钢结构建筑火灾现场痕迹识别技术研究

 钢结构建筑火灾现场痕迹识别技术研究

摘 要：本文主要通过对钢结构火灾现场建筑构件的倒塌痕迹、变形痕迹、变色痕迹及熔化痕迹等方面的研究，归纳总结出行之有效的钢结构建筑火灾现场痕迹的识别技术，针对钢结构建筑火灾容易出现的大面积倒塌、现场挖掘勘验费时费力、起火部位起火点难以确定等问题提供解决方法与技术支持，其中在收集掌握大量文献、案例的基础上对采用了对比分析，归纳总结等方法得到钢结构现场常见的痕迹形成机理、特征及其证明作用等。在火场中钢结构构件的倒塌、变形位置处钢构件强度丧失的程度与温度成正比，构件的变色、火烧熔化痕迹随温度升高而产生的层次性变化，由这些变化可以得到火场温度梯度分布，借此可以判断火灾现场起火点起火部位或火灾蔓延方向。钢结构火灾现场实际情况错综复杂，在判断起火点起火部位及火灾蔓延方向时，单独的痕迹证明作用十分有限，需要有机的将钢结构建筑倒塌痕迹、变形痕迹、变色痕迹、熔化痕迹等结合起来综合运用，为火灾现场勘验提供帮助。

关键词：钢结构建筑；火灾；痕迹识别技术

Research in Fire Trace Identification Technology of Steel Structure

Abstract: With the research about the collapse trace, distortion trace, discolour trace and fusion trace of steel structure, this article sum up the effective identification technology of steel structure fire trace , when a large area of steel structure in fire prone to collapse, on-site inspection is time-consuming and laborious, searching fire area fire point is difficult to determine, it provides solutions and technical support, Based on collecting master a large number of literature, cases of using the comparative analysis, it summarizes the methods to get the common steel structure formation mechanism, characteristics and traces of that role.
In the steel fire, steel strength loss degree in the position of steel structure member collapse and deformation is proportional to the temperature,when the temperature goes high ,discolour trace and fusion trace changes in a gradation change. These changes can be obtained by the fire temperature gradient distribution, which can shows the scene of the fire site or fire spreading direction. The actual situation of steel structure in fire scene is perplexing, when judging the fire point location and fire spreading direction, a single trace shows a very limited role,it is very necessary to combined with the collapse trace,distortion trace,discolour trace and fusion trace in a organic part to help the fire investigation in steel structure fire.

Keywords：Steel structure；fire；trace identification technology

目 录

摘 要 I
Abstract II
目 录 III

1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题主要内容及研究方法 2
2 钢结构建筑火灾概况 3
2.1 钢结构建筑的概念 3
2.2 钢结构建筑的分类及特点 3
2.2.1 钢结构建筑的分类 3
2.2.2 钢结构建筑的特点 4
2.3 钢结构建筑火灾的基本情况及原因分析 5
2.3.1 钢结构建筑火灾的基本情况 5
2.3.2 钢结构建筑火灾原因分析 7
3 钢结构建筑火灾现场痕迹识别 8
3.1 钢结构建筑构件倒塌痕迹 8
3.1.1 钢结构建筑构件倒塌形成机理 8
3.1.2 钢结构建筑构件倒塌痕迹的特征 8
3.1.3 钢结构建筑构件倒塌痕迹的证明作用 8
3.2 钢结构建筑构件变形痕迹 11
3.2.1 钢结构建筑构件变形痕迹形成机理 11
3.2.2 钢结构建筑构件变形痕迹的特征 12
3.2.3 钢结构建筑构件变形痕迹的证明作用 12
3.3 钢结构建筑构件变色痕迹 13
3.3.1 钢结构建筑构件变色痕迹形成机理 13
3.3.2 钢结构建筑构件变色痕迹的特征 13
3.3.3 钢结构建筑构件变色痕迹的证明作用 14
3.4 钢结构建筑构件熔化痕迹 15
3.4.1 钢结构建筑构件熔化痕迹形成机理 15
3.4.2 钢结构建筑构件熔化痕迹的特征 16
3.4.3 钢结构建筑构件熔化痕迹的证明作用 17
4 结束语 18
4.1 课题研究成果 18
4.2 课题研究展望 18
参考文献 19
致 谢 21

