司法鑒定中關(guān)于火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)損傷的技術(shù)評定

劉育民，左勇志，馬月坤，孫迪，南錕

（北京市建筑工程研究院 建設(shè)工程質(zhì)量司法鑒定中心，北京100039）

司法鑒定中關(guān)于火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)損傷的技術(shù)評定

劉育民，左勇志，馬月坤，孫迪，南錕

（北京市建筑工程研究院 建設(shè)工程質(zhì)量司法鑒定中心，北京100039）

鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于我國的建筑行業(yè)，但耐火性能差一直是影響鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要因素。目前，國家尚無專門針對鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)鑒定標(biāo)準(zhǔn)。隨著鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)事故不斷增多、當(dāng)事人各方利益糾紛嚴(yán)重，火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)損傷評定技術(shù)逐漸成為建筑工程司法鑒定行業(yè)的新興課題?；饒鰷囟鹊呐卸?、構(gòu)件損傷識別技術(shù)、構(gòu)件強(qiáng)度折減以及節(jié)點(diǎn)連接性能變化是火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)安全性鑒定的主要內(nèi)容。結(jié)合工程案例，對火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)損傷識別、安全性評估等技術(shù)問題進(jìn)行探討，供相關(guān)從業(yè)人員參考。

安全鑒定；火災(zāi)；鋼結(jié)構(gòu)；損傷評定

鋼結(jié)構(gòu)建筑具有自重輕、抗震性能優(yōu)越、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來得到了快速的發(fā)展。然而，由于鋼材的材料性能受溫度影響較為敏感，其耐火性能較差，隨著溫度的升高，鋼材的屈服強(qiáng)度、彈性模量迅速降低，一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)建筑輕則損傷破壞、重則房屋倒塌。一般來說，若鋼結(jié)構(gòu)受火溫度達(dá)600℃以上，則在大火燃燒20min后就會失去承載能力而坍塌[1-2]。對于受火而未坍塌的鋼結(jié)構(gòu)，其主要受力構(gòu)件的溫度應(yīng)該低于600℃。由于滅火方式的不同，鋼材的屈服強(qiáng)度會有不同程度的降低，但不會超過20%[3-4]，單個構(gòu)件的剩余承載力是很大的。所以對受火而未坍塌的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的損傷識別、安全性評估并作出合理的加固處理措施，能充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的最大效益，大大減少火災(zāi)損失。

1 案例概況

北京某鋼結(jié)構(gòu)主廠房2006年建成投產(chǎn)，采用門式鋼架輕鋼結(jié)構(gòu)體系，主鋼架采用Q345B.Z鋼板制作，圍護(hù)墻為75mm厚彩色超細(xì)玻璃棉雙層復(fù)合鋼板，復(fù)合地基，獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)計耐火等級為二級，生產(chǎn)類別丁類，總建筑面積約20000ｍ2。主廠房分為①～④、⑤～⑥兩部分，⑤～⑥部分帶有20/5t吊鉤橋式起重機(jī)，輕級工作制，軌距S=22.5m，最大輪壓Pmax=19.9t，車寬5.944m，輪距4.1m。主廠房標(biāo)準(zhǔn)榀鋼架如圖1所示。

圖1 主廠房標(biāo)準(zhǔn)榀鋼架圖

2 火災(zāi)情況調(diào)查

該鋼結(jié)構(gòu)廠房于2012年6月某日凌晨發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)中廠房承重鋼結(jié)構(gòu)局部倒塌、結(jié)構(gòu)構(gòu)件多處受損，廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)多處燒毀或受損，廠房內(nèi)部分物品燒毀，無人員傷亡。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控錄像及火災(zāi)事故認(rèn)定書，該廠房火災(zāi)系由廠房內(nèi)線路短路引燃，打火位置下方貨架上可燃物所致。線路打火位置為④×C～D軸區(qū)域貨架上方線纜處?；鹎橛诹璩?點(diǎn)06分開始，5點(diǎn)30分左右結(jié)束。根據(jù)現(xiàn)場工作人員陳述，該廠房內(nèi)物品擺放位置如圖2所示。

圖2 廠房內(nèi)物品擺放位置示意圖

3 現(xiàn)場勘驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

3.1 現(xiàn)場情況簡述

現(xiàn)場勘驗(yàn)時，該廠房①～④軸范圍內(nèi)南側(cè)A～H區(qū)域主體結(jié)構(gòu)已倒塌，北側(cè)未倒塌的區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)件均存在不同程度損傷，損傷程度從南向北逐漸減弱，部分鋼架梁、柱變形、扭曲嚴(yán)重，圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面板、墻板）均存在不同程度損傷，損傷程度從南向北逐漸減弱；⑤～⑥軸范圍內(nèi)主體結(jié)構(gòu)均未倒塌，結(jié)構(gòu)構(gòu)件均存在不同程度損傷，損傷程度從南向北逐漸減弱，部分鋼架梁、柱、吊車梁變形、扭曲嚴(yán)重，圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面板、墻板）均存在不同程度損傷，損傷程度從南向北逐漸減弱?，F(xiàn)場勘驗(yàn)照片如圖3~6所示。

圖3 火災(zāi)后外觀實(shí)況

圖4 火災(zāi)后內(nèi)部實(shí)況

圖5 火災(zāi)后局部倒塌實(shí)況一

圖6 火災(zāi)后局部倒塌實(shí)況二

3.2 現(xiàn)場勘驗(yàn)情況

3.2.1火災(zāi)后構(gòu)件損傷勘驗(yàn)

