謝靜

(山西五建集團(tuán)有限公司，山西太原 030013)

火災(zāi)后高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定

謝靜

(山西五建集團(tuán)有限公司，山西太原 030013)

結(jié)合某高層建筑火災(zāi)案例，對(duì)火災(zāi)后建筑進(jìn)行了檢測(cè)鑒定，通過綜合檢查初步判定出建筑受火區(qū)域及受火溫度，基于綜合檢查結(jié)果劃分了過火區(qū)域，并對(duì)各過火區(qū)域構(gòu)件損傷程度作了分級(jí)，根據(jù)不同的受火損傷等級(jí)提出相應(yīng)的加固修復(fù)建議。

火災(zāi)，高層建筑，結(jié)構(gòu)檢測(cè)，修復(fù)措施

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各大城市涌現(xiàn)出大量高層、超高層建筑，其中一部分成為該城市的地標(biāo)性建筑。超高層建筑設(shè)計(jì)往往相對(duì)復(fù)雜，高層建筑很大程度提高了城市空間的利用率，但與此同時(shí)卻給火災(zāi)等突發(fā)災(zāi)害的逃生及救援帶來較大困難，此類建筑出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，通常規(guī)模較大、影響甚廣、后果嚴(yán)重，比較典型的如美國(guó)世貿(mào)中心，其為兩座超高層雙子樓，在飛機(jī)撞擊后引起爆炸及燃燒，不斷燃燒的大火熔化了鋼架而導(dǎo)致坍塌，整個(gè)火災(zāi)造成大量人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

建筑結(jié)構(gòu)抗火性能的研究已經(jīng)有較多成果，建筑防火性能的研究主要集中在火災(zāi)發(fā)生時(shí)火災(zāi)的行為，建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方法以及火災(zāi)后建筑物建筑安全鑒定及修復(fù)等，基于上述研究成果，各國(guó)也出臺(tái)了建筑抗火設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范［1，2］。國(guó)內(nèi)相關(guān)專家對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)進(jìn)行了充分研究，李國(guó)強(qiáng)等［3］基于試驗(yàn)得出了鋼結(jié)構(gòu)及鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的相關(guān)方法;韓林海等［4］對(duì)鋼管混凝土火災(zāi)后力學(xué)性能做了較多研究，給出了火災(zāi)作用下鋼管混凝土承載力計(jì)算方法。此外，計(jì)算機(jī)仿真的日趨成熟也大力促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外建筑抗火領(lǐng)域的研究，包括火災(zāi)作用下高層、超高層建筑的連續(xù)性倒塌等均得到了很好的驗(yàn)證。盡管直至今天，建筑結(jié)構(gòu)抗火理論已經(jīng)較為成熟，但對(duì)于一些超高層建筑結(jié)構(gòu)災(zāi)后的鑒定評(píng)估等仍有待完善，相應(yīng)的實(shí)際工程案例仍然缺乏，對(duì)于此類結(jié)構(gòu)災(zāi)后的損傷評(píng)估也沒有通用的流程及標(biāo)準(zhǔn)，不同機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)結(jié)果不具備比較價(jià)值。

近年以來，部分研究人員開始嘗試將一些較為新穎的數(shù)學(xué)模型引入到災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)鑒定體系中。李敏等基于模糊數(shù)學(xué)采用混凝土強(qiáng)度、耐久性、爆裂、裂縫等作為參數(shù)建立了災(zāi)后混凝土的評(píng)價(jià)方法;方崇等基于投影尋蹤回歸理論以及遺傳算法提出了混凝土損傷的評(píng)價(jià)方法;王威等采用可拓理論提出了混凝土災(zāi)后評(píng)價(jià)的模型。不同的災(zāi)后評(píng)價(jià)模型均在不同程度上促進(jìn)了災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定理論體系的發(fā)展，然后上述定量評(píng)價(jià)模型均有可能會(huì)因?yàn)橹笜?biāo)量值不定、權(quán)重選取、級(jí)別區(qū)分等存在人為的偏差，進(jìn)而在現(xiàn)實(shí)工程中，建筑結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)定仍基于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)，評(píng)價(jià)體系未起到主要決定性的作用。

