司法鉴定中关于火灾后钢结构损伤的技术评定

刘育民，左勇志，马月坤，孙迪，南锟

（北京市建筑工程研究院 建设工程质量司法鉴定中心，北京100039）

司法鉴定中关于火灾后钢结构损伤的技术评定

刘育民，左勇志，马月坤，孙迪，南锟

（北京市建筑工程研究院 建设工程质量司法鉴定中心，北京100039）

钢结构已广泛应用于我国的建筑行业，但耐火性能差一直是影响钢结构发展的重要因素。目前，国家尚无专门针对钢结构的火灾鉴定标准。随着钢结构火灾事故不断增多、当事人各方利益纠纷严重，火灾后钢结构损伤评定技术逐渐成为建筑工程司法鉴定行业的新兴课题。火场温度的判定、构件损伤识别技术、构件强度折减以及节点连接性能变化是火灾后钢结构安全性鉴定的主要内容。结合工程案例，对火灾后钢结构损伤识别、安全性评估等技术问题进行探讨，供相关从业人员参考。

安全鉴定；火灾；钢结构；损伤评定

钢结构建筑具有自重轻、抗震性能优越、综合经济效益显著等优点，因而近年来得到了快速的发展。然而，由于钢材的材料性能受温度影响较为敏感，其耐火性能较差，随着温度的升高，钢材的屈服强度、弹性模量迅速降低，一旦发生火灾，钢结构建筑轻则损伤破坏、重则房屋倒塌。一般来说，若钢结构受火温度达600℃以上，则在大火燃烧20min后就会失去承载能力而坍塌[1-2]。对于受火而未坍塌的钢结构，其主要受力构件的温度应该低于600℃。由于灭火方式的不同，钢材的屈服强度会有不同程度的降低，但不会超过20%[3-4]，单个构件的剩余承载力是很大的。所以对受火而未坍塌的钢结构进行科学的损伤识别、安全性评估并作出合理的加固处理措施，能充分发挥建筑结构的最大效益，大大减少火灾损失。

1 案例概况

北京某钢结构主厂房2006年建成投产，采用门式钢架轻钢结构体系，主钢架采用Q345B.Z钢板制作，围护墙为75mm厚彩色超细玻璃棉双层复合钢板，复合地基，独立基础，设计耐火等级为二级，生产类别丁类，总建筑面积约20000ｍ2。主厂房分为①～④、⑤～⑥两部分，⑤～⑥部分带有20/5t吊钩桥式起重机，轻级工作制，轨距S=22.5m，最大轮压Pmax=19.9t，车宽5.944m，轮距4.1m。主厂房标准榀钢架如图1所示。

图1 主厂房标准榀钢架图

2 火灾情况调查

该钢结构厂房于2012年6月某日凌晨发生火灾，火灾中厂房承重钢结构局部倒塌、结构构件多处受损，厂房围护结构多处烧毁或受损，厂房内部分物品烧毁，无人员伤亡。根据现场监控录像及火灾事故认定书，该厂房火灾系由厂房内线路短路引燃，打火位置下方货架上可燃物所致。线路打火位置为④×C～D轴区域货架上方线缆处。火情于凌晨3点06分开始，5点30分左右结束。根据现场工作人员陈述，该厂房内物品摆放位置如图2所示。

图2 厂房内物品摆放位置示意图

3 现场勘验及数据分析

3.1 现场情况简述

现场勘验时，该厂房①～④轴范围内南侧A～H区域主体结构已倒塌，北侧未倒塌的区域结构构件均存在不同程度损伤，损伤程度从南向北逐渐减弱，部分钢架梁、柱变形、扭曲严重，围护结构（屋面板、墙板）均存在不同程度损伤，损伤程度从南向北逐渐减弱；⑤～⑥轴范围内主体结构均未倒塌，结构构件均存在不同程度损伤，损伤程度从南向北逐渐减弱，部分钢架梁、柱、吊车梁变形、扭曲严重，围护结构（屋面板、墙板）均存在不同程度损伤，损伤程度从南向北逐渐减弱。现场勘验照片如图3~6所示。

