火灾后钢结构检测分析及加固处理

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1、火灾后钢结构检测分析及加固处理何建红上海市消防局普陀防火监督处工程师同济大学土木工程学院在读工程硕士摘要：随着钢结构建筑近年来被建筑业的大量采用，钢结构建筑火灾也日益增多。本文从分析火灾后钢材的表观特征、力学性能入手，探讨了火灾后钢结构建筑损伤部位及整体结构的检测分析、修复的方法，并提出了通过加强钢材内部分子结构的机械性能、耐火性能来提高钢结构建筑的抗火能力，从而减少火灾损失及修复成本的一些想法。关键词：钢结构火灾检测分析修复加固1前言1.1钢结构建筑的优点钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用屮，钢材既可以相对增加建筑物的荷載能力，也

2、可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。钢结构以自重轻、施工快、可利用空间大、平面布置灵活、建筑外观美观、经济效益高等优点被广泛应用。尤其是一些超高层建筑,采用钢结构材料更为广泛。大型钢结构建筑建设工期短，收益快，是建造厂房、库房、商场等首选的建筑结构形式之一。随着城市规模的发展，钢结构在我国建筑业的应用具有非常广阔的前景。1.2钢结构建筑的火灾危险性钢结构本身虽然是非燃材料，但它具有耐火性能差的致命弱点。在未进行防火处理的情况

3、下发生火灾时，它的机械性能，如屈服强度、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。一般结构温度达到350°C、500°C、600°C吋，屈服强度分别下降1/3、1/2、2/3。据理论计算，在全负荷情况下，使钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500°C左右,而一般火场温度达到800〜1000°C,在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构整体倒塌失效。1.3结构检测及鉴定的意义通过对火灾后结构安全检测及鉴定，掌握经高温火烧后的钢结构建筑是否耑要加固,哪些部位需要加固，哪些部位需要重建，哪些部位可以继续承重，对灾后建筑的修复提供科

4、学、合理的依据，并对修S程序、修部位、修方法加以明确，使建筑的修fi、加同更具经济性、吋效性。本文主要从火灾后钢材的外观、力学性能等方囬的变化探讨火灾后钢结构建筑的检测、鉴定及加固。2结构钢在高温冷却后的表观特征[1]2.1钢材外观随温度的变化温度<250°C330°C400°C500°C600°C钢材表面颜色与常温相同浅蓝色浅蓝黑蓝色深蓝色灰黑黑色表1钢材外观随温度变化表通过对钢材外观的检测，了解火场温度的情况。表1所示钢材外观随温度变化图。从表1的数据可以看出，钢结构在经历250'C高温后，钢紂的颜色与常温下基本相同;经历330aC的温冷却后，钢材表而颜色呈

5、浅蓝色，随着钢材在空气屮暴露冷却的时间延长，表而颜色渐趋浅蓝黑色；经历420°C冷却后，钢材的表面颜色呈蓝色（但较330°C时的颜色深暗），随着在空气中暴露的吋间延长，表血颜色渐趋暗淡，最终变成深蓝黑色；经历51CTC冷却后，钢材表面呈灰黑色，随着钢材在空气巾暴露时间延长，表面灰黑色略微变淡；经历600°C高温冷却后，钢材的表面颜色呈黑色，随着钢材在空气暴露的时间延长，表面颜色儿乎不变化。2.2高温时产生的特殊现象2.2.1蓝脆现象[2]蓝脆现象是指温度400°C左右的区间内，抗拉强度局部性提高，屈服强度有所回升，强度提高而塑性降低，材料有转脆现象。溢度/1图1

6、离温屁服强度与室涅屈服强度之比从上面的曲线可以看出，总的趋势是随着温度的升高，钢材的强度降低，变形增大。在20（TC以内，钢材性能没有很大变化，430°C-540°C之间强度急剧下降，500°C吋强度很低不能承担荷载，在400°C附近有蓝脆现象，约260°C-320°C时有徐变现象。钢材通常在450〜650°C温度屮就会失去承载能力，发生很大的形变，这是由于钢材在经历400°C以上高温时发生蓝脆现象，此时钢材强度上升，延性下降，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用。2.2.2徐变现象[2]徐变现象是指在260°C-320°C的区间内，在应力持续不变

7、的情况下，钢材以很缓慢的速度继续变形的现象。结合200'C以内材料性能无人变化的性能看，结构表面所受辐射温度不宜超过200°C,目前钢结构行业规定这个温度以150°C为宜，超过这一温度就应该采取防火隔热措施。高温后结构钢的力学性能[1]3.1屈服强度在火灾的高温条件下，建筑材料的力学性能发生了较大改变，材料的强度随着温度的升高而降低。实际火灾和试验研宂表明，钢结构的耐火极限很低，当钢材自身温度达到临界温度（54O0C）时，其支撑强度会下降40%,容易造成建筑物垮塌。试验研究表明，经历高温（600°C以A）冷却后的结构钢试件在接近破坏时有与常温下一样明的颈缩现象。

8、自然冷却后结构钢的弹性模