現(xiàn)場對該廠房火災(zāi)后構(gòu)件損傷情況進(jìn)行勘驗(yàn)，勘驗(yàn)情況如表1～2所示。

表1 （1～4軸）火災(zāi)后構(gòu)件損傷情況

表2 （5～6軸）火災(zāi)后構(gòu)件損傷情況

3.2.2廠房①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸區(qū)域鋼架梁柱變形檢測

對該廠房火災(zāi)后未倒塌區(qū)域的鋼架梁跨中垂直度、側(cè)向彎曲矢高、鋼架柱垂直度、吊車梁頂面高差、吊車梁側(cè)向彎曲矢高進(jìn)行現(xiàn)場抽檢，抽檢的26個鋼架梁中，16個梁跨中垂直度偏差不符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）的相關(guān)規(guī)定[5]；1個梁側(cè)向彎曲矢高不符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）的相關(guān)規(guī)定；現(xiàn)場抽檢的6個吊車梁中，1個吊車梁側(cè)向彎曲矢高不符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）的相關(guān)規(guī)定，4個吊車梁頂面高差不符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）的相關(guān)規(guī)定；現(xiàn)場抽檢的36個鋼架柱中，34個柱子垂直度偏差按《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144-2008）評為 C 級[6]，27個柱子垂直度偏差按《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 252：2009）評為Ⅲ級[7]，以上抽檢結(jié)果中，部分偏差已超過規(guī)范允許限值的2倍以上；對現(xiàn)場抽檢的柱子垂直度偏差進(jìn)行統(tǒng)計分析，部分柱子有向西、南傾斜的趨勢，因此，火災(zāi)中高溫作用或局部構(gòu)件倒塌對①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸區(qū)域構(gòu)件水平側(cè)移有較大影響。

表3 火場殘留物勘驗(yàn)情況

表4 取樣勘驗(yàn)情況

3.2.3火場內(nèi)現(xiàn)場取樣、勘驗(yàn)

該廠房火災(zāi)后現(xiàn)場取樣、勘驗(yàn)情況如表3～4所示。

4 火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)損傷評定

4.1 火場溫度推定

4.1.1根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線推定

國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定的ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線[8]表達(dá)式為 T＝T0+3451g（8t+1），其中，T 為標(biāo)準(zhǔn)溫度（℃），T0為自然溫度（℃），t為火災(zāi)經(jīng)歷的時間（min）。

根據(jù)氣象資料，火災(zāi)發(fā)生時自然溫度約為20℃；根據(jù)現(xiàn)場人員陳述，火災(zāi)經(jīng)歷時間總計約2小時24分鐘即144分鐘。據(jù)此，計算推定火場最高溫度為：T＝T0+3451g（8t+1）=20+3451g（8×144+1）＝1076（℃）。

4.1.2根據(jù)現(xiàn)場殘留物推定

根據(jù)現(xiàn)場勘驗(yàn)的火場殘留物，推定火場最高溫度如表5所示。

4.2 構(gòu)件受火后強(qiáng)度折減推定

根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 252：2009）附錄J，推定該廠房承重鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件高溫過火冷卻后，鋼材屈服強(qiáng)度折減情況如表6所示。

4.3 火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性鑒定評級

根據(jù)現(xiàn)場勘驗(yàn)情況，按照《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 252：2009）、《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144-2008）相關(guān)規(guī)定，該廠房①～④軸及⑤～⑥軸范圍安全性鑒定評級如表7、表8所示。

5 鑒定意見

綜上所述，該廠房①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸范圍火災(zāi)后安全性鑒定評定為C級，不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，影響整體安全，應(yīng)采取措施，且可能有極少數(shù)構(gòu)件必須立即采取措施。建議對該廠房①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸區(qū)域相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行糾偏、加固處理后與新建部分連成整體。

表5 根據(jù)火場殘留物推定火場最高溫度

表6 高溫過火冷卻后鋼材屈服強(qiáng)度折減系數(shù)

表7 ①～④軸安全性鑒定評級

表8 ⑤～⑥軸安全性鑒定評級

6 結(jié)語

火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)損傷識別及安全性評估鑒定技術(shù)是目前工程鑒定領(lǐng)域的新課題，由于規(guī)范尚不完善，鑒定方法、鑒定程序方面還存在諸多問題。本案中，由于火災(zāi)后現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)仍存在局部坍塌的危險，經(jīng)委托方同意現(xiàn)場未對主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行取樣、未對過火后焊縫及高強(qiáng)螺栓進(jìn)行檢測，對于火災(zāi)后構(gòu)件殘余承載力僅能作定性分析，在今后類似的案例中若有條件應(yīng)加強(qiáng)這方面的實(shí)際檢測。

[1]張威振，徐志勝.耐火耐候鋼的研究與應(yīng)用[J].鋼結(jié)構(gòu)，2004，（4）：53-55.

[2]唐業(yè)清，萬墨林.建筑物改造與病害處理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000：91.

[3]易賢仁.鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的性能分析與鑒定[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2005，（1）：54-57.

[4]李國強(qiáng)，蔣首超，林桂祥.鋼結(jié)構(gòu)抗火計算與設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999：121-123.

[5]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205-2001）[S].2001.

[6]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144-2008）[S].2008.

[7]中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 252：2009）[S].2009.

[8]ISO834，F(xiàn)ire-resistance Tests-elements of Building Construction[S].1999.

Tu71

B

10.3969/j.issn.1671-2072.2013.02.021

1671-2072-（2013）02-0092-04

2012-08-30

北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號2012D0020 23000001）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部研究開發(fā)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號K2201242）

劉育民（1979—），男，工程師，碩士，主要從事建設(shè)工程質(zhì)量司法鑒定研究。E-mail：lymsfjd@163.com。

李廷芥）

建設(shè)工程 Construction Engineering