本文基于高層建筑火災(zāi)結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定案例，闡述高層鋼筋混凝土建筑災(zāi)后的損傷評(píng)估流程及鑒定方法，同時(shí)給出本工程災(zāi)后修復(fù)的相關(guān)建議，研究成果可為今后類似建筑結(jié)構(gòu)的災(zāi)后檢測(cè)鑒定提供一定參照。

1 案例

北京某高層建筑，地下2層，地上30層，主體結(jié)構(gòu)為帶鋼支撐的框剪結(jié)構(gòu)，建筑高度為159.68 m，分為主樓和裙樓兩部分，主樓、裙樓屋面均采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋。

該樓在使用過程中，因燃放煙花墜落的火星引起火災(zāi)，隨后引發(fā)建筑外墻裝飾的燃燒，并且不斷向四周蔓延，過火面積達(dá)到8 500 m2，整個(gè)火災(zāi)持續(xù)6 h?；馂?zāi)呈現(xiàn)的特點(diǎn):高層建筑，布局復(fù)雜，救援困難;火災(zāi)沿外墻蔓延迅速，火災(zāi)涉及的范圍廣。

2 災(zāi)后檢測(cè)

針對(duì)上述火災(zāi)，建立災(zāi)后建筑的檢測(cè)步驟如圖1所示。

圖1 火災(zāi)檢測(cè)步驟

2.1 綜合檢查

災(zāi)后建筑物檢測(cè)最先開始建筑物的綜合檢查工作，其主要內(nèi)容包括如下方面:

1)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的基本概況。對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，掌握火災(zāi)發(fā)生的大致范圍、過火面積、持續(xù)時(shí)間等信息，滅火所采用的方法，建筑物受火損失的情況，燃燒物品的種類及其堆放位置，在勘察過程中同時(shí)注意拍攝相關(guān)區(qū)域的圖片。

2)總結(jié)火災(zāi)溫度。根據(jù)災(zāi)后建筑物各構(gòu)件的表觀狀況，如表觀顏色、裂縫寬度及數(shù)量、表觀是否爆裂、爆裂深度等參數(shù)，結(jié)合受火時(shí)間等因素，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的火災(zāi)溫度—時(shí)間曲線綜合判斷不同區(qū)域位置的火災(zāi)溫度。目前較為普遍采用的是ISO834標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線，如式(1)所示:

其中，T為t時(shí)刻溫度;T0為初始溫度。

基于上述分析，得出該建筑火災(zāi)時(shí)最高溫度為1 194℃。

3)火災(zāi)分區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查判斷，將過火的區(qū)域進(jìn)行分級(jí)，主要分為三個(gè)等級(jí):a.較輕過火區(qū)域，混凝土表面僅熏黑，未見表皮脫落，表面受火溫度不超過300℃;b.一般過火區(qū)域，混凝土表面僅局部出現(xiàn)輕微脫落，表面有裂縫產(chǎn)生，受火溫度為300℃ ～600℃;c.嚴(yán)重過火區(qū)域，混凝土表面出現(xiàn)嚴(yán)重剝落，敲擊可聽見空鼓聲，表面裂縫較多，寬度較大，受火溫度高于600℃。

經(jīng)過上述檢查，該建筑整體受火程度較輕，局部區(qū)域受火災(zāi)影響較為嚴(yán)重，因此在正式加固前應(yīng)當(dāng)對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行防護(hù)，防止該局部區(qū)域出現(xiàn)坍塌。

2.2 分項(xiàng)檢測(cè)

根據(jù)前述預(yù)先制定的檢測(cè)流程，開始分項(xiàng)檢測(cè)，包括:災(zāi)后混凝土強(qiáng)度、燒傷深度、鋼筋檢測(cè)等，在檢測(cè)中重點(diǎn)檢查火災(zāi)分區(qū)中的b和c兩個(gè)等級(jí)。

1)混凝土強(qiáng)度及探傷深度。本項(xiàng)測(cè)試包括檢查構(gòu)件的外觀狀況、混凝土強(qiáng)度以及燒傷深度。受火后混凝土強(qiáng)度降低主要由于高溫?fù)p傷、滅火方式、災(zāi)后齡期等因素，其中不同滅火方式對(duì)混凝土強(qiáng)度影響尤為明顯，水冷卻后混凝土強(qