华为|大火过后，华为的钢结构大楼是否还能高枕无忧？
导读：官方通报 ， 东莞松山湖实验室区域内的某栋钢结构大楼发生火灾 ， 燃烧的吸音棉浓烟滚滚 ， 该栋建筑为华为在建的钢结构大楼 。 经过千锤百炼的钢铁 ， 再次经过大火高温的洗涤之后 ， 其力学性能反而有所退化 ， 这栋在建的钢结构大楼的承载能力将会有所下降 ， 在原定的使用条件下无法高枕无忧 。
1、引言
东莞松山湖实验室区域内 ， 华为所属的一在建钢结构起火 。 网传为华为实验室 ， 实际为华为所属的在建建筑 。 从某种程度上来讲 ， 在建建筑大火引起的损失要小一些 。
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官方通报
钢结构建筑在工厂等建筑中比较常见 ， 相对于钢混结构 ， 钢结构建筑建造时无需等待混凝土固化 ， 提高了施工的效率 。 钢结构建筑一般是立柱和横梁组成的框架结构（下图） ， 钢本身的力学性能也较好 。 同样的载荷 ， 钢结构可以设计的更加体积小 。 除非是那种特种安全屋 ， 否则房间四周不可能是全钢 。 这就需要其他材料来填充 ， 变成墙体 。 这种填充材料需要能够隔热隔音 ， 这样才不会让各个房间互相干扰 。 另外 ， 这栋建筑未来的用途估计也是实验用途 ， 对环境噪音要求较高 。 所以 ， 这栋钢结构建筑需要大量的吸音吸热材料——吸音棉 。
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钢结构
我们都知道 ， 钢铁的形成不易 ， 从铁矿石到成品钢结构 ， 经历了千锤百炼 。 无数次的高温的洗涤 ， 才成就了高品质的钢材 。 似乎 ， 经历过高温的次数越多 ， 钢的品质将会越好 。 这其实是个伪命题 ， 不可一概而论 。 对于已经使用的钢结构来说 ， 高温对力学性能来说是灾难 。
2、千锤百炼的钢
钢铁来自于铁矿石 ， 经过高温煅烧和化学反应 ， 铁矿石中的铁融化成铁水 ， 这种铁水里含有大量的杂质 ， 冷却过后形成生铁 ， 力学性能还是较差的 。 想要获得高品质的钢 ， 需要经过复杂的炼钢工艺 ， 去除内部杂质 ， 掺杂特定元素 ， 提升钢的品质 。
【华为|大火过后，华为的钢结构大楼是否还能高枕无忧？】
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钢的冶炼
含碳量的不同 ， 严重影响钢材的力学性能 。 含碳量越低 ， 钢材就越韧 ， 反正则越脆 。 高校材料力学实验所采用的低碳钢和铸铁 ， 就是两种典型的材料 。 低碳钢是韧性 ， 铸铁则是脆性 。 两者力学性能差异巨大的一个显著原因就是含碳量 。
在含碳量接近的情况下 ， 不同的热处理工艺 ， 也会影响钢铁的力学性能 。 主要原因在于可以形成不同的微观结构 ， 比如奥氏体、珠光体等 。 著名的304不锈钢就是类似热处理工艺得到的产品 。
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不同热处理的微观结构
3、温度的重要影响
虽然 ， 经过了千锤百炼的钢 ， 其力学性能得到了很大的改善 。 但是这种改善是经过特定的热处理工艺 ， 且未经受载 。 一旦钢材产品成型之后 ， 即使没有受力 ， 再次进入高温后 ， 原先的特定微观结构就会改变 ， 很多数情况下 ， 这种改变是消极的 ， 冷却完之后 ， 整体的力学性能就会大打折扣 。
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相图反应了微观结构的演变
此外 ， 火灾引起的高温 ， 钢结构正处于工作的状态下 ， 受到了力的作用 。 高温引起的钢材微观结构的演变 ， 让其性能得到了弱化 。 从宏观角度来看 ， 温度越高 ， 钢的应力应变曲线变得越矮 。 这就意味着弹性模量和各种应力极限都在降低 。
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温度对应力应变曲线的影响
低温情况下 ， 钢铁更脆 ， 如下图 。 断裂能在低温情况下的值为40kJ/m2 ， 而高温情况则接近120kJ/m2 。 不过 ， 零度以上 ， 断裂能变化不大 。 这其实从应力应变曲线上也能分析出来：应力应变曲线随温度增高而变矮 ， 但是变得更长 。 那么其围成的面积变化就不大 ， 这个面积就与断裂能有着千丝万缕的联系 。
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温度对断裂能的影响
虽然高温对断裂能影响不大 ， 但是高温“软”化了钢结构 ， 使其变得更加容易变形 。 这一点对横梁的影响尤为明显 。 横向力的存在 ， 会让弱化后的横梁变形更大 ， 这可能是灾难性的 。 变形的增大 ， 引起力矩的增大 ， 从而让结构更加处于危险的境地 。 即使大火扑灭 ， 钢结构恢复室温 ， 这种变形也无法完全恢复了 。 这就引起了附加的力矩 ， 减小了结构的承载能力 。
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横梁的变形
4、总结
高温会让钢材的微观结构发生演变 ， 力学性能总体上降低 。 宏观上 ， 高温降低了材料的弹性模量 ， 使得钢结构更加容易发生变形 。 高温也降低了各类应力极限 ， 降低了钢结构的承载能力 。 大火过后 ， 即使钢结构恢复室温 ， 已经发生的变形无法完全恢复 ， 引起额外的力矩 ， 降低了结构的承载能力 。
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