選煤廠主洗車(chē)間火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)鑒定與修復(fù)方案

李洪義

(1.中煤科工集團(tuán)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(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

火災(zāi)高溫對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能有著顯著影響。近年來(lái)，隨著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的增多，火災(zāi)造成鋼結(jié)構(gòu)破壞的事故也逐漸增多。在選煤工程中，大的火災(zāi)事故并不常見(jiàn)，因而選煤界的工程師對(duì)此類(lèi)修復(fù)工程處理的經(jīng)驗(yàn)較少。文章結(jié)合實(shí)際工程案例，詳細(xì)介紹了近期一選煤廠主洗車(chē)間火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的鑒定與修復(fù)處置過(guò)程，以期為選煤工程中的火災(zāi)事故修復(fù)提供一定借鑒。

1 工程概況

發(fā)生火災(zāi)的工程為一選煤廠新建的煤泥水車(chē)間，該車(chē)間采用鋼結(jié)構(gòu)。在土建施工結(jié)束，設(shè)備安裝收尾階段，帶水調(diào)試的前夜突發(fā)火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)廠房及著火點(diǎn)附近樓層設(shè)備受損嚴(yán)重，但無(wú)人員傷亡。該車(chē)間長(zhǎng)度為33 m，寬度為29.5 m，檐高度為26 m，下部三層為鋼結(jié)構(gòu)框架，頂層為大空間結(jié)構(gòu)，采用條形基礎(chǔ)，鋼筋混凝土組合樓板。各層設(shè)備布置情況如下：一層主要布置變壓器室、配電室、介質(zhì)桶、產(chǎn)品皮帶等；二層主要布置離心機(jī)、刮板機(jī)等；三層布置壓濾機(jī)溜槽、浮選機(jī)支架；四層主要布置浮選機(jī)、壓濾機(jī)等設(shè)備。在標(biāo)高+24 m位置設(shè)置10 t天車(chē)。該廠房(新建煤泥水車(chē)間)的平面及立面布置如圖1、圖2所示。

圖1 新建煤泥水車(chē)間平面布置圖

圖2 新建煤泥水車(chē)間立面布置圖

依據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-3]，該廠房的生產(chǎn)類(lèi)別為戊類(lèi)，防火等級(jí)為二級(jí)，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(gòu)件、鋼梯的耐火極限為1.0 h。為此，建筑設(shè)計(jì)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)梁柱表面噴涂超薄型水性防火涂料，維護(hù)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(shè)置有甲級(jí)防火門(mén)窗。

2 火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)廠房的受損鑒定

火災(zāi)后，在消防、公安等部門(mén)將事故經(jīng)過(guò)、受損情況、劃清責(zé)任、事實(shí)無(wú)異、事故鑒定完畢后，業(yè)主方立即啟動(dòng)了廠房的鑒定、修復(fù)等工作。

2.1 火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)廠房受損情況

火災(zāi)是由于夜間施工時(shí)，管道安裝工人操作不當(dāng)，焊接時(shí)引燃?jí)簽V機(jī)濾布及液壓油，隨后又引燃了壓濾機(jī)溜槽內(nèi)的高分子內(nèi)襯而發(fā)生的。黎明時(shí)分，大火被消防隊(duì)用冷水撲滅，燃燒時(shí)間超過(guò)3 h。

經(jīng)過(guò)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(yán)重變形，天車(chē)掉落，壓濾機(jī)附近鋼梁有明顯變形；四層以上墻面、屋面損壞嚴(yán)重。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)過(guò)火前后的性能變化

隨著溫度的升高，結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度降低[4-5]，經(jīng)過(guò)自然冷卻或潑水冷卻后，其屈服強(qiáng)度不一定會(huì)回到原來(lái)的數(shù)值，其折減系數(shù)與溫度有關(guān)，二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)鋼高溫下與高溫過(guò)火冷卻后的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)Table 1 Coefficients of reduction of yield strengths of steel structure under high temperature and after cooling down

2.3 車(chē)間內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)梁柱的檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)初步勘察，著火點(diǎn)附近防火涂料脫落，鋼構(gòu)件變形嚴(yán)重，距著火點(diǎn)較遠(yuǎn)位置的構(gòu)件表層涂裝完好。一、二樓沒(méi)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(yán)重，沒(méi)有修復(fù)價(jià)值，直接替換；四層鋼柱明顯變形，以檢測(cè)結(jié)果為依據(jù)判斷是否替換[6-9]。以著火點(diǎn)為中心，對(duì)圖2所示的1—5號(hào)四周的梁柱等構(gòu)件進(jìn)行取樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 過(guò)火后取樣結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能

3 火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)廠房的修復(fù)方案

根據(jù)抽檢結(jié)果，并考慮防火涂料的影響，推測(cè)出抽檢鋼柱的經(jīng)歷高溫為500 ℃，抽檢鋼梁的經(jīng)歷溫度為600℃。經(jīng)進(jìn)一步論證計(jì)算[10-11]，火災(zāi)造成建筑物局部損壞，決定采用以下方案修復(fù)：

(1)因變形太大，屋頂鋼梁、吊車(chē)梁、系桿、支撐全部拆除換新；

(2)因修復(fù)難度較大，四層以上的著火點(diǎn)一側(cè)鋼柱拆除換新，另一側(cè)鋼柱返廠調(diào)直、修整后重復(fù)利用；

(3)四層著火點(diǎn)周?chē)阑鹜苛厦撀涞匿摿喝坎鸪龘Q新；

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

(5)過(guò)火、變形的墻(屋)面檁條、拉條、夾芯板、門(mén)窗等維護(hù)結(jié)構(gòu)拆除重做。

4 火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工與驗(yàn)收

依據(jù)上述修復(fù)方案，施工隊(duì)對(duì)廠房進(jìn)行修復(fù)，其它專(zhuān)業(yè)也制定了相應(yīng)的修復(fù)方案，并依照方案進(jìn)行了施工。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的緊張施工及6個(gè)月的試運(yùn)轉(zhuǎn)，建設(shè)單位組織了由設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位及工程質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)參加的土建工程竣工驗(yàn)收。五方一致認(rèn)為，該修復(fù)工程符合規(guī)定要求，具備驗(yàn)收條件，予以合格驗(yàn)收。

5 結(jié)語(yǔ)

在選煤工程中，因工藝需求，廠房?jī)?nèi)有大量的水，這種級(jí)別的火災(zāi)并不常見(jiàn)，因而選煤工程建設(shè)者對(duì)該類(lèi)事故處置經(jīng)驗(yàn)較少。此次火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的鑒定與處置的方法，可為今后類(lèi)似問(wèn)題的處理提供參照和借鑒。另外，由于該廠房?jī)?nèi)設(shè)備的振動(dòng)頻率不高，振幅不大，故此次事故處置過(guò)程忽略了過(guò)火結(jié)構(gòu)鋼的疲勞問(wèn)題，關(guān)于該問(wèn)題有待今后進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范：GB 50016—2014[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2014.

[2] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 選煤廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50583—2010[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2010.

[3] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì). 建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范：CECS 200—2006[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[4] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì). 火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)：CECS 252—2009[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

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