陕西省建筑科学研究院 陕西西安 710082
摘要：钢网壳结构是当前较为大型的建筑结构，其结构相对稳固，且具有一定的抗震性能，因此在很多建筑领域都得到了广泛的应用，但由于钢网壳结构在受到火灾侵害后较易发生损坏，因此研究钢网结构的火灾损伤鉴定、探讨修复加固对于我们了解钢网壳结构火灾后情况的了解，有助于我们提升火灾后修复工作的效率。
关键词：钢网壳结构；火灾；鉴定；修复
引言
通常来讲建筑物的最常见灾害就是火灾，它不仅较地震等自然灾害更易发生，且会给建筑造成更加严重的损害，它会使材料强度明显降低，严重火灾还会使构建变得脆弱，造成建筑物坍塌等二次危害的发生，而钢结构就极易在火灾中发生倒塌现象，正是这个原因导致当前对于钢结构进行火灾后评定和修复的分析和研究并没有得到人们的重视，但如果在火灾中钢网壳结构只是受到局部杆件损伤并不是一定就会完全失去对墙体、屋顶的支撑作用，也就不一定会造成建筑物的坍塌，所以还是研究火灾后钢网壳结构的评定和修复的必要的。
1钢网壳结构的概念和分类
网壳结构，也就是网格结构中属于曲面型的具有较大跨度的结构，它不仅具有杆系结构的刚度大和体量较轻的优点，还有具有薄壳结构的美观，承重面积大且承载受力分布合理，整体结构造价低等优点，在国内外很多大型的厂房建筑中都普遍应用了这种结构。
钢网壳结构分类的形式可以有如下几种：如果依照网壳结构的曲率半径来进行分类，当网壳结构的曲率符合K>0，比如球面网壳等，即为正高斯网壳结构；当网壳结构的曲率符合K=0，比如圆柱型网壳，即为零高斯网壳结构；而当网壳结构的曲率符合K<0，比如马鞍形网壳等，即为负高斯网壳结构。
如果按照网壳结构的层数进行分类，又可以将网壳结构区分为单层的网壳结构和通过腹杆进行连接的双层网壳结构。
2火灾后钢网壳结构的坚定和修复——以某厂房火灾后修复和鉴定工作为例
某煤矿的浓缩车间是运用双层球面网壳结构进行支撑的，其网壳结构直径20米，矢高为四米，网壳厚度为一米，杆件为Q235钢打造，起到支承作用的钢柱高达两米，钢柱下方撑在钢筋混凝土壁上。整体车间是按照耐火等级二级来进行设计建造的，网壳结构没有任何防火措施进行保护。2015年冬，由于工人进行屋面檩条焊接时不慎将电火花溅到浓缩车间的浓缩池中，结果在煤产品中引发极其严重的大火，火灾扑救不及时，共用2小时才扑灭大火，超高火焰致使网壳结构受损，但未发生坍塌。
2.1首先通过公式和其他方法估算火场温度
我们知道火灾中钢结构构建所受损伤的最高温度会引起钢材在力学性能方面发生相应的变化，因此我们可以利用这种关联性，来估算遭受火灾的网壳结构的过火温度，我们有三种计算方式可以遵循：其一是根据我们所掌握的理论知识——标准升温曲线，来进行火场温度的估算，我国通常采用国际通用的标准升温曲线公式，如下：
（1）
根据公式我们可以进行大致估算，火灾持续2小时，那么按照公式计算，过火温度已经超过一千摄氏度，然而据众所周知的常识推断，在钢结构的构件承受温度达到六百度时整体网壳结构就会因为钢材结构失去全部的承重力而发生整体坍塌，但我们上文已经叙述了，整体网壳结构并为坍塌，这并不是因为网壳结构质量太好，而是因为我们通常所用的标准升温曲线理论是用来推断室内过火温度的，而在本工程发生火灾时，门窗结构和屋面上的板材够没有建筑到位，也就是整个结构相当于是露天的，并且发生火灾是在冬天，环境温度较低，降温效果较好，因此发生火灾的温度应该是远远低于我们运用以上公式所计算出的数值的。第二种估算过火温度的方法是利用钢材受到破坏的情况来进行最高温度的推算，一般来讲我们可以通过查阅相关的技术规范来计算网壳结构的轴心承压杆件的最高温度，也就是通过火灾后发生屈曲变化的杆件所承受的稳定荷载比来进行实际温度的计算，这个方法看似可靠，但由于发生火灾的时候车间的屋面板材还没有安装就位，网壳结构的承载重量只有自重，荷载比也就完全可以忽略了，那么用这个方法推算过火温度就会产生极大的误差。第三种估算最高温度的方法是利用火灾后的燃烧现象来进行温度估算。一般钢材结构部件发生屈曲的温度在三百度到五百度之间，本次火灾后的钢结构就是只发生翘曲，而没有发生其他改变，因此可以推算最高温度不超过500度。
2.2火灾发生后的钢材承重性能分析
我们已知钢材屈服强度的计算方法：
（2）
根据上式，可以得出：火灾温度250℃时，fyT=0.94fy；火灾温度500℃时，fyT=0.87fy。以上计算表明，过火温度达到500℃的杆件，已经不能满足Q235钢的基本要求，而过火温度为250℃的杆件，其材性变化不大，为此对部分漆面破坏严重的构件进行了现场取样试验。大同电力机车有限责任公司试验室提供的综合试验报告单显示：过火温度为250℃的杆件，在冷水灭火后，碳含量0.17%，硅含量0.21%，锰含量0.56%，磷含量0.017%，硫含量0.041%，抗拉强度425N/mm2，伸长率28.5%，符合Q235B钢的标准。
2.3火灾后网壳承载能力分析与加固
毫无疑问，已经弯曲的杆件已不符合轴向受力杆件的要求，必须全部更换。过火但没有弯曲的杆件则存在继续使用的可能。通过以上材料分析，油漆层破坏的杆件，其过火温度在250℃以内，现场取样试验结果表明，浇水灭火后，其材性没有明显变化，理论计算结果也只是表明屈服强度会降低6%。通过对网壳结构计算分析，这些杆件的使用应力仅为钢材设计应力的80%，因此，即使浇水灭火后，钢材的设计应力略有降低，也不会影响正常使用。高强螺栓在出厂前都经过热处理，再次遇火后，容易产生退火现象，造成强度损失。但是由于本工程过火区域在网壳中部，大部分杆件均为受压杆件，即使偶尔有拉杆，其拉力也很小，普通C级螺栓即可承受，因此无须更换。因此，我们建议对于本工程，只需更换弯曲的杆件（包括钢管及与之相连的封板、螺栓、套筒）后即可正常使用，无须整体拆除重建。该工程已加固完毕，并投入正常使用。
结束语
总之，在进行火灾后的钢网壳结构的鉴定研究和加固修复分析中，必须要根据火灾后钢结构的性能和外观变化进行判断，因为网壳结构所处的环境和承受的负荷并不相同，因此要合理进行估算公式的选择，保证计算出的具体数据符合火灾后钢网壳结构的真实情况。并且根据网壳结构在火灾后的情况分析，可以找到具体的修复加固方案，对工程建筑的进一步进行提供合理的、科学的指导。
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论文作者:边兆伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/8
标签：结构论文; 火灾论文; 温度论文; 过火论文; 钢网论文; 发生论文; 鉴定论文; 《基层建设》2017年第19期论文;