1.

政策方面，由於近些年中國經濟大環境影響，製造業產能過剩，特別是鋼材產量較大，為了去鋼材產能，國家出臺了裝配式鋼結構政策和制度，各級政府也分分響應。

2.裝配式鋼結構的優點較多，人工成本低，質量高，專案週期短，較傳統建築來說，材料成本也會明顯降低等等優點。

這個話題有意思，但說來話長，今天我們就好好說說！

鋼結構事故分析與處理

——鋼結構防火與節點設計淺談

文摘]隨著國民經濟和科學技術的發展，鋼結構的應用範圍日趨廣泛。由於其應用

及結構形式發展較快，也帶來一些新問題。本文簡析了鋼結構設計中的節點設計和防火問

題。

[關鍵詞]鋼結構節點設計防火

1前言

人類社會發展至今，科學技術作為第一生產力已日益顯示出其重要性。鋼結構作為

一種傳統的建築結構產業，近年來在中國得到了廣泛的發展。鋼結構通常用於高層、大

跨度、體型複雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求

能活動或經常裝拆的結構。如：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、

住宅和臨時建築等。這和鋼結構自身的特點如材料強度高、自重輕、塑性及韌性好、抗

震效能好、工業裝配化程度高、造型美觀、綜合經濟效益優以及符合綠色建築等眾多優

點相一致。但是，隨著科技的進步，人們對事物認識的全面深入，鋼結構的一般缺陷也

越來越顯著。縱觀鋼結構的發展歷程，我們也看到世界範圍內的鋼結構事故頻繁發生，

給人類造成了巨大的損失，但同時也得到了諸多的經驗教訓。

隨著人們對鋼結構認識的深入，發現其諸多缺陷在設計、施工和使用中都是可以補

救或避免的，因此，鋼結構事故的發生越來越取決於人為因素，即事故的發生多是由於

在設計、施工、使用過程中很多人為的錯誤積累重複而綜合引起的。

為避免事故的發生，在鋼結構設計的整個過程中都應該強調“概念設計”，它在結

構選型與佈置階段尤其重要。對一些難以做出精確理性分析或規範還未規定的問題，可

依據從整體結構體系與分體系之間的力學關係、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗

所獲得的設計思想，從全域性的角度來確定控制結構的佈置及細部措施。運用概念設計可

以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易於手算、概念清晰、

定性正確，並可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內力分

析輸出資料可靠與否的主要依據。

但是，目前在鋼結構的設計中存在著兩個重要但又是很難解決的問題，一是連線節

點的形式和處理問題，二是鋼結構的防火問題，現已倍受人們的關注。鋼結構事故往往

是由於結構體系喪失穩定性而產生的（構件的或整體的），在正常設計或正常使用中這

可以透過加強支撐以提高結構的剛度來解決。

2節點設計

連線節點的設計是鋼結構設計中的重要內容之一。在結構分析前就應該對節點的形

式有充分地思考與確定。常常出現的一種情況是——最終設計的節點與結構分析模型中

使用的形式不完全一致，這種情況必須避免。按照傳力特性的不同，節點分剛接，鉸接

和半剛接。常用的設計參考書都有很多值得推薦的節點做法及計算公式。

連線節點有等強設計和實際受力設計這兩種常用的方法。連線的不同對結構影響甚

大，有些連線根據經驗或計算不好辨別是剛接還是鉸接。比如，有的剛接節點雖然承受

彎矩沒有問題，但會產生較大的轉動，不符合結構分析中的假定，會導致實際工程變形

大於計算資料等不利結果。節點是剛接還是鉸接會影響計算模型的確定進而影響計算的

內力值。

具體設計中需要注意的主要問題包括：

（1）焊接

對焊接焊縫的尺寸及形式等，規範有強制規定，應嚴格遵守。焊條的選用應與被連

接金屬的材質相適應。E43對應Q235，E50對應Q345。Q235與Q345連線時，應該選

擇低強度的E43，而不是E50。焊接設計中不得任意加大焊縫。焊縫的重心應儘量與被

連線構件的重心接近。其它詳細內容可查詢規範中關於焊縫構造方面的規定。

（2）栓接

鉚接這種形式在建築工程中現已很少採用。普通螺栓抗剪效能差，可以在次要結構

部位使用。高強螺栓使用日益廣泛，常用8.8s和10.9s兩個強度等級。根據受力特點分

承壓型和摩擦型，兩者計算方法不同。高強螺栓最小規格M12，常用M16～M30。超

大規格的螺栓效能不穩定，設計中應慎重使用。自攻螺絲用於板材與薄壁型鋼間的次要

連線。國外在低層牆板式住宅中，也常用於主結構的連線。

（3）連線板

可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm。然後驗算淨截面抗剪等。

（4）梁腹板

應驗算栓孔處腹板的淨截面抗剪。承壓型高強螺栓連線還需驗算孔壁區域性承壓。

（5）節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等，應

