馬建勛 張 明 祁星星

(西安交通大學(xué)，陜西西安 710049)

0 引言

我國(guó)規(guī)范［1］規(guī)定了各種建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限:一般臨時(shí)性建筑的設(shè)計(jì)使用年限為5年，易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用年限為25年，普通房屋與構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)使用年限為50年，紀(jì)念性建筑及特別重要的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為100年。然而，建筑結(jié)構(gòu)在服役期間，難免會(huì)遇到不可抗力的破壞。其中，火災(zāi)是各種災(zāi)害中發(fā)生頻率最大且極具毀滅性的災(zāi)害之一［2］。發(fā)生火災(zāi)后，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性鑒定，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固，以達(dá)到繼續(xù)使用的目的。

本文對(duì)一個(gè)遭受火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查與測(cè)試，完成了安全性鑒定并提出了相應(yīng)的加固方案，達(dá)到了建筑物可繼續(xù)使用的目的。

1 某實(shí)驗(yàn)室火災(zāi)概況

發(fā)生火災(zāi)的建筑是一棟五層的框架結(jié)構(gòu)，起火的實(shí)驗(yàn)室位于結(jié)構(gòu)的第三層，建于1991年。2010年12月31日上午11:30左右，實(shí)驗(yàn)人員在做耐高壓變電實(shí)驗(yàn)時(shí)不慎造成閃爆，導(dǎo)致圖中點(diǎn)A處實(shí)驗(yàn)機(jī)起火(見圖1)。實(shí)驗(yàn)機(jī)以西為加工區(qū)及過(guò)道，未吊頂，可燃物較少。?軸處設(shè)備為耐高溫材料，在火勢(shì)蔓延過(guò)程中起到了防火墻的作用，故?軸以西建筑基本未受火災(zāi)影響。實(shí)驗(yàn)機(jī)以北為辦公區(qū)，吊頂物可燃，臨近過(guò)道處為木格擋，實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)高溫高壓油噴出，引燃北部辦公區(qū)格擋，火勢(shì)迅猛。實(shí)驗(yàn)機(jī)以東為辦公室，吊頂物可燃，因臨近實(shí)驗(yàn)機(jī)側(cè)為鋁合金隔墻、玻璃窗，故火勢(shì)的蔓延速度較慢。起火15 min后，消防車趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滅火，建筑從起火到被熄滅，大概經(jīng)過(guò)了50多分鐘。

2 整體火災(zāi)分區(qū)劃分

依據(jù)起火點(diǎn)、起火走向、結(jié)構(gòu)表觀狀況、火場(chǎng)殘留物狀況及可燃物特性、通風(fēng)條件、滅火過(guò)程等綜合分析判斷［3］，火場(chǎng)大致劃分三個(gè)火作用區(qū)域，具體情況如圖1所示。

圖1 火災(zāi)分區(qū)圖

⑤軸與⑦軸之間的部分離火源較遠(yuǎn)，火勢(shì)尚未蔓延到此區(qū)域就已經(jīng)得到控制。場(chǎng)內(nèi)木制吊頂尚存，而飲水器、空調(diào)等材料已變態(tài)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件受火災(zāi)影響甚微。該區(qū)域火災(zāi)時(shí)，溫度大致在80℃ ～130℃范圍內(nèi)。

2/A軸～1/B軸交⑧軸～?軸區(qū)域，火勢(shì)最大，板的粉刷層全部剝落，局部鋼筋和石子外露;梁由于過(guò)火溫度不同呈現(xiàn)粉紅色、鐵銹紅、淺黃色，且出現(xiàn)不同程度的酥松(見圖2)，嚴(yán)重部位出現(xiàn)石子和鋼筋外露現(xiàn)象;2/B軸交⑧軸～?軸的梁也出現(xiàn)上述現(xiàn)象;?軸交⑩軸柱受火災(zāi)影響最為嚴(yán)重(見圖3)，粉刷層全部剝落，北側(cè)柱面從底部60 cm以上顏色由淺黃變?yōu)榛野?，有大量裂縫存在，嚴(yán)重酥松，兩側(cè)棱角呈劈裂狀。?軸交⑨軸柱和?軸交?軸柱也出現(xiàn)局部酥松情況。該區(qū)域可燃物較多，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，大致在30 min～45 min范圍內(nèi);混凝土過(guò)火最嚴(yán)重部位呈現(xiàn)淺黃～灰白色，混凝土酥松嚴(yán)重且敲擊聲音較悶，可以推斷混凝土局部最高溫度在600℃左右?；饎?shì)較輕部位，混凝土構(gòu)件顏色呈現(xiàn)粉紅或鐵銹紅，表面溫度大概在300℃ ～500℃之間。

