建筑力学在倒塌钢结构建筑火灾调查中作用

建筑力学在倒塌钢结构建筑火灾调查中的作用摘要：随着钢结构的广泛应用，钢结构的抗火设计越来越引起

重视。在火灾现场勘验过程中，由于建筑倒塌后现场的复杂性，给火灾原因认定带来了很大的困难。基于这种考虑，本文依据特定现场的各种痕迹，利用建筑力学对发生倒塌的构件进行综合分析，克服当前经验性、宏观性判断火灾蔓延方向、认定起火部位、起火点的传统方法，从建筑力学角度尝试分析，给钢结构建筑火灾倒塌痕迹研究提供一种新的思路。

关键词：钢结构倒塌火灾调查

abstract: along with the extensive application of steel structure, steel structure fire resistance design of increasing attention. in the fire scene examination process, due to the collapse of the building after the scene complexity, to the fire reason recognition brought great difficulties. based on this consideration, this article according to the special scene of various marks, use of construction mechanics of collapsed structures of comprehensive analysis, to overcome the current empirical, macroscopic judgment of fire spread direction, determination of fire site, the fire of traditional method, from the angle of architectural mechanics attempts, for steel structure building collapse in fire research provides a new trace train of thought.

key words: steel structure, collapse, fire investigation 中途分类号：x928.7文献标识码：a 文章编码：

伴随着我国社会经济的发展及科学技术的日趋完善，国内钢结构的生产也实现了质的飞跃。目前世界十座最高的楼中有6座位于中国，全球100座最高建筑中，中国占据了1／3，同时大空间建筑如首都机库采用三层斜放四角锥网格、焊接球节点平板网架，其跨度规模之大，在国际上也是数一数二的[1]。

随着钢结构的广泛应用，钢结构的抗火设计越来越引起重视。钢材虽属非燃烧材料，其力学性能如：屈服强度、弹性模量等会随着温度的升高而降低[2]。按理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃，一般火场温度都在800℃～1000℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，大约15min内就会倒塌[3]。

李耀庄,李昀晖在研究中指出[4]：建筑结构形式和使用材料、火灾荷载、使用功能和性质以及建筑的现状都有可能影响钢结构建筑发生倒塌。依据火灾现场特定的各种痕迹，通过力学方法进行理论指导，研究钢结构建筑发生倒塌的构件力失衡机理，总结理论计算和现实痕迹的差异，可以得到此种类型的钢结构倒塌规律和特点，为火灾勘验提供另一种途径。

某家具仓库发生火案，由于仓库内储量大量木制家具等易燃物品，最后由于温度过高，钢柱严重变形导致仓库倒塌。根据技术资料收集情况将现场进行还原，运用建筑力学分析典型刚架式钢结构

仓库的结构稳定性。

一、稳定性计算

1、强度计算。参考施工图纸以及现场材料，分别确定永久荷载标准值、可变荷载标准值、风荷载标准值以及刚架承受的恒荷载、活荷载，计算各种荷载作用下的门式刚架内力，并经最不利组合得出的内力（m、v、n）图，如图1（a）、（b）、（c）、（d）所示。计算结果显示刚架内力一般均由恒荷载加活荷载组合控制。

图1刚架内力图

2、刚度计算。因为此次仓库倒塌的主要原因为钢柱受高温作用承载力下降发生严重变形弯曲导致。刚架柱的强度按弯、剪、压共同作用下的压弯构件计算，并取得最不利的柱顶截面，经过计算柱抗剪承载力设计值。由内力图得知柱截面的最大剪力为。考虑仅有支座加劲肋，则，刚度满足要求。同时在弯、剪、压共同作用下验算亦满足要求。

3、稳定性计算。

由内力图得知构件的最大内力n=102.82kn，m=193.30kn·m，分别验算刚架柱平面内的整体稳定性以及刚架柱平面外的整体稳定，考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支承点，通过计算得出以下结论：=181。45n/mm2。因此，在火灾刚发生的时间段里，起火点附近钢柱上，与起火点直线距离最近的钢柱表面所受到的辐射能密度大于其他位置所受到的辐射能。若此钢柱为型钢，则最先受热且受热

强度最大的位置为该型钢的翼缘板。翼缘板的受热导致钢材强度的下降，最终导致该点发生弯曲变形。火灾中由于墙面维护材料和屋面对热气流上升起到阻挡作用，在应力和热的双重作用下，发生弯曲变形，因此，在起火点处的钢柱还存在此种弯曲变形特征。在火灾现场检测中，可依据两处弯曲的柱的发生位置，判断起火部点的位置范围。然后根据柱上另一个弯曲变形点的高度，再排除钢柱中一般存在的弯曲点，确定起火点的高度。

3.2悬挂掉落痕迹证明作用

单点悬挂物体的掉落线通常沿物体重心线正下方，但由于落地后的撞击反弹力或掉落过程中受到其他物体的阻碍而改变竖直掉落的路径使之在非重心竖直对应处静止下来。火灾中，如果首先失力的是提供拉力的其中一点，则物体成为单点受拉力，通常后失去拉力点的正下方附近就是落点。在考查两点悬挂物体的落地点时，必须同时仔细考虑拉件材料的力学性能、提供拉力的方式、物体重量、单点拉力极限、掉落路径上存在的障碍物、两拉点在火灾现场中的位置关系等因素，这些因素都对落地地点和掉落时间产生影响。

3.3.倒塌牵拉方向性痕迹

若门式刚架中间位置起火，两边立柱受到火灾温度热力的作用基本相同，由于热气流上升，受到来自屋面的阻挡作用，热力集中作用于梁，导致梁受热力作用影响大于两侧立柱，率先失去承载能力，倒塌向起火点。如果某门式刚架立柱附近位置起火，柱和梁最