某單層門式剛架結構廠房火災后檢測鑒定研究

孟再生

(安徽省建院工程質量檢測有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

工業建筑不時可見因電路老化、動火安全管理不到位等導致火災的事故報道。僅2020年就有9 264起生產企業發生火災，是除住宅火災外占比較大的一類火災[1]。單層門式剛架結構因其自重輕、抗震性能好等方面的優勢，是工業建筑中的常用結構形式[2]。有研究案例表明鋼材在過火溫度較低的情況下其屈服強度和極限強度相比常溫下會略有升高；然而當過火溫度達到一定高度后，鋼材的屈服強度和極限強度開始發生降低，且隨著溫度越高降低幅度越大[3]。

鋼材耐火性能較差，受火后屈服強度、彈性模量均迅速降低[4]，對結構損傷一般較大。目前市場上常用的防火涂料有厚涂型、薄涂型、超薄型防火涂料。厚涂型防火涂料的耐火極限為1～3 h，外觀裝飾性較差；薄涂型防火涂料在受火時能膨脹發泡，耐火極限一般不超過2 h，裝飾性良好但發泡率不高；超薄型防火涂料在受火時膨脹發泡形成致密的防火隔熱層，延緩鋼材升溫，耐火極限一般不超過2 h，裝飾性好。

鋼結構火災后安全性不明，對其進行火災后結構鑒定、明確火災對結構安全的影響和為后續處理決策提供依據十分必要。

1 工程概況

1.1 工程結構概況

某單層門式剛架結構于2020年建設，獨立基礎+筏板基礎，屋面、墻面為巖棉夾芯板輕鋼結構，建筑高度為19.2 m，建筑面積約為260 m2。結構安全性等級為二級，結構重要性系數為1.0，建筑抗震設防類別為乙類，鋼結構抗震等級為三級，內有鋼框架平臺和鋼筋混凝土框架平臺，其中鋼筋混凝土框架抗震等級二級。建筑物火災危險性分類為戊類，耐火等級為二級。設計柱耐火極限為2.5 h，梁耐火極限為1.5 h，樓板耐火極限為1.0 h，屋頂承重構件耐火極限為1.0 h。建筑平面布置如圖1所示。

圖1 建筑平面布置

1.2 火災概況

該建筑于2021年某一天發生火災，大火燃燒約40 min后撲滅。起火部位為車間振動篩，起火點位于振動篩內部中間位置。起火原因為電焊工在操作時，電焊渣落到振動篩內部中間位置引燃橡膠板引發火災?；馂挠绊懛秶饕?2.0 m標高鋼平臺、屋面及周邊墻面。

2 鑒定過程

火災后工程結構鑒定過程如下[5]：

(1) 初步調查：查閱圖紙資料，包括結構設計和竣工資料，調查結構使用及改造歷史、實際使用狀況；了解火災過程及火災影響區域，查閱火災報告等；現場勘察了解火場殘留物狀況、荷載變化情況；觀察結構損傷情況，判斷主體結構及附屬物的整體牢固性、出現垮塌的風險性。

(2) 初步鑒定：初步判斷結構所受的溫度范圍和作用時間，調查火災過程、火場殘留物狀況及火災影響區域等；調查結構構件受火災的損傷程度，包括燒灼及溫度損傷狀態和特征等；根據結構構件損傷特征進行結構構件的初步鑒定評級。

(3) 詳細鑒定：根據火作用調查與檢測結果，進行結構構件過火溫度分析；根據鑒定需要，對受火與未受火結構構件的材質性能、結構變形、節點連接、結構構件承載能力進行專項檢測分析；根據受火結構材質特性、幾何參數、受力特征和調查與檢測結果，進行結構分析計算和構件校核；按現行有關標準規定進行整體的安全性鑒定評級。

(4) 結論：綜合上述各種檢測鑒定成果，得出火災后工程結構鑒定結論。

3 調查與檢測

3.1 初步調查

搜集到該建筑的結構設計圖紙、竣工資料和地質勘察報告。該建筑經正規設計、施工，于2020年9月完工后投入使用，未經過加固或改造，火災前使用狀況良好。

鋼構件表面兩道紅丹打底，中間漆兩道云鐵醇酸防銹漆，面漆兩道醇酸磁漆。

振動篩和吊車已受損，不具備相應功能。振動篩橡膠已燃燒完全，5.5 m鋼平臺2-3/C鋼柱撐存在嚴重殘余變形，如圖2所示。5.5 m鋼平臺2/B柱、2/C柱、3/C柱、(1/3)/B柱上端受火，油漆燒光。12.0 m鋼平臺鋼梁可見嚴重殘余變形，油漆已燒光，如圖3所示。