圖2 ⑨軸～⑩軸交軸線梁，角部被燒酥

圖3 ⑩軸交?軸柱受損情況

其他區(qū)域也存在不同程度的燒傷現(xiàn)象，但較輕微，基本情況為:粉刷層剝落，結(jié)構(gòu)層完好，鋼筋和石子沒(méi)有出現(xiàn)外露現(xiàn)象。但構(gòu)件個(gè)別部位出現(xiàn)酥松現(xiàn)象?；饒?chǎng)平均最高溫度在300℃以下，局部構(gòu)件表面最高溫度較高，大致在500℃左右。

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鑒定及評(píng)級(jí)

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鑒定與評(píng)級(jí)需分兩步進(jìn)行，第一步是初步鑒定評(píng)級(jí)，第二步是在初步鑒定評(píng)級(jí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行構(gòu)件的詳細(xì)評(píng)級(jí)。

3．1 初步鑒定評(píng)級(jí)

調(diào)查所有過(guò)火房間，對(duì)柱、梁、板結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用外觀目測(cè)、錘擊回聲、開槽探孔或用電鏟鏟除酥松層測(cè)量中性化深度進(jìn)行現(xiàn)狀檢測(cè)，并在檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步鑒定評(píng)級(jí)。根據(jù)CECS 252∶2009火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)［4］，梁、板、柱初步鑒定評(píng)級(jí)可分為Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)，Ⅳ級(jí)。構(gòu)件評(píng)為Ⅰ級(jí)，不需要進(jìn)行加固;構(gòu)件評(píng)為Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)時(shí)需要進(jìn)行加固修復(fù);當(dāng)構(gòu)件評(píng)為Ⅳ級(jí)時(shí)，需要拆除或更換。柱的初步鑒定評(píng)級(jí):對(duì)于外層木質(zhì)材料未燒完，粉刷層尚在或被熏黑，錘擊反應(yīng)聲音響亮，裂縫寬度小于0．1 mm的柱，初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅰ級(jí)，如?軸交⑧軸的柱;對(duì)于顏色粉紅，裂縫寬度不小于0．1 mm且不大于0．5 mm，錘擊反應(yīng)聲音較悶，局部混凝土脫落或露筋的柱，初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅱ級(jí)，如?軸交?軸的柱;對(duì)顏色呈土黃色或灰白色，裂縫寬度大于0．5 mm，錘擊反應(yīng)聲音較悶，嚴(yán)重混凝土脫落及露筋的柱，初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅲ級(jí)，如?軸交⑩軸的柱。

梁的初步鑒定評(píng)級(jí):對(duì)于基本未變色或被熏黑，有輕度裂縫，錘擊反應(yīng)聲音響亮，無(wú)混凝土脫落且無(wú)鋼筋外露的梁，初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅰ級(jí)，如?軸交⑦軸～⑧軸之間的梁;對(duì)于顏色呈粉紅，表面存在輕微裂縫網(wǎng)，錘擊反應(yīng)聲音較悶，有輕微混凝土脫落及露筋現(xiàn)象的梁，初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅱ級(jí)，如0/A軸交⑨軸～⑩軸之間的梁;對(duì)顏色呈土黃色或灰白色，存在粗裂縫網(wǎng)，錘擊反應(yīng)聲音較悶，嚴(yán)重混凝土脫落及露筋的梁，初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅲ級(jí)，如?軸交⑩軸 ～ ?軸之間的梁。