儘可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。

此外，節點設計還應考慮製造廠的工藝水平。比如鋼管連線節點的相貫線的切口需

要數控機床等裝置才能完成。

節點往往是事故產生的源點，節點的處理不當特別是焊縫質量問題，很容易產生應

力集中，從而導致區域性屈曲或者形成疲勞破壞源或者脆性破壞等。對於鋼結構要定期進

行安全質量檢查鑑定。

3鋼結構火災消防

耐火極限是撲救建築火災的重要指標。長久以來，在滅火作戰中並未對範雛澄院士

提出的“釋熱速率”引起足夠的重視並開展應有的研究。不同的物質會以怎樣的方式燃

燒，在固定的時間裡能產生多少熱量，並對建築造成什麼危害等等諸如此類的問題，往往被遺忘和冷落。時代在發展，科技在進步，我們對火災的研究不能只停留在燃燒三要

素、滅火的四種基本方法上，而應重視和加強火災的基礎研究工作，特別是燃燒過程的

基本理論方面的研究，把重點放在燃燒動力學、火焰輻射和燃燒產物的熱化、物質的可

燃性及火災傳播等方面，更進一步掌握火災過程的本質和科學規律，並把這些研究成果

迅速轉化為消防戰鬥力。只有這樣，我們才能更好去應對火災，消滅火災。

起其它結構相比，鋼結構發生火災是更危險的事故。因為鋼材的力學效能對溫度變

化很敏感。溫度升高時，鋼材的各項指標如屈服強度、抗拉強度、彈性模量等的總趨勢

是降低的。特別是在300℃以上時，鋼材產生徐變，當溫度繼續上升到400℃以上時，

其效能指標更是明顯降低而趨於零。

我們要認識到：任何結構都經不起“火煉”，如果結構構件受到火災侵害，強度降

低或喪失了承載能力，房屋倒塌就在所難免。鋼材受火後會軟化，鋼結構在火災中失效

表現為瞬間倒塌。受火後房屋結構倒塌基本都無預兆，類似於脆性破壞，很難判斷倒塌

時間。

常見的建築火災中，人員傷亡多是由於煙氣中毒窒息所致，財產損失也限於室內物

品毀壞等。房屋結構在火災中會受到不同程度的損傷，產生區域性損壞或塌陷，但很少發

生整體房屋倒塌現象。這是因為，一般房屋滿足《建築防火規範》要求，結構構件本身

具有一定的抗火能力，或採取了一定的防火保護措施，一旦發生火災，在其有效的耐火

時間內火災得到了控制和撲滅。但若未能及時滅火，結構構件受到火災的進一步侵害，

強度降低或喪失了承載能力，房屋倒塌就在所難免了。衡州大廈正是由於結構受火災時

間過長，底層結構喪失承載力而導致結構整體破壞的。

《建築防火規範》根據房屋和結構構件重要性的不同，提出了房屋不同的防火等級

和構件不同的耐火極限，其目的主要是能保證有足夠的時間進行有效的營救和滅火，以

保護主體結構的完好性。根據理論研究，鋼材有時效硬化作用，長期使用過的鋼結構，

其材料內部發生化學反應，強度會降低，塑性和韌性也會降低，同時脆性增強。同樣，

鋼結構受火災時，用水滅火是否會進一步降低其強度，或者出現脆性破壞，造成結構危

險，目前對這方面的研究尚未引起足夠的重視。

鋼材由於受火後會軟化，鋼結構在火災中失效表現為瞬間倒塌（類似於失穩破壞）。

按照常規設計的房屋，應具有防火規範所要求的耐火極限，超過這一極限後，結構就很

不安全，或發生區域性塌陷，或發生整體倒塌。因此，現場營救和滅火應根據房屋的不同

耐火極限制定不同的實施方案。對於火燒後已不安全的房屋，一般不應進入房屋內部滅

火。

另外，應該加強在設計、施工、使用中的維護與鑑定工作，避開人為的失誤，以切

實控制和避免鋼結構事故的發生。對於鋼結構的防火問題，目前主要採取的措施是建築

防火布局、採用耐火效能強的結構材料、結構選型、採用防火塗料等。最普遍的方式是

採用各種不同耐火效能的防火塗料。

現有的防火塗料主要分為厚型鋼結構防火塗料和薄型鋼結構防火塗料。厚型鋼結構

防火塗料的主要成分為無機物，穩定性較好，耐氧化、耐輻射，可透過增加塗層厚度以

提高耐火極限，但是其裝飾效果較差，並且所佔截面面積較大。而薄型鋼結構防火塗料

一般為有機物，耐老化性及降解效能較差，長期使用被氧化後又可能達不到防火效果。因此，現實中很有必要尋求其它方法來防火，或者尋求其它能夠將鋼材緊密包裹、共同

作用、一起受力、耐熱耐火且不透熱的防火塗料。如在鋼構件外先塗一層熱反射材料，

再在其外塗耐高溫防火材料。對於露天鋼結構的防火保護問題，仍然需要開發新的防火

材料。

當然，在鋼結構的抗火設計計算方面，也需要進行大量的研究。現有的關於鋼結構

抗火效能實驗資料的不足，火災中升溫條件的不同，影響火災具體升溫情況的諸多因素，

導致了現有的設計方法也有很多不確定性因素，很多計算公式大都是模擬、擬合近似的

結果。隨著社會的發展，這遠不能滿足人們對鋼結構建築物及其它建築的防火耐火要求。

4結束語

節點設計和防火設計在鋼結構設計中是非常重要的，一旦發生事故，帶來的後果是

極其嚴重的。因此，設計人員要不斷充實鋼結構設計思維，學習先進的設計經驗，突破

傳統結構約束，以不斷適應新形勢的要求。

承重量大，且自身相對很輕，建造結構簡單，較以前的建造方式，節省大量時間。

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