圖2 5.5 m鋼平臺23/C鋼柱撐

圖3 12.0 m鋼平臺鋼梁

12.0 m鋼平臺2/C柱下端油漆脫皮。2-4/C吊車梁和2-3/C鋼柱撐油漆燒光，屋面檁條和墻面檁條受火嚴重殘余變形，4軸鋼梁、4/B鋼柱和C軸系桿表面油漆燒光。2/B-C鋼梁油漆變黑脫落，3/B-C鋼梁油漆燒光，2-3/B-C屋面支撐油漆燒光，吊車北段油漆燒光。

該建筑2-3軸柱間支撐明顯變形，主體結構的整體牢固性較差，12.0 m鋼平臺有垮塌的風險。

3.2 火作用調查與分析

火勢通過設備管道及孔洞導向5.5～12.0 m鋼平臺區域和12.0 m鋼平臺-屋蓋區域，火勢大、煙霧濃，可燃物較少?？扇嘉锓N類為橡膠，燃燒時產生濃煙?，F場可燃物數量較少，主要分布于振動篩內。振動篩運行時通風條件良好，受火墻體及屋蓋的熱傳導特性良好?，F場基本無可燃物殘留，燒損狀況如上文所述。根據火災過程、現場殘留物狀況及結構外觀燒損狀況判定，鋼構件表面曾經達到的最高溫度大于700 ℃。該建筑火災影響區域主要為12.0 m鋼平臺及周邊墻面、屋頂。

3.3 結構構件現狀檢測

該建筑經正規設計、施工，竣工資料齊全，驗收程序完整，使用功能與設計相符，認為該建筑火災前結構構件滿足結構設計圖紙要求，故不對結構截面尺寸、鋼材牌號等進行檢測。

檢查鋼結構構件連接節點的變形、裂損狀況，未見明顯異常。采用全站儀對受火范圍內部分鋼梁跨中撓度進行檢測[6，7]，檢測結果表明12.0 m標高鋼構件實測撓度介于32～93 mm。對受火范圍內部分鋼柱側向垂直度進行檢測，檢測結果表明2/C鋼柱和2/B鋼柱側向未出現明顯垂直度偏差。

4 鑒定評級

4.1 初步鑒定

地基基礎、混凝土構件、1軸鋼梁鋼柱、A軸鋼柱和2-4/A-C 5.5 m平臺以下鋼結構構件未遭受燒灼作用，未發現火災及高溫造成的損傷，構件材料、性能及安全狀況未受到火災影響，構件初步鑒定等級為Ⅰ級。

12.0 m鋼平臺鋼梁構件和4軸墻面檁條、C軸墻面檁條、3-4/B-C屋面檁條出現嚴重殘余變形，初步鑒定等級為Ⅳ級。其余構件初步鑒定評級見表1所示。

表1 構件初步鑒定評級

4.2 詳細鑒定

按承載能力、構造連接兩個項目分別評定等級，并計入火災后材料的實際性能和結構構造以及火災造成的變形和損傷的不利影響，取其中較低等級作為火災后結構構件的詳細鑒定等級。

根據建筑物的使用歷史和當前技術狀況，鑒定目標使用年限取為50年。

4.2.1 計算分析

根據上文確定的鋼結構構件表面溫度，高溫過火冷卻后結構鋼的屈服強度折減系數取0.82。

(1) 驗算參數：主剛架屋面均布活荷載取0.3 kN/m2，檁條屋面均布活荷載取0.5 kN/m2，5.5 m和12.0 m鋼平臺樓面均布活荷載取4.0 kN/m2，基本風壓取0.35 kN/m2(R=50)，雪壓取0.70 kN/m2(R=100)；主剛架材料強度Q235，檁條材料強度Q345；建筑抗震設防類別為乙類，鋼結構抗震等級為三級，鋼筋混凝土框架抗震等級為二級。

(2) 承載能力：依據現行相關規范[8]，建立模型進行復核驗算，驗算結果表明該建筑非受火范圍鋼結構構件滿足承載要求，2～4軸鋼梁構件滿足承載要求。

4.2.2 安全性鑒定評級[9]

