浅谈火灾对建筑中钢强度的影响

周东波

摘要：火灾对建筑中钢强度有着深远影响，故而若积极开展钢强度实验，可以找到火灾下正确的钢材处理方式。在此之上，本文简要分析了建筑中钢强度受火灾影响的实验设计目的与设计方案，并从记录钢强度反应现象、分析钢强度影响因素、汇总钢强度变化数据等方法展开论述，维护钢结构稳定性。

关键词：火灾;里氏硬度;钢强度

前言：根据2020年公布的年度火灾调查报告可知：仅在2020年共计处理25.2万起火灾事件，引起40.9亿元经济损失。虽然我国在火灾防控工作中已然取得卓越成就，但结合钢结构住宅建筑火灾后的影响程度，应提出可靠的保护钢强度的举措。

1、建筑中钢强度受火灾影响的实验设计目的与设计方案

1.1设计目的

要想进一步知晓火灾对建筑中钢强度的影响程度，理应采用实验法，总结实验数据，继而给出更为可靠的实验结果。考虑到传统强度检测方式，常需要采集样品，在硬度检测仪器下实施检测，造成强度检测工作难度较大，故而本次实验中主要以里氏硬度检测方式了解钢结构的强度变化情况。在钢强度实验中，其设计目的主要是经过对钢结构设计火灾实验条件，记录对应的强度值，而后判定影响钢强度的具体因素，最终确保在火灾发生时能够采用科学的处理方式，削弱火灾对钢强度的负面影响。

1.2设计方案

本次实验中，具体使用的是H型钢，并将其制成1m长柱体结构，用于模拟钢结构特征。结合火灾发生时持续升温特征，通过100℃-600℃的设置，对H型钢强度实施刺激。火灾扑灭方式以自然冷却与浇水冷却为主。本组实验中将恒温时间段设计为5min-15min。为了避免受承载力干扰影响实验数据准确度，为H型钢结构保持1.4N左右的施压状态。按照上述设计方案，分别观察钢强度在火灾下受到的影响程度，从而知晓如何妥善处理火灾后钢结构配件。

2、火灾对建筑中钢强度的影响方法

2.1记录钢强度反应现象

从建筑钢结构遭受火灾侵害时，除了会对建筑物的易燃物品带来损伤外，还会随着温度的变化，造成钢强度出现弯曲现象。本次实验中分析不同火灾温度下，H型钢模型变化特征，在100℃逐渐升温为300℃时，H型钢模型基本上未出现任何变化。而在400℃条件下，虽然实验中有部分H型钢模型出现晃动，但并不明显。直到达到500℃，H型钢产生强烈的前后摇晃现象。究其根本，此种反应现象多源于火灾干扰中，H型钢原本的承载力已无法承受火灾条件下的承载需求，致使H型钢处于承载不足状态。此时，在强烈晃动中，H型钢本身强度将有所减小，为了防止建筑钢强度下降，则应当在建筑钢结构中安装抗振动装置。

2.2分析钢强度影响因素

2.2.1温度

为了进一步验证火灾温度对钢结构强度是否具有影响，还需要在不同温度下对其进行相同恒温持续时间的实验，而后对火灾后的H型钢硬度值予以测量，掌握火灾温度与钢强度的关联性。首先，需设定火灾温度值，从100℃到600℃分别设计6组实验，为其提供相同的恒温与冷却条件，采用里氏硬度测量方式观察不同温度下强度变化规律;其次，以自然冷却与浇水冷却，判断温度与钢强度关联;最后，汇总数据得出结论。一方面，随着升温，若假设在自然冷却条件下，钢强度将与温度呈现正相关关系。另一方面，在浇水冷却中同样产生随着温度升高，钢强度变大现象。从数值变化结果上分析，虽然温度确实会对钢强度产生些许影响，但影响幅度偏低[1]。

在建筑钢结构中，强度往往影响火灾救援结果。虽然从实践研究结果中发现钢结构属于不可燃材料，有着一定的耐热性。但并不代表随着火灾温度升高，它能够保持持久性强度不变的结果。特别是对缺少保护层的钢结构。在发生火灾时，随着受热不均以及受热面积的扩散，其强度会逐渐减弱。此时，灭火救援人员若无法快速扑灭火源，会诱发钢结构坍塌后果，继而增加救援风险。所以，结合温度对钢强度的影响情况，在火灾扑救工作中，应当控制好钢结构表面的受热温度。

