淺談火災對建筑中鋼強度的影響

周東波

摘要：火災對建筑中鋼強度有著深遠影響，故而若積極開展鋼強度實驗，可以找到火災下正確的鋼材處理方式。在此之上，本文簡要分析了建筑中鋼強度受火災影響的實驗設計目的與設計方案，并從記錄鋼強度反應現(xiàn)象、分析鋼強度影響因素、匯總鋼強度變化數(shù)據(jù)等方法展開論述，維護鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

關鍵詞：火災;里氏硬度;鋼強度

前言：根據(jù)2020年公布的年度火災調(diào)查報告可知：僅在2020年共計處理25.2萬起火災事件，引起40.9億元經(jīng)濟損失。雖然我國在火災防控工作中已然取得卓越成就，但結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑火災后的影響程度，應提出可靠的保護鋼強度的舉措。

1、建筑中鋼強度受火災影響的實驗設計目的與設計方案

1.1設計目的

要想進一步知曉火災對建筑中鋼強度的影響程度，理應采用實驗法，總結(jié)實驗數(shù)據(jù)，繼而給出更為可靠的實驗結(jié)果?？紤]到傳統(tǒng)強度檢測方式，常需要采集樣品，在硬度檢測儀器下實施檢測，造成強度檢測工作難度較大，故而本次實驗中主要以里氏硬度檢測方式了解鋼結(jié)構(gòu)的強度變化情況。在鋼強度實驗中，其設計目的主要是經(jīng)過對鋼結(jié)構(gòu)設計火災實驗條件，記錄對應的強度值，而后判定影響鋼強度的具體因素，最終確保在火災發(fā)生時能夠采用科學的處理方式，削弱火災對鋼強度的負面影響。

1.2設計方案

本次實驗中，具體使用的是H型鋼，并將其制成1m長柱體結(jié)構(gòu)，用于模擬鋼結(jié)構(gòu)特征。結(jié)合火災發(fā)生時持續(xù)升溫特征，通過100℃-600℃的設置，對H型鋼強度實施刺激?；馂膿錅绶绞揭宰匀焕鋮s與澆水冷卻為主。本組實驗中將恒溫時間段設計為5min-15min。為了避免受承載力干擾影響實驗數(shù)據(jù)準確度，為H型鋼結(jié)構(gòu)保持1.4N左右的施壓狀態(tài)。按照上述設計方案，分別觀察鋼強度在火災下受到的影響程度，從而知曉如何妥善處理火災后鋼結(jié)構(gòu)配件。

2、火災對建筑中鋼強度的影響方法

2.1記錄鋼強度反應現(xiàn)象

從建筑鋼結(jié)構(gòu)遭受火災侵害時，除了會對建筑物的易燃物品帶來損傷外，還會隨著溫度的變化，造成鋼強度出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。本次實驗中分析不同火災溫度下，H型鋼模型變化特征，在100℃逐漸升溫為300℃時，H型鋼模型基本上未出現(xiàn)任何變化。而在400℃條件下，雖然實驗中有部分H型鋼模型出現(xiàn)晃動，但并不明顯。直到達到500℃，H型鋼產(chǎn)生強烈的前后搖晃現(xiàn)象。究其根本，此種反應現(xiàn)象多源于火災干擾中，H型鋼原本的承載力已無法承受火災條件下的承載需求，致使H型鋼處于承載不足狀態(tài)。此時，在強烈晃動中，H型鋼本身強度將有所減小，為了防止建筑鋼強度下降，則應當在建筑鋼結(jié)構(gòu)中安裝抗振動裝置。

2.2分析鋼強度影響因素

2.2.1溫度

為了進一步驗證火災溫度對鋼結(jié)構(gòu)強度是否具有影響，還需要在不同溫度下對其進行相同恒溫持續(xù)時間的實驗，而后對火災后的H型鋼硬度值予以測量，掌握火災溫度與鋼強度的關聯(lián)性。首先，需設定火災溫度值，從100℃到600℃分別設計6組實驗，為其提供相同的恒溫與冷卻條件，采用里氏硬度測量方式觀察不同溫度下強度變化規(guī)律;其次，以自然冷卻與澆水冷卻，判斷溫度與鋼強度關聯(lián);最后，匯總數(shù)據(jù)得出結(jié)論。一方面，隨著升溫，若假設在自然冷卻條件下，鋼強度將與溫度呈現(xiàn)正相關關系。另一方面，在澆水冷卻中同樣產(chǎn)生隨著溫度升高，鋼強度變大現(xiàn)象。從數(shù)值變化結(jié)果上分析，雖然溫度確實會對鋼強度產(chǎn)生些許影響，但影響幅度偏低[1]。

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，強度往往影響火災救援結(jié)果。雖然從實踐研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)屬于不可燃材料，有著一定的耐熱性。但并不代表隨著火災溫度升高，它能夠保持持久性強度不變的結(jié)果。特別是對缺少保護層的鋼結(jié)構(gòu)。在發(fā)生火災時，隨著受熱不均以及受熱面積的擴散，其強度會逐漸減弱。此時，滅火救援人員若無法快速撲滅火源，會誘發(fā)鋼結(jié)構(gòu)坍塌后果，繼而增加救援風險。所以，結(jié)合溫度對鋼強度的影響情況，在火災撲救工作中，應當控制好鋼結(jié)構(gòu)表面的受熱溫度。

