對某廠房的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋火災(zāi)事故的起因和后果予以介紹。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件火災(zāi)后發(fā)生的外觀變形，結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)連接、撓度的檢測和實際結(jié)構(gòu)的性狀等方面進行評價，同時對主體結(jié)構(gòu)采用ADINA軟件進行有限元模擬，從而確定火災(zāi)后網(wǎng)架殘余承栽能力，并本著安全經(jīng)濟的原則，提出相應(yīng)的加固改造方法。
關(guān)鍵詞 火災(zāi) 鋼結(jié)構(gòu) 桿件彎曲 加固
鋼結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用范圍很廣的結(jié)構(gòu)形式，既可用于體育館、俱樂部、展覽館、影劇院、車站候車大廳等公共建筑，近年來也越來越多地用于倉庫、飛機庫、廠房等工業(yè)建筑中。由于網(wǎng)架具有重量輕、剛度大、抗震性能好的優(yōu)越性，故近十年來鋼結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展很快。
鋼結(jié)構(gòu)有時會由于意外事故(如火災(zāi)、地震等)而產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)損壞。在結(jié)構(gòu)災(zāi)害學(xué)與改造學(xué)中，通常將由于意外事故或使用不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)損壞而需要恢復(fù)其原有功能的過程稱為結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)。結(jié)構(gòu)的加固與修復(fù)工作包括對其進行矯正變形，更換或補強原結(jié)構(gòu)損壞嚴重的局部結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。
下面介紹某實際工程的屋面鋼結(jié)構(gòu)在失火后的加固修復(fù)設(shè)計。
1 工程概況
廠房結(jié)構(gòu)為166．5m×48m大空間單層框架結(jié)構(gòu)，主體建筑屋頂結(jié)構(gòu)為雙坡網(wǎng)架(圖1)，坡度2％，采用焊接球節(jié)點，網(wǎng)架頂部標高為8m，采用的鋼結(jié)構(gòu)形式為正放四角錐，平面網(wǎng)格尺寸3m×3m，結(jié)構(gòu)水平投影面積為7 572m。，網(wǎng)架高度為1．9m，網(wǎng)架的周邊支承條件為上弦周邊鉸接支承，網(wǎng)架中間部分支承在鋼梁上，下部鋼筋混凝土柱距為6m，混凝土強度等級為c30。屋面采用混凝土方槽板，網(wǎng)架采用Q235鋼材。該工程于20世紀90年代初竣工投入使用，工作狀態(tài)正常。
2 鋼結(jié)構(gòu)安全性能分析
2006年5月，某焊工在補焊一零件時，由電焊火花引起網(wǎng)架上已涂刷好的油漆著火，引起火災(zāi)。火災(zāi)發(fā)生至完全熄滅，歷時20min。受建設(shè)單位的委托，山東大學(xué)對該鋼結(jié)構(gòu)進行了全面的分析與結(jié)構(gòu)安全性能評價，提出了進一步整改的處理建議。
2．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計
通過對原設(shè)計的復(fù)核計算，原設(shè)計荷載的取值符合實際情況，網(wǎng)架的高度及形式、約束的形式以及處理合理可行。網(wǎng)架桿件的最大設(shè)計應(yīng)力為207MPa，小于Q235鋼材的設(shè)計強度215MPa。鋼結(jié)構(gòu)在各種荷載工況設(shè)計值作用下的最大撓度為31．70mm(在荷載標準值作用下還要小)，小于規(guī)范允許的變形要求。但是有部分桿件(主要是腹桿)長細比不滿足要求，表明原設(shè)計存在一定的問題。
2．2 結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)連接的檢測
通過對委托方提供的該廠房鋼網(wǎng)架桿件、焊接球出廠檢驗合格證明書等的查驗，該鋼結(jié)構(gòu)所用的材料符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205—2001)(以下簡稱“規(guī)范”)第4．2．1條、第4·5．1條和第4．5．2條的規(guī)定。同時通過對委托方
提供的該鋼網(wǎng)架焊接球節(jié)點軸心拉、壓承載力試驗報告和網(wǎng)架焊縫超聲波探傷報告的審查，該工程網(wǎng)架的焊接球連接符合設(shè)計要求。
2．3撓度檢測
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》(JGJ 7—91)(以下簡稱“規(guī)程”)規(guī)定，對周邊支承的網(wǎng)架相鄰點之間，應(yīng)為相鄰支座間距的l／400，且不應(yīng)大于15mm，最高與最低點之間，應(yīng)為30mm，從廠方提供的下弦支座標高差值表可知，相鄰支座的最大標高差為30·8mm，所有支座的最大標高差為34．8mm，這兩項標高差值均不滿足“規(guī)程”(JGJ 7—91)中第5．10．2條的規(guī)定。