2.2.2受力状态

受力状态也是影响钢强度的一个因素。在本组实验中，具体以受力、不受力作为两种不同的实验条件。经由相关研究结果的分析，可知：于恒温5min的实验条件下，受力状态下的钢结构，强度会随着温度升高，产生强度上升情况，并且保持不同幅度的上升状态。不受力状态下。虽然在600℃以前基本上随着升温而产生强增加效果。但持续升温，钢强度明显比不上受力状态下的强度变化幅度。从里氏硬度检测中判定钢强度值，依旧不能将受力状态列入关键性影响因素中。

2.2.3检测部位

以里氏硬度检测方法对不同部位的钢结构实施强度检测，其中将本组实验中的检测位置确定为钢结构翼缘自上而下三个部位与腹板处三个位置。在持续恒温5min时，钢结构腹板上部，随着温度上升，硬度值明显增加。腹板下部强度上升幅度远比不上上部，在火灾温度达到300℃时，腹板中部受到火灾的影响，钢强度虽有增加，但幅度与上下两个部位比较偏低。在统一以浇水冷却法实施降温时，保持恒温时钢强度上下两个部位强度值有所接近，中部强度趋于不稳定。翼缘处强度变化与腹板处相同。由于钢强度的不同部位会在火灾侵害下而形成不同的反应情况。所以，一旦发生火灾，钢结构的中部强度会明显低于上下两个部位。为了杜绝钢结构因软化或断裂后果，降低其承载力，于火灾扑救工作中理应先行扑灭钢结构的中间部位，而后再去扑灭上下两个部位的火源。

2.3汇总钢强度变化数据

2.3.1冷却后里氏硬度值

火灾在影响建筑中钢强度时，还需要充分考虑冷却方式对里氏硬度值的影响情况。一般情况下，针对火灾中的钢结构实施浇水冷却，又或是等待钢结构自然冷却，所产生的里氏硬度值多有差异。其一，于浇水冷却后，可总结出里氏硬度值与钢强度的关联性，即，式中指的是钢强度，H是指里氏硬度值。基本上可以呈现线性关系;其二，自然冷却中，以表示。两种不同冷却方式，可以证实里氏硬度值与钢强度保持相似的变化关系。随着里氏硬度值的增加（起始点320），钢强度也会从300MPa有所增加[2]。结合冷却方式对钢强度的影响程度，在火灾扑救过程中，应当尽量以浇水冷却方法为主。如若不及时以浇水方式扑灭火源，钢结构的强度会随着自然冷却逐渐降低，从而对后续建筑结构的修复产生不良刺激。

2.3.2上中下检测强度值

在对腹板、翼缘部位强度进行检测时，可发现火灾下不同部位的检测强度存在明显差异。从翼缘部位着手，可了解到，它的强度检测结果略高于腹板。若为其设定浇水冷却方式，则适当提高翼缘处的钢强度。鉴于此，在检测火灾的影响程度时，要想准确知晓钢强度的变化规律，可以从不同检测部位处分别予以确定，并且以翼缘处的检测值为标准，以免火灾严重影响钢强度，造成建筑中的钢结构受到侵害。尤其随着火灾温度的上升，应当尽量以自然冷却后翼缘下部的强度检测值为标准，借此判定钢结构强度变化幅度。

结论：综上所述，在建筑钢结构中，一旦遭受火灾，其结构完整度将受到影响。至于钢结构强度，则与火灾后结构降温冷却方式、强度检测部位有关。为了进一步维护建筑中钢强度的稳定性，使其免遭火灾刺激，影响其实际性能，则应当优选自然冷却、翼缘检测方式，以此提高钢强度。

參考文献：

[1]强旭红，武念铎，罗永峰.高强钢梁柱外伸式端板节点常温与火灾后性能参数分析[J].湖南大学学报（自然科学版），2018，45（05）：62-75.

[2]徐磊，卢永锦.火灾爆炸作用下921A钢力学性能及本构关系[J].船舶工程，2019，41（01）：69-73.