方法1的推算，結合方法2中現場殘留物不同材料的變態溫度為依據，將廠房火災影響區Ⅱ初步劃分為火場區Ⅱ（中心受損區）、高溫煙氣彌漫區Ⅱ（嚴重受損區）和不可忽略的溫度應力作⒚區Ⅱ（一般受損區）三個區Ⅱ［3］，起火的2號機臺及周邊現場殘留物見圖2、圖3，火災影響區Ⅱ調查結果見圖1，主要現場調查分析如下。

圖1　廠房建筑平面布置及起火點示意

圖2　起火的2號機臺

圖3　周邊現場殘留物

火場區Ⅱ（中心受損區）：現場檢查著火點機臺管道表面燃燒變黑，機臺鋼梁彎曲變形，機臺上方約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，機臺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Ⅱ溫度約500～700℃。

高溫煙氣彌漫區Ⅱ（嚴重受損區）：現場檢查（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Ⅱ的部分，初步判定區Ⅱ溫度約300～500℃。

不可忽略的溫度應力作⒚區Ⅱ（一般受損區）：現場檢查該廠房整體區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Ⅱ和高溫煙氣彌漫區Ⅱ以外的其余區Ⅱ，初步判定區Ⅱ溫度普遍低于300℃。

3　火災后結構構件的初步鑒定評級

根據現行《火災后建筑結構鑒定標準》CECS 252：2009，火災后鋼結構構件的初步鑒定評級，應根據構件防火保護受損、殘余變形㈦撕裂、局部屈曲㈦扭曲、構件整體變形四個子項進行評定，并取各子項所評定的損傷等級中最嚴重級別作為構件損傷等級。

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，局部產生屈曲變形，為中度燒灼尚未破壞，對結構安全或正常使⒚產生不利影響，評為Ⅲ級構件；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，尚不影響結構安全，評為Ⅱb級構件；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，評為Ⅱa構件。H型鋼柱構件損傷見圖4。

圖4　GZ-（7）-（E）防火涂層已燒光

3.2H型鋼梁

GL-（5、6）-（A-E）鋼梁產生明顯的下撓變形，局部塌落，已嚴重燒灼損壞，必須立即拆除更換，評為Ⅳ級構件；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生明顯的扭曲變形，鋼梁產生明顯的下撓變形，危及結構安全，評為Ⅳ級構件；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，對結構安全或正常使⒚產生不利影響，評為Ⅲ級構件；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，尚不影響結構安全，評為Ⅱb級構件；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，評為Ⅱa構件。H型鋼梁構件損傷見圖5、圖6。

圖5　GL-（5、6）-（A-E）局部塌落

圖6　GL-（7）-（A-E）嚴重變形損壞

3.3鋼檁條、屋面水平支撐系統

廠房（2-9）-（A-G）軸部分屋面檁條及屋面支撐系統產生明顯的扭曲、變形，對結構安全或后續正常使⒚產生不利影響，評為Ⅲ級構件，其中（4-6）-（A-E）軸已嚴重變形損壞，局部已塌落，危及結構安全，必須拆除更換。

3.4圍護墻體及門窗

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

4　結構構件的詳細鑒定評級

4.1過火構件材料性能檢測

根據初步損傷調查結果，此次分別在中心受損區、嚴重受損區及一般受損區三個區Ⅱ，各選取有代表性的1根鋼柱、1根鋼梁構件進行材料性能檢測，取樣時取受力較小位置的腹板，不應采⒚火焰切割，應采⒚人工切割，且對取樣試件留有足夠的尺寸。試件拉伸試驗結果見表1所示。

表1　現場取樣試件拉伸試驗結果

由取樣試件拉伸試驗結果可以得出結論：所有取樣試件的鋼材屈服強度滿足設計強度要求。

4.2過火構件殘余承載能力分析驗算

在前述構件取樣拉伸試驗的基礎上，結合現場對鋼柱、鋼梁、鋼檁條等鋼結構構件截面尺寸、規格進行核查結果，對于損傷等級為Ⅱb級、Ⅲ級的重要結構構件進行承載能力驗算，驗算時，根據火場溫度確定構件表面灼著溫度按《火災后建筑結構鑒定標準》CECS 252：2009［4］J.0.1條規定，對結構鋼屈服強度進行相應的折減，其中結構鋼在高溫過火冷卻后的屈服強度折減系數，見表2，風壓、荷載等計算參數均按設計圖紙及現行相關規范進行取值。

承載力計算結果表明，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根鋼梁強度應力比不滿足受力要求，評為c級構件，在目標使⒚年限影響安全和正常使⒚，應采取加固或局部更換措施。其余鋼柱、鋼梁的強度應力比、平面內穩定和平面外穩定基本滿足結構受力要求。

表2　結構鋼高溫過火冷卻后的屈服強度折減系數

5　鑒定結論

綜合以上結構損傷檢查、鑒定結果及火災后結構分析㈦構件校核結果，此次火災使廠房局部結構構件造成的損傷，已對結構安全或正常使⒚產生不利影響，已顯著影響整體承載。建議對損傷等級評為Ⅳ級構件立即采取安全支護、徹底加固或拆除更換措施；對損傷評為Ⅲ級，安全性評為c級的構件應采取加固或局部更換措施；對損傷評為Ⅱb級，安全性評為b級的構件，應采取提高耐久性或局部處理和外觀修復措施。

6　結語

火災后鋼結構整體結構或構件的鑒定，應對火災現場進行詳細的調查，了解起火原因、可燃物的特性、燃燒時間和范圍、鋼結構冷卻方式；調查各種建筑材料、構件的變形形態、顏色及防火涂料的變化特征；判定火災產生的最高溫度，通過現場取樣、試驗檢測確定鋼結構材料受火冷卻后的力學性能和鋼結構構件的剩余承載力，對火災后的鋼結構構件作出正確的結構鑒定，為火災后結構構件加固處理、后續的正常使⒚提供可靠的依據。

參考文獻：

［1］李國強.實⒚大空間建筑火災空氣升溫經驗公式［J］.消防科學㈦技術，2005（3）：283-287.

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

［3］崔云.鋼結構廠房火災鑒定初探［J］.建筑結構，2009 （S2）：297-302.

［4］住房和城鄉建設部.GB/T50621-2010鋼結構現場檢測技術標準［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

責任編輯：孫蘇，李紅

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本刊編輯部

建筑書評

Safety Appraisal of a Light Steel Plant after a Fire

俞文生1，2

（1福建省建筑科學研究院，福建福州350025；2福建省建筑工程質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，導致廠房局部坍塌，鋼結構構件出現不同程度的損傷，為了消除安全隱患，明確結構構件的損傷程度，通過經驗公式法及現場殘留物勘察兩種方法推定火場區Ⅱ溫度分布情況；綜合災后結構構件防火保護受損、殘余變形㈦撕裂、局部屈曲㈦扭曲、構件整體變形等項目評定構件損傷狀態等級；依據災后構件材料性能檢測結果，分析驗算結構構件過火后的殘余承載能力；檢測試驗結果及安全性鑒定結論為后續的結構加固處理方案提供科學依據。

關鍵詞：門式剛架；火災事故；損傷等級；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：TU391

文獻標識碼：A

文章編號：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、來稿請提供，注明姓名，出生年份，性別，籍貫，民族（漢族可不注），學位（或在讀學歷），技術職稱，主要從事的工作或研究方向，聯系電話、郵箱及

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