司法鑒定中關于火災后鋼結構損傷的技術評定

劉育民，左勇志，馬月坤，孫迪，南錕

（北京市建筑工程研究院 建設工程質量司法鑒定中心，北京100039）

司法鑒定中關于火災后鋼結構損傷的技術評定

劉育民，左勇志，馬月坤，孫迪，南錕

（北京市建筑工程研究院 建設工程質量司法鑒定中心，北京100039）

鋼結構已廣泛應用于我國的建筑行業，但耐火性能差一直是影響鋼結構發展的重要因素。目前，國家尚無專門針對鋼結構的火災鑒定標準。隨著鋼結構火災事故不斷增多、當事人各方利益糾紛嚴重，火災后鋼結構損傷評定技術逐漸成為建筑工程司法鑒定行業的新興課題。火場溫度的判定、構件損傷識別技術、構件強度折減以及節點連接性能變化是火災后鋼結構安全性鑒定的主要內容。結合工程案例，對火災后鋼結構損傷識別、安全性評估等技術問題進行探討，供相關從業人員參考。

安全鑒定；火災；鋼結構；損傷評定

鋼結構建筑具有自重輕、抗震性能優越、綜合經濟效益顯著等優點，因而近年來得到了快速的發展。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，鋼材的屈服強度、彈性模量迅速降低，一旦發生火災，鋼結構建筑輕則損傷破壞、重則房屋倒塌。一般來說，若鋼結構受火溫度達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構，其主要受力構件的溫度應該低于600℃。由于滅火方式的不同，鋼材的屈服強度會有不同程度的降低，但不會超過20%[3-4]，單個構件的剩余承載力是很大的。所以對受火而未坍塌的鋼結構進行科學的損傷識別、安全性評估并作出合理的加固處理措施，能充分發揮建筑結構的最大效益，大大減少火災損失。

1 案例概況

北京某鋼結構主廠房2006年建成投產，采用門式鋼架輕鋼結構體系，主鋼架采用Q345B.Z鋼板制作，圍護墻為75mm厚彩色超細玻璃棉雙層復合鋼板，復合地基，獨立基礎，設計耐火等級為二級，生產類別丁類，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，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。主廠房標準榀鋼架如圖1所示。

圖1 主廠房標準榀鋼架圖

2 火災情況調查

該鋼結構廠房于2012年6月某日凌晨發生火災，火災中廠房承重鋼結構局部倒塌、結構構件多處受損，廠房圍護結構多處燒毀或受損，廠房內部分物品燒毀，無人員傷亡。根據現場監控錄像及火災事故認定書，該廠房火災系由廠房內線路短路引燃，打火位置下方貨架上可燃物所致。線路打火位置為④×C～D軸區域貨架上方線纜處。火情于凌晨3點06分開始，5點30分左右結束。根據現場工作人員陳述，該廠房內物品擺放位置如圖2所示。

圖2 廠房內物品擺放位置示意圖

3 現場勘驗及數據分析

3.1 現場情況簡述

現場勘驗時，該廠房①～④軸范圍內南側A～H區域主體結構已倒塌，北側未倒塌的區域結構構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、扭曲嚴重，圍護結構（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軸范圍內主體結構均未倒塌，結構構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、扭曲嚴重，圍護結構（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。現場勘驗照片如圖3~6所示。

圖3 火災后外觀實況

圖4 火災后內部實況

圖5 火災后局部倒塌實況一

圖6 火災后局部倒塌實況二

3.2 現場勘驗情況

3.2.1火災后構件損傷勘驗

現場對該廠房火災后構件損傷情況進行勘驗，勘驗情況如表1～2所示。

表1 （1～4軸）火災后構件損傷情況

表2 （5～6軸）火災后構件損傷情況

3.2.2廠房①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸區域鋼架梁柱變形檢測

對該廠房火災后未倒塌區域的鋼架梁跨中垂直度、側向彎曲矢高、鋼架柱垂直度、吊車梁頂面高差、吊車梁側向彎曲矢高進行現場抽檢，抽檢的26個鋼架梁中，16個梁跨中垂直度偏差不符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）的相關規定[5]；1個梁側向彎曲矢高不符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）的相關規定；現場抽檢的6個吊車梁中，1個吊車梁側向彎曲矢高不符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）的相關規定，4個吊車梁頂面高差不符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）的相關規定；現場抽檢的36個鋼架柱中，34個柱子垂直度偏差按《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144-2008）評為 C 級[6]，27個柱子垂直度偏差按《火災后建筑結構鑒定標準》（CECS 252：2009）評為Ⅲ級[7]，以上抽檢結果中，部分偏差已超過規范允許限值的2倍以上；對現場抽檢的柱子垂直度偏差進行統計分析，部分柱子有向西、南傾斜的趨勢，因此，火災中高溫作用或局部構件倒塌對①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸區域構件水平側移有較大影響。

表3 火場殘留物勘驗情況

表4 取樣勘驗情況

3.2.3火場內現場取樣、勘驗

該廠房火災后現場取樣、勘驗情況如表3～4所示。

4 火災后鋼結構損傷評定

4.1 火場溫度推定

4.1.1根據標準升溫曲線推定

國際標準組織制定的ISO834標準升溫曲線[8]表達式為 T＝T0+3451g（8t+1），其中，T 為標準溫度（℃），T0為自然溫度（℃），t為火災經歷的時間（min）。

根據氣象資料，火災發生時自然溫度約為20℃；根據現場人員陳述，火災經歷時間總計約2小時24分鐘即144分鐘。據此，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根據現場殘留物推定

根據現場勘驗的火場殘留物，推定火場最高溫度如表5所示。

4.2 構件受火后強度折減推定

根據《火災后建筑結構鑒定標準》（CECS 252：2009）附錄J，推定該廠房承重鋼結構構件高溫過火冷卻后，鋼材屈服強度折減情況如表6所示。

4.3 火災后結構安全性鑒定評級

根據現場勘驗情況，按照《火災后建筑結構鑒定標準》（CECS 252：2009）、《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144-2008）相關規定，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軸范圍火災后安全性鑒定評定為C級，不符合國家現行標準規范的安全性要求，影響整體安全，應采取措施，且可能有極少數構件必須立即采取措施。建議對該廠房①～④/Q～W軸、⑤～⑥/H～W軸區域相關結構構件進行糾偏、加固處理后與新建部分連成整體。

表5 根據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度折減系數

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 結語

火災后鋼結構損傷識別及安全性評估鑒定技術是目前工程鑒定領域的新課題，由于規范尚不完善，鑒定方法、鑒定程序方面還存在諸多問題。本案中，由于火災后現場鋼結構仍存在局部坍塌的危險，經委托方同意現場未對主體結構構件進行取樣、未對過火后焊縫及高強螺栓進行檢測，對于火災后構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加強這方面的實際檢測。

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

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

[3]易賢仁.鋼結構火災后的性能分析與鑒定[J].武漢理工大學學報，2005，（1）：54-57.

[4]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，1999：121-123.

[5]中華人民共和國國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）[S].2001.

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

[7]中國工程建設協會標準《火災后建筑結構鑒定標準》（CECS 252：2009）[S].2009.

[8]ISO834，Fire-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

北京市優秀人才培養資助項目（項目編號2012D0020 23000001）；住房和城鄉建設部研究開發項目（項目編號K2201242）

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

李廷芥）

建設工程 Construction Engineering