1 绪论
1.1 研究背景和意义
钢结构体系具有强度高、自重轻、性能稳定、韧性好、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势而且适合于批量生产，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势，使得钢铁成了最佳建筑用结构材料。从钢结构建筑的历史上看，早在 19 世纪钢结构在建筑上应用就已经有了相当高的成就。随着结构力学理论和实验结合而成的静力学体系的确立，以及轧制锻铁和钢材的普及，钢结构建筑也开始了新的时代。进入 19 世纪 80 年代起，建筑结构就开始使用轧制钢材了。这时候涌现了大批的车站、库房和展览馆等钢结构建筑，这些建筑直到今天还在充分发挥各自的功能。其中最为显赫的成果就是1889年为法国巴黎博览会建造的三铰拱机械馆和埃菲尔铁塔。埃菲尔铁塔高312.27m，使用了18038个锻铁构件，用2.5万个铆钉固定，重7300t。埃菲尔铁塔尽管在建造的当时受到了太多的非难，可是在其竣工后却成了巴黎的象征性建筑。进入20世纪以来，钢结构建筑在理论和实践上又有了新发展，其中的代表作，如1977年完成的巴黎蓬皮杜中心，1986年的伦敦洛依兹大厦等。到了20世纪末，钢结构建筑的规模和功能已经不是决定性因素了，所有建筑需要的是设计和结构技术的完美融合。
钢结构系统具备强度高、自重轻、造价低、建设周期短等优势，已广泛应用于工业厂房、机场车库、体育场馆、购物中心等建筑，但此类建筑的火灾发生频率呈现逐年上升趋势，特别是重特大火灾时有发生。如1998年北京玉泉营环岛家具城火灾；2003年8月浙江台州飞跃集团股份公司火灾；2003年8月绍兴市台昌电器有限公司火灾等。由于钢材在高温作用下表现出特有的性质，钢结构建筑火灾现场也呈现出其特有的痕迹物证。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。
通过对钢结构火灾现场建筑构件的倒塌痕迹、变形痕迹、变色痕迹及熔化痕迹等方面的研究，归纳总结出行之有效的钢结构建筑火灾现场痕迹的识别技术，针对钢结构建筑火灾容易出现的大面积倒塌、现场挖掘勘验费时费力、起火部位起火点难以确定等问题提供解决方法与技术支持。
1.2 国内外研究现状
目前国内从事钢结构建筑火灾现场痕迹研究的主要有几个方向（1）针对倒塌痕迹研究，如根据钢结构建筑中屋面倒塌痕迹判断起火部位起火点的；根据钢柱倾斜方向和倾斜程度判断的；根据钢屋架有檩体系和无檩体系中横梁倒塌方向判断的；根据横梁从柱的哪一端脱落来判断的；（2）针对烟气痕迹在钢结构建筑火灾中发现，固定，采集的研究（3）针对钢结构建筑火灾中构件变形力学分析（4）针对钢结构建筑火灾中构件因温度产生的变色分析。
国外针对钢结构建筑火灾有研究其在实验条件下的火灾中的热学反应，也有针对火灾中钢结构建筑中的梁与柱行为的数值模拟分析等，也有很多对钢结构建筑构件防火性能评估以此来推测其在火灾中可能的行为。
国内外对于钢结构建筑火灾虽未形成一个较为系统全面的研究分析，但作为广泛应用的建筑结构，钢结构建筑火灾的研究正在不断深入。
1.3 课题主要内容及研究方法
本文对钢结构建筑的概念、分类方法、特点及火灾基本情况进行了说明，在此基础上重点从钢结构建筑构件的倒塌痕迹、钢结构建筑构件的变形痕迹、钢结构建筑构件的变色痕迹及钢结构建筑构件的熔化痕迹四个方面对钢结构建筑火灾现场的痕迹识别技术进行了探讨。在研究过程中重点采用了归纳总结法、对比分析法、案例分析法等研究方法，在查阅大量钢结构建筑相关文献资料的基础上，对钢结构建筑火灾现场痕迹识别技术进行了总结归纳，并综合讨论运用钢结构建筑火灾现场识别技术。