對某廠房的鋼結構屋蓋火災事故的起因和后果予以介紹。根據鋼結構構件火災后發生的外觀變形，結構設計、結構材料、結構連接、撓度的檢測和實際結構的性狀等方面進行評價，同時對主體結構采用ADINA軟件進行有限元模擬，從而確定火災后網架殘余承栽能力，并本著安全經濟的原則，提出相應的加固改造方法。
關鍵詞 火災 鋼結構 桿件彎曲 加固
鋼結構是一種應用范圍很廣的結構形式，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、廠房等工業建筑中。由于網架具有重量輕、剛度大、抗震性能好的優越性，故近十年來鋼結構在我國發展很快。
鋼結構有時會由于意外事故(如火災、地震等)而產生較大的結構損壞。在結構災害學與改造學中，通常將由于意外事故或使用不當造成結構損壞而需要恢復其原有功能的過程稱為結構的加固與修復。結構的加固與修復工作包括對其進行矯正變形，更換或補強原結構損壞嚴重的局部結構和構件。
下面介紹某實際工程的屋面鋼結構在失火后的加固修復設計。
1 工程概況
廠房結構為166．5m×48m大空間單層框架結構，主體建筑屋頂結構為雙坡網架(圖1)，坡度2％，采用焊接球節點，網架頂部標高為8m，采用的鋼結構形式為正放四角錐，平面網格尺寸3m×3m，結構水平投影面積為7 572m。，網架高度為1．9m，網架的周邊支承條件為上弦周邊鉸接支承，網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，工作狀態正常。
2 鋼結構安全性能分析
2006年5月，某焊工在補焊一零件時，由電焊火花引起網架上已涂刷好的油漆著火，引起火災。火災發生至完全熄滅，歷時20min。受建設單位的委托，山東大學對該鋼結構進行了全面的分析與結構安全性能評價，提出了進一步整改的處理建議。
2．1 結構設計
通過對原設計的復核計算，原設計荷載的取值符合實際情況，網架的高度及形式、約束的形式以及處理合理可行。網架桿件的最大設計應力為207MPa，小于Q235鋼材的設計強度215MPa。鋼結構在各種荷載工況設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，表明原設計存在一定的問題。
2．2 結構材料及結構連接的檢測
通過對委托方提供的該廠房鋼網架桿件、焊接球出廠檢驗合格證明書等的查驗，該鋼結構所用的材料符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205—2001)(以下簡稱“規范”)第4．2．1條、第4·5．1條和第4．5．2條的規定。同時通過對委托方
提供的該鋼網架焊接球節點軸心拉、壓承載力試驗報告和網架焊縫超聲波探傷報告的審查，該工程網架的焊接球連接符合設計要求。
2．3撓度檢測
《鋼結構設計與施工規程》(JGJ 7—91)(以下簡稱“規程”)規定，對周邊支承的網架相鄰點之間，應為相鄰支座間距的l／400，且不應大于15mm，最高與最低點之間，應為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“規程”(JGJ 7—91)中第5．10．2條的規定。
鋼鋼結構總拼裝及屋面工程完成后應分別采用激光測距儀或水準儀對網架的撓度進行檢測，但在比較了下弦中央點和四等分點附近的撓度后發現，結構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構設計撓度的1．15倍，不能滿足“規范”(GB 50205—2001)第12．3．4條的規定。
2．4 實際結構性狀
在測量鋼結構撓度的同時，對鋼結構的性狀進行了詳細的實地勘察，發現網架⑧～⑥、⑩～⑤和⑩～①軸受損較為嚴重，共發現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，散布于整個網架中，但獨立的彎曲桿件很少，大部分彎曲桿件是相互關聯的(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％，遠大于規范規定的z／1 000。網架的周邊支座也發生了較大的水平位移，支座底板產生翹曲現象，見圖3～圖6。
圖6支厘節點
火災過程中，當個別桿件承擔的壓力超過其受壓穩定時的極限承載力時，必然導致桿件的壓曲變形，而其中某根桿件因壓曲變形退出(或基本退出)工作，將會導致網架的內力重分布，使其他桿件的受力發生變化，使得原本受壓較小或受拉的桿件承受過大的壓力，進而出現更多的彎曲桿件。從網架彎曲桿件的分布規律可以發現，獨立的彎曲桿件很少，大部分彎曲桿件是相互關聯的。通過采用3D3s 8·0軟件對該失火后網架進行卸載計算，發現仍有部分桿件長細比不滿足要求，因此，建議業主及時對所有出現彎曲變形的網架桿件進行加固處理。
2．5 火災后網架殘余承載力計算
由圖2可知，在火災高溫作用下網架中的許多桿件產生彎曲，由原來的直桿變成曲桿。在計算火災后網架殘余承載力的過程中，分別按火災前和火災后兩種情況來計算網架的承載力。火災前，對整個網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，最后發現原結構的桿件仍有一定的安全儲備系數。火災后，對整個網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，該網架在受火之后仍具有一定的承載潛力，故根據上述情況可對該網架提出加固修復方案，而不是拆除重建。
3結論和建議
對失火之后的鋼結構首先應進行細致的現場勘察測量，在此基礎上作相應的鑒定分析，以確定該結構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，應根據結構構件損傷程度，在安全、適用的前提下，綜合考慮經濟、施工等方面的因素，采取適當的加固措施。
由此，建議對該鋼結構進行以下處理：
1)根據該網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，以達到整個鋼結構滿足承載能力的要求。
2)由于該網架受火災影響范圍比較大，通過火災現場測定發現彎曲的桿件分布也比較分散，故主要對受災的整個網架進行修復。
3)在修復過程中，宜采用高空修復方案。
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。
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