黄山某钢结构厂房火灾后损伤鉴定与安全性评估

工程概况  

某单层轻型门式刚架钢结构厂房，建筑面积约5000平方米，建筑高度12米，跨度24米，柱距6米，屋面采用压型钢板复合保温屋面系统，墙体为双层压型钢板夹芯板。主体结构由H型钢梁柱构成，节点连接主要采用高强度螺栓摩擦型连接，基础为独立基础配钢筋混凝土短柱。该厂房于投入使用三年后发生局部火灾，火源位于车间中部设备区，持续燃烧时间约90分钟，过火面积约800平方米。火灾扑灭后，业主委托专 业检测机构对厂房结构进行火灾后损伤鉴定与安全性评估，以确定结构现状是否满足继续使用要求，并提出后续处理建议。

现场勘查确认火灾影响范围及特征。通过目测观察，过火区域主要集中在厂房中部三跨范围内，对应两榀主刚架及其相连的檩条、支撑系统。该区域屋面板严重变形、部分烧穿，墙面板局部脱落，内部防火涂料大面积剥落，钢构件表面呈现明显氧化色变，颜色由浅黄至深蓝不等，表明受热温度在300℃至600℃之间。未直接受火区域结构外观基本完好，无明显变形或裂缝。

采用红外热像仪扫描残留热量分布，确认无复燃风险。记录结构整体倾斜情况，使用全站仪测量关键柱顶位移，结果显示zui大侧向位移为18mm，小于规范允许值H/150（即80mm），未发现显著整体失稳迹象。对连接节点进行逐个检查，重点观察高强度螺栓有无松动、剪断或滑移现象，初步判断多数节点保持完整，但个别腹杆连接处存在螺栓轻微变形。

为准确评估钢材力学性能退化程度，选取代表性构件进行取样检测。在过火zui严重区域选取四根典型H型钢柱和两根屋面梁，避开明显损伤部位钻取小直径芯样，送至实验室进行化学成分分析和力学性能测试，包括屈服强度、抗拉强度、伸长率及硬度测定。

检测结果表明：受火温度高于500℃的构件，其屈服强度平均下降约25%，抗拉强度下降约18%，伸长率降低至12%以下，表现出一定脆性倾向；而受火温度低于400℃的构件性能退化较小，强度保留率在90%以上。结合钢材相变特性分析，当温度超过500℃时，珠光体开始分解，晶粒粗化，导致塑性和韧性显著下降。现场采用里氏硬度计对多点进行非破损测试，数据趋势与取样结果一致，可用于辅助推断其他类似构件的状态。

利用三维激光扫描技术对主要承重框架进行高精度建模，获取构件实际几何形态。对比设计图纸发现，部分屋面梁出现下挠，zui大挠度达L/120（L=24m），超出正常使用极限状态限值L/180；立柱局部存在轻微弯曲，矢高约15mm，属可修复范围。这些变形主要由高温下钢材弹性模量降低及荷载作用下的蠕变引起。

通过盲孔法对典型梁柱节点区域进行残余应力测试，结果显示焊接接头附近残余拉应力高达200MPa以上，远高于常温状态下的水平，表明热循环过程引发了新的内应力重分布，可能加剧疲劳损伤风险。此类应力集中区域需重点关注，防止在后续使用中诱发脆性断裂。

  原设计中钢构件涂覆薄型膨胀型防火涂料，耐火极限要求为1.5小时。经现场核查，过火区域防火涂层几乎全部炭化剥落，失去保护功能。涂层厚度检测显示，未受火区域平均厚度为1.8mm，满足设计要求；而过火区残余涂层厚度不足0.3mm，无法提供有效隔热。这说明现有防火体系在真实火灾场景中防护能力有限，尤其在局部高温集中情况下难以维持完整性。

依据《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068）和《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECS 252:2009），从承载能力极限状态和正常使用极限状态两个层面开展评估。

1. 承载能力评估  

基于实测材料性能参数，建立有限元模型，采用ABAQUS软件模拟高温冷却后的残余结构行为。考虑自重、屋面活载、风荷载及地震作用组合，对关键截面进行内力重分析。计算结果显示：在现行荷载组合作用下，受损zui严重的中间刚架梁端弯矩达到设计值的92%，柱脚轴力约为设计承载力的85%，虽未超限，但安全储备明显不足。特别是当考虑未来可能增加设备荷载时，结构将面临超载风险。

2. 稳定性分析  

对平面内和平面外稳定性进行验算。由于高温导致构件刚度退化，二阶效应增强，计算得整体侧移增大系数η=1.35，需计入P-Δ效应。经调整计算模型，确认当前结构仍具备必要的整体稳定能力，但在极端荷载条件下（如强风或地震）稳定性裕度较低。

3. 耐久性与使用性评估  

屋面系统防水功能受损，局部渗漏风险高；檩条连接松动影响围护结构整体性；室内环境湿度上升可能加速钢材腐蚀进程。人员通行区域存在坠物隐患，需立即采取临时防护措施。

综合判定：该厂房结构整体未丧失承载能力，属于“部分损坏、可修复使用”类别，但必须经过加固处理并重新验算后方可恢复生产用途。

根据鉴定提出如下技术处理建议：

1. 对受火温度超过500℃且力学性能下降明显的主梁、柱实施更换或外包加固。推荐采用外包钢套管注浆法，既能恢复截面承载力，又可提升耐火性能。

2. 对挠度过大但材料性能尚可的屋面梁施加预应力反拱矫正，或增设下弦支撑减少跨度，改善受力状态。

3. 全面修复围护系统，更换烧损屋面板和墙板，重新铺设防水层，并加强檐口密封处理。

4. 对所有高强度螺栓连接节点进行全面紧固复查，替换已变形螺栓，必要时改为焊接补强。

5. 重新涂刷符合一级耐火等级要求的厚型防火涂料，厚度不低于2.5mm，确保耐火极限不低于2小时。

6. 增设结构健康监测系统，在关键位置布设应变计、位移传感器，实现长期动态监控。

7. 完善消防设施布局，增设自动喷淋系统和火灾报警装置，提高应急响应能力。

本次对某钢结构厂房的火灾后损伤鉴定工作，系统完成了现场勘查、材料检测、结构分析与安全性评估全过程。结果表明，火灾造成局部构件性能退化和几何变形，结构整体稳定性尚存，但安全储备不足，不能直接按原设计条件继续使用。通过科学评估与针对性加固，可实现结构功能恢复与安全性能提升。本案例也警示：轻型钢结构虽具有自重轻、施工快等优点，但在防火设计与运维管理方面不可忽视，应强化全生命周期安全管理意识，预防类似事故发生。