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)高溫對結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能有著顯著影響。近年來，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，因而選煤界的工程師對此類修復(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間火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的鑒定與修復(fù)處置過程，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間，該車間采用鋼結(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，但無人員傷亡。該車間長度為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。該廠房(新建煤泥水車間)的平面及立面布置如圖1、圖2所示。

圖1 新建煤泥水車間平面布置圖

圖2 新建煤泥水車間立面布置圖

依據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-3]，該廠房的生產(chǎn)類別為戊類，防火等級為二級，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)置有甲級防火門窗。

2 火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)廠房的受損鑒定

火災(zāi)后，在消防、公安等部門將事故經(jīng)過、受損情況、劃清責(zé)任、事實(shí)無異、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)引燃壓濾機(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3 h。

經(jīng)過勘察，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)過自然冷卻或潑水冷卻后，其屈服強(qiáng)度不一定會回到原來的數(shù)值，其折減系數(shù)與溫度有關(guān)，二者的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 結(jié)構(gòu)鋼高溫下與高溫過火冷卻后的屈服強(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 車間內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)梁柱的檢測結(jié)果

經(jīng)過初步勘察，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，沒有修復(fù)價(jià)值，直接替換；四層鋼柱明顯變形，以檢測結(jié)果為依據(jù)判斷是否替換[6-9]。以著火點(diǎn)為中心，對圖2所示的1—5號四周的梁柱等構(gòu)件進(jìn)行取樣檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 過火后取樣結(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)周圍防火涂料脫落的鋼梁全部拆除換新；

(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)過火、變形的墻(屋)面檁條、拉條、夾芯板、門窗等維護(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)對廠房進(jìn)行修復(fù)，其它專業(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

在選煤工程中，因工藝需求，廠房內(nèi)有大量的水，這種級別的火災(zāi)并不常見，因而選煤工程建設(shè)者對該類事故處置經(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，可為今后類似問題的處理提供參照和借鑒。另外，由于該廠房內(nèi)設(shè)備的振動(dòng)頻率不高，振幅不大，故此次事故處置過程忽略了過火結(jié)構(gòu)鋼的疲勞問題，關(guān)于該問題有待今后進(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：中國計(jì)劃出版社， 2010.

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

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

[5] 李國強(qiáng)，蔣首超，林桂祥.鋼結(jié)構(gòu)抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社, 1999.

[6] 丁發(fā)興,余志武,溫海林. 高溫后Q235鋼材力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào),2006(2):245-249.

[7] 雷宏剛,冀建軍. 某鋼結(jié)構(gòu)工程火災(zāi)后的檢測鑒定[J]. 建筑結(jié)構(gòu),2009, 39(S1):485-487.

[8] 李仰賢,朱 鋒. 某鋼結(jié)構(gòu)廠房火災(zāi)后的鑒定[J]. 鋼結(jié)構(gòu),2010, 25(4):69-71，20.

[9] 趙國棟,孫會社,于立強(qiáng),等. 某鋼結(jié)構(gòu)廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性鑒定與安全措施[J]. 建筑結(jié)構(gòu),2010, 40(S2):511-514.

[10] 唐紅元,王澤云,賈益綱. 某化纖廠房火災(zāi)后的鑒定及加固處理[J]. 工業(yè)建筑,2012, 42(7):152-155，170.

[11] 梁兆強(qiáng). 房屋火災(zāi)后結(jié)構(gòu)檢測鑒定與抗震性能分析[J]. 廣州建筑,2014, 42(3):33-37.

[12] 俞 珊,樓國彪,張 成. 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接火災(zāi)后抗剪試驗(yàn)研究[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2012,32(S1):6-14.