图3 火灾后外观实况

图4 火灾后内部实况

图5 火灾后局部倒塌实况一

图6 火灾后局部倒塌实况二

3.2 现场勘验情况

3.2.1火灾后构件损伤勘验

现场对该厂房火灾后构件损伤情况进行勘验，勘验情况如表1～2所示。

表1 （1～4轴）火灾后构件损伤情况

表2 （5～6轴）火灾后构件损伤情况

3.2.2厂房①～④/Q～W轴、⑤～⑥/H～W轴区域钢架梁柱变形检测

对该厂房火灾后未倒塌区域的钢架梁跨中垂直度、侧向弯曲矢高、钢架柱垂直度、吊车梁顶面高差、吊车梁侧向弯曲矢高进行现场抽检，抽检的26个钢架梁中，16个梁跨中垂直度偏差不符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）的相关规定[5]；1个梁侧向弯曲矢高不符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）的相关规定；现场抽检的6个吊车梁中，1个吊车梁侧向弯曲矢高不符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）的相关规定，4个吊车梁顶面高差不符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）的相关规定；现场抽检的36个钢架柱中，34个柱子垂直度偏差按《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144-2008）评为 C 级[6]，27个柱子垂直度偏差按《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECS 252：2009）评为Ⅲ级[7]，以上抽检结果中，部分偏差已超过规范允许限值的2倍以上；对现场抽检的柱子垂直度偏差进行统计分析，部分柱子有向西、南倾斜的趋势，因此，火灾中高温作用或局部构件倒塌对①～④/Q～W轴、⑤～⑥/H～W轴区域构件水平侧移有较大影响。

表3 火场残留物勘验情况

表4 取样勘验情况

3.2.3火场内现场取样、勘验

该厂房火灾后现场取样、勘验情况如表3～4所示。

4 火灾后钢结构损伤评定

4.1 火场温度推定

4.1.1根据标准升温曲线推定

国际标准组织制定的ISO834标准升温曲线[8]表达式为 T＝T0+3451g（8t+1），其中，T 为标准温度（℃），T0为自然温度（℃），t为火灾经历的时间（min）。

根据气象资料，火灾发生时自然温度约为20℃；根据现场人员陈述，火灾经历时间总计约2小时24分钟即144分钟。据此，计算推定火场最高温度为：T＝T0+3451g（8t+1）=20+3451g（8×144+1）＝1076（℃）。

4.1.2根据现场残留物推定

根据现场勘验的火场残留物，推定火场最高温度如表5所示。

4.2 构件受火后强度折减推定

根据《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECS 252：2009）附录J，推定该厂房承重钢结构构件高温过火冷却后，钢材屈服强度折减情况如表6所示。

4.3 火灾后结构安全性鉴定评级

根据现场勘验情况，按照《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECS 252：2009）、《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144-2008）相关规定，该厂房①～④轴及⑤～⑥轴范围安全性鉴定评级如表7、表8所示。

5 鉴定意见

综上所述，该厂房①～④/Q～W轴、⑤～⑥/H～W轴范围火灾后安全性鉴定评定为C级，不符合国家现行标准规范的安全性要求，影响整体安全，应采取措施，且可能有极少数构件必须立即采取措施。建议对该厂房①～④/Q～W轴、⑤～⑥/H～W轴区域相关结构构件进行纠偏、加固处理后与新建部分连成整体。

表5 根据火场残留物推定火场最高温度

表6 高温过火冷却后钢材屈服强度折减系数

表7 ①～④轴安全性鉴定评级

表8 ⑤～⑥轴安全性鉴定评级

6 结语

火灾后钢结构损伤识别及安全性评估鉴定技术是目前工程鉴定领域的新课题，由于规范尚不完善，鉴定方法、鉴定程序方面还存在诸多问题。本案中，由于火灾后现场钢结构仍存在局部坍塌的危险，经委托方同意现场未对主体结构构件进行取样、未对过火后焊缝及高强螺栓进行检测，对于火灾后构件残余承载力仅能作定性分析，在今后类似的案例中若有条件应加强这方面的实际检测。

[1]张威振，徐志胜.耐火耐候钢的研究与应用[J].钢结构，2004，（4）：53-55.

[2]唐业清，万墨林.建筑物改造与病害处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000：91.

[3]易贤仁.钢结构火灾后的性能分析与鉴定[J].武汉理工大学学报，2005，（1）：54-57.

[4]李国强，蒋首超，林桂祥.钢结构抗火计算与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1999：121-123.

[5]中华人民共和国国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）[S].2001.

[6]中华人民共和国国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144-2008）[S].2008.

[7]中国工程建设协会标准《火灾后建筑结构鉴定标准》（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

北京市优秀人才培养资助项目（项目编号2012D0020 23000001）；住房和城乡建设部研究开发项目（项目编号K2201242）

刘育民（1979—），男，工程师，硕士，主要从事建设工程质量司法鉴定研究。E-mail：lymsfjd@163.com。

李廷芥）

建设工程 Construction Engineering