樓板的初步鑒定評(píng)級(jí):對(duì)于基本未變色或被熏黑，有輕度裂縫，錘擊反應(yīng)聲音響亮，無(wú)混凝土脫落且無(wú)鋼筋外露的板，評(píng)為Ⅰ級(jí);對(duì)于顏色呈粉紅，表面存在輕微裂縫網(wǎng)，錘擊反應(yīng)聲音較悶，有輕微混凝土脫落及露筋現(xiàn)象的板，評(píng)為Ⅱ級(jí);對(duì)顏色呈土黃色或灰白色，存在粗裂縫網(wǎng)，錘擊反應(yīng)聲音較悶，嚴(yán)重混凝土脫落及露筋的板，評(píng)為Ⅲ級(jí)。

3．2 詳細(xì)鑒定評(píng)級(jí)

對(duì)初步鑒定損失等級(jí)為Ⅱ，Ⅲ級(jí)的柱、梁構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)鑒定。按CECS 252∶2009火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)附錄E根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式、材料熱性能、構(gòu)件表面最高溫度和火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，判定各構(gòu)件的火災(zāi)截面溫度場(chǎng)，進(jìn)而根據(jù)構(gòu)件截面溫度場(chǎng)按CECS 252∶2009火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)附錄F，G判定火災(zāi)后混凝土和鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行承載能力評(píng)定。承載能力評(píng)定分為a，b，c，d 級(jí)，其中 b，c，d 級(jí)構(gòu)件需要加固處理。

經(jīng)計(jì)算，?軸交⑩軸柱火災(zāi)后承載力與作用效應(yīng)的比值大于0．85且小于0．9，評(píng)定為c級(jí);其余各構(gòu)件火災(zāi)后承載力與作用效應(yīng)的比值均大于0．9，評(píng)定為b級(jí)。

4 加固建議及結(jié)論

本建筑物遭受火災(zāi)破壞后，經(jīng)全面細(xì)致調(diào)查、測(cè)評(píng)和綜合分析，⑤軸與⑦軸之間的部分受火災(zāi)影響甚微;2/A軸～1/B軸交⑧軸～?軸區(qū)域，受火災(zāi)影響最為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為:部分梁、柱表面混凝土爆裂，鋼筋、石子外露，板的底面混凝土爆裂，鋼筋、石子外露;其他區(qū)域受災(zāi)情況介于兩者之間，構(gòu)件個(gè)別部位出現(xiàn)酥松。

鑒于以上情況，提出如下幾點(diǎn)建議:

1)對(duì)于受損最為嚴(yán)重的?軸交⑩軸柱要剔除燒損混凝土，清潔表面后用高強(qiáng)復(fù)合性能灌漿料進(jìn)行截面修復(fù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。因截面損失嚴(yán)重，在施工過(guò)程中要對(duì)周圍梁進(jìn)行合理支撐。

2)對(duì)于其余評(píng)定為Ⅱ級(jí)及Ⅲ級(jí)構(gòu)件，要剔除燒損混凝土，清潔表面后用高強(qiáng)復(fù)合性能灌漿料進(jìn)行截面修復(fù)，在梁底、板底或柱側(cè)粘貼碳纖維布進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

3)對(duì)于評(píng)定結(jié)果為Ⅰ級(jí)構(gòu)件，視其具體情況可不進(jìn)行處理或?qū)⑹軗p表面混凝土清除，對(duì)保護(hù)層采取有效措施進(jìn)行復(fù)原，達(dá)到耐久性要求。對(duì)火災(zāi)后的建筑進(jìn)行安全性鑒定并合理加固后，建筑結(jié)構(gòu)可繼續(xù)使用，與拆除重建相比，施工周期短且經(jīng)濟(jì)性好。但對(duì)于火災(zāi)后損傷嚴(yán)重的建筑，則只能拆除重建。本文結(jié)合工程實(shí)例簡(jiǎn)單分析了火災(zāi)后鑒定及加固方法，為處理火災(zāi)后建筑的鑒定及加固提供一種思路方法。

［1] GB 50153-2008，工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2] 陳 華，夏 燕．淺析混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的安全性鑒定與加固［J］．四川建筑科學(xué)研究，2008(4):112-113．

［3] 曾躍飛．某廠房火災(zāi)溫度的判定和火災(zāi)分區(qū)［J］．重慶建筑，2007(8):36-38．

［4] CECS 252∶2009，火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］．