鋼鋼結(jié)構(gòu)總拼裝及屋面工程完成后應(yīng)分別采用激光測距儀或水準儀對網(wǎng)架的撓度進行檢測，但在比較了下弦中央點和四等分點附近的撓度后發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的實際撓度值比理論計算撓度值要大，其撓度控制點超過了結(jié)構(gòu)設(shè)計撓度的1．15倍，不能滿足“規(guī)范”(GB 50205—2001)第12．3．4條的規(guī)定。
2．4 實際結(jié)構(gòu)性狀
在測量鋼結(jié)構(gòu)撓度的同時，對鋼結(jié)構(gòu)的性狀進行了詳細的實地勘察，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架⑧～⑥、⑩～⑤和⑩～①軸受損較為嚴重，共發(fā)現(xiàn)463根桿件有不同程度的彎曲變形，大部分是上弦桿件和下弦桿件，散布于整個網(wǎng)架中，但獨立的彎曲桿件很少，大部分彎曲桿件是相互關(guān)聯(lián)的(圖2)。最大的彎曲矢高約為80mm(上弦桿件)，約是桿件長度的2．7％，遠大于規(guī)范規(guī)定的z／1 000。網(wǎng)架的周邊支座也發(fā)生了較大的水平位移，支座底板產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，見圖3～圖6。
圖6支厘節(jié)點
火災(zāi)過程中，當(dāng)個別桿件承擔(dān)的壓力超過其受壓穩(wěn)定時的極限承載力時，必然導(dǎo)致桿件的壓曲變形，而其中某根桿件因壓曲變形退出(或基本退出)工作，將會導(dǎo)致網(wǎng)架的內(nèi)力重分布，使其他桿件的受力發(fā)生變化，使得原本受壓較小或受拉的桿件承受過大的壓力，進而出現(xiàn)更多的彎曲桿件。從網(wǎng)架彎曲桿件的分布規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，獨立的彎曲桿件很少，大部分彎曲桿件是相互關(guān)聯(lián)的。通過采用3D3s 8·0軟件對該失火后網(wǎng)架進行卸載計算，發(fā)現(xiàn)仍有部分桿件長細比不滿足要求，因此，建議業(yè)主及時對所有出現(xiàn)彎曲變形的網(wǎng)架桿件進行加固處理。
2．5 火災(zāi)后網(wǎng)架殘余承載力計算
由圖2可知，在火災(zāi)高溫作用下網(wǎng)架中的許多桿件產(chǎn)生彎曲，由原來的直桿變成曲桿。在計算火災(zāi)后網(wǎng)架殘余承載力的過程中，分別按火災(zāi)前和火災(zāi)后兩種情況來計算網(wǎng)架的承載力。火災(zāi)前，對整個網(wǎng)架的各根桿件按實際截面尺寸，并采用直桿單元，利用有限元軟件(ADINA)來計算其承載力，最后發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)的桿件仍有一定的安全儲備系數(shù)。火災(zāi)后，對整個網(wǎng)架的各根桿件也按實際截面尺寸，采用梁元和直桿單元組合，利用ADINA中Beam(梁)與Tr。1SS(桿)兩個模塊來計算。通過計算分析可知，該網(wǎng)架在受火之后仍具有一定的承載潛力，故根據(jù)上述情況可對該網(wǎng)架提出加固修復(fù)方案，而不是拆除重建。
3結(jié)論和建議
對失火之后的鋼結(jié)構(gòu)首先應(yīng)進行細致的現(xiàn)場勘察測量，在此基礎(chǔ)上作相應(yīng)的鑒定分析，以確定該結(jié)構(gòu)是否能夠采取加固措施來補救其承載力，并考慮新舊兩部分整體工作、共同受力問題。選擇加固方案時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷程度，在安全、適用的前提下，綜合考慮經(jīng)濟、施工等方面的因素，采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?/p>
由此，建議對該鋼結(jié)構(gòu)進行以下處理：
1)根據(jù)該網(wǎng)架的殘余承載力計算，對不滿足承載能力要求的桿件進行更換，以達到整個鋼結(jié)構(gòu)滿足承載能力的要求。
2)由于該網(wǎng)架受火災(zāi)影響范圍比較大，通過火災(zāi)現(xiàn)場測定發(fā)現(xiàn)彎曲的桿件分布也比較分散，故主要對受災(zāi)的整個網(wǎng)架進行修復(fù)。
3)在修復(fù)過程中，宜采用高空修復(fù)方案。
4)彎曲桿件的替換原則：
a．對彎曲撓度小于z／1 000的桿件，不替換，仍保留使用，但要進行清理除銹，涂刷防銹底漆；
b．對彎曲撓度大于z／1 000且小于25mm的桿件，利用專用機具校直處理后不替換，仍保留使用，但要進行清理除銹，涂刷防銹底漆；
c．對彎曲撓度大于25mm的桿件，更換新桿件。
長沙天鴻鋼結(jié)構(gòu)各種鋼結(jié)構(gòu)工程制作、加工及安裝·輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房,鋼結(jié)構(gòu)房屋,鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計安裝；·活動房,彩鋼房.彩鋼板組合房屋,凈化車間,輕鋼彩鋼房,移動活動房；·鋼結(jié)構(gòu)材料制造加工；原材料生產(chǎn)加工；·銷售：彩鋼瓦、紅泥浪板瓦、夾芯瓦、HCZ型鋼、金屬材料、化工原料批發(fā)零售；
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