(1) 構件安全性評級：混凝土梁、柱構件安全性等級評為a級，混凝土板構件安全性等級評為b級，12.0 m鋼平臺、4/B-C墻面檁條、2-4/C墻面檁條、3-4/B-C屋面檁條鋼構件安全性等級評為d級，2-4/C吊車梁安全性等級評為c級，2/B-C鋼梁、3/B-C鋼梁、4軸鋼梁、其余屋面檁條鋼構件安全性等級評為b級，其余鋼構件安全性等級評為a級。

(2) 結構系統安全性評級：建設場地較為平整，非邊坡地帶，未發現顯著變形和滑移跡象及地坪沉降，綜合評定地基基礎的安全性等級評為A級；根據結構承載功能等級、結構整體性等級進行上部承重結構安全性等級的評定，上部承重結構承載功能等級評為C級，結構整體性等級評為B級，上部承重結構安全性等級評為C級；根據圍護結構的承載功能等級和構造連接等級進行圍護結構系統的安全性等級的評定，圍護結構系統的承載功能等級評為C級，構造連接等級評為B級，圍護結構系統安全性等級評為C級。

(3) 鑒定單元安全性評級：該鑒定單元的安全性等級評為三級。

5 處理建議

該建筑結構形式簡單，受損部位集中，適修性良好，可在進行加固處理后繼續使用，處理建議如下所述。在保障施工安全的前提下對c級構件進行加固或更換，如2-4/C吊車梁。d級構件多已存在嚴重殘余變形，不滿足正常使用要求，應立即采取措施，此類構件再利用價值或加固經濟性低，可對d級構件進行更換，如12.0 m鋼平臺、4/B-C墻面檁條、2-4/C墻面檁條、3-4/B-C屋面檁條。b級構件，如2/B-C鋼梁、3/B-C鋼梁、4軸鋼梁、其余屋面檁條，承載能力滿足要求、構造連接良好，可不采取措施。

6 結 語

綜合地基基礎、上部承重結構、圍護結構系統的安全性等級，該建筑物結構安全性等級為三級，不符合國家現行標準的安全性要求，影響整體安全，應采取措施。

鋼結構火災后工程結構鑒定過程中，過火溫度相較于其他材質結構更容易判斷。判斷依據主要有現場殘余物狀況、防腐涂裝狀況、結構構件變形情況等，這對內業工作時計算分析具有重要意義。鋼結構構件變形是其受力顯著變化的易見特征，在鑒定過程中應著重關注受彎構件的撓度和受壓構件垂直度，可采用全站儀無棱鏡法、拉線法或吊錘法等進行檢測。撓度和垂直度檢測時，對不滿足規范允許偏差時，應對受檢構件相連的鋼梁或鋼柱進行檢測，判斷是否存在因火災導致的構件附加變形和附加內力等，對建筑物整體性評定具有重要意義。

該廠房火災燃燒時間約40 min，雖未達到設計最低耐火極限1.0 h卻已發生燒損變形，可見鋼材防火存在不足，主要原因可能有設計存在不足、未按圖施工防火涂層、防火涂層厚度不足、防火涂料性能不滿足設計要求等。

工業廠房因其肩負生產工作，火、電作為生產動力使用較頻繁，多堆放易燃的生產原料或產品，應適當考慮提高其防火設計要求。且工業廠房應以安全生產為首要考慮因素，外觀裝飾性可適當讓步，建議優先考慮采用耐火極限較長、施工完成后外觀檢驗直觀的厚涂型防火涂料。對外觀要求高的鋼結構廠房，可采用性能更優的薄涂型、超薄型防火涂料，加強施工過程中的管理與施工完成后的檢驗。對防火要求高的工業廠房可在防火涂料施工完成后、廠房投產前準備好消防設施，在確保安全的情況下采用溫度傳感器等進行現場鋼構件局部燃燒試驗，檢驗其耐火性能是否滿足設計文件或生產單位的要求。

鋼材耐火性能較差，而火災情況仍會繼續發生，如何加強鋼材耐火性能，保障鋼材受火后的結構性能，需要從業人員繼續探索?；馂暮箐摻Y構檢測鑒定后明確處理范圍并給出相關處理建議，要求檢測鑒定人員不僅要掌握檢測鑒定知識，還要拓寬加固設計和施工等知識面。