2.2.2受力狀態(tài)

受力狀態(tài)也是影響鋼強度的一個因素。在本組實驗中，具體以受力、不受力作為兩種不同的實驗條件。經(jīng)由相關研究結(jié)果的分析，可知：于恒溫5min的實驗條件下，受力狀態(tài)下的鋼結(jié)構(gòu)，強度會隨著溫度升高，產(chǎn)生強度上升情況，并且保持不同幅度的上升狀態(tài)。不受力狀態(tài)下。雖然在600℃以前基本上隨著升溫而產(chǎn)生強增加效果。但持續(xù)升溫，鋼強度明顯比不上受力狀態(tài)下的強度變化幅度。從里氏硬度檢測中判定鋼強度值，依舊不能將受力狀態(tài)列入關鍵性影響因素中。

2.2.3檢測部位

以里氏硬度檢測方法對不同部位的鋼結(jié)構(gòu)實施強度檢測，其中將本組實驗中的檢測位置確定為鋼結(jié)構(gòu)翼緣自上而下三個部位與腹板處三個位置。在持續(xù)恒溫5min時，鋼結(jié)構(gòu)腹板上部，隨著溫度上升，硬度值明顯增加。腹板下部強度上升幅度遠比不上上部，在火災溫度達到300℃時，腹板中部受到火災的影響，鋼強度雖有增加，但幅度與上下兩個部位比較偏低。在統(tǒng)一以澆水冷卻法實施降溫時，保持恒溫時鋼強度上下兩個部位強度值有所接近，中部強度趨于不穩(wěn)定。翼緣處強度變化與腹板處相同。由于鋼強度的不同部位會在火災侵害下而形成不同的反應情況。所以，一旦發(fā)生火災，鋼結(jié)構(gòu)的中部強度會明顯低于上下兩個部位。為了杜絕鋼結(jié)構(gòu)因軟化或斷裂后果，降低其承載力，于火災撲救工作中理應先行撲滅鋼結(jié)構(gòu)的中間部位，而后再去撲滅上下兩個部位的火源。

2.3匯總鋼強度變化數(shù)據(jù)

2.3.1冷卻后里氏硬度值

火災在影響建筑中鋼強度時，還需要充分考慮冷卻方式對里氏硬度值的影響情況。一般情況下，針對火災中的鋼結(jié)構(gòu)實施澆水冷卻，又或是等待鋼結(jié)構(gòu)自然冷卻，所產(chǎn)生的里氏硬度值多有差異。其一，于澆水冷卻后，可總結(jié)出里氏硬度值與鋼強度的關聯(lián)性，即，式中指的是鋼強度，H是指里氏硬度值。基本上可以呈現(xiàn)線性關系;其二，自然冷卻中，以表示。兩種不同冷卻方式，可以證實里氏硬度值與鋼強度保持相似的變化關系。隨著里氏硬度值的增加（起始點320），鋼強度也會從300MPa有所增加[2]。結(jié)合冷卻方式對鋼強度的影響程度，在火災撲救過程中，應當盡量以澆水冷卻方法為主。如若不及時以澆水方式撲滅火源，鋼結(jié)構(gòu)的強度會隨著自然冷卻逐漸降低，從而對后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)的修復產(chǎn)生不良刺激。

2.3.2上中下檢測強度值

在對腹板、翼緣部位強度進行檢測時，可發(fā)現(xiàn)火災下不同部位的檢測強度存在明顯差異。從翼緣部位著手，可了解到，它的強度檢測結(jié)果略高于腹板。若為其設定澆水冷卻方式，則適當提高翼緣處的鋼強度。鑒于此，在檢測火災的影響程度時，要想準確知曉鋼強度的變化規(guī)律，可以從不同檢測部位處分別予以確定，并且以翼緣處的檢測值為標準，以免火災嚴重影響鋼強度，造成建筑中的鋼結(jié)構(gòu)受到侵害。尤其隨著火災溫度的上升，應當盡量以自然冷卻后翼緣下部的強度檢測值為標準，借此判定鋼結(jié)構(gòu)強度變化幅度。

結(jié)論：綜上所述，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，一旦遭受火災，其結(jié)構(gòu)完整度將受到影響。至于鋼結(jié)構(gòu)強度，則與火災后結(jié)構(gòu)降溫冷卻方式、強度檢測部位有關。為了進一步維護建筑中鋼強度的穩(wěn)定性，使其免遭火災刺激，影響其實際性能，則應當優(yōu)選自然冷卻、翼緣檢測方式，以此提高鋼強度。

參考文獻：

[1]強旭紅，武念鐸，羅永峰.高強鋼梁柱外伸式端板節(jié)點常溫與火災后性能參數(shù)分析[J].湖南大學學報（自然科學版），2018，45（05）：62-75.

[2]徐磊，盧永錦.火災爆炸作用下921A鋼力學性能及本構(gòu)關系[J].船舶工程，2019，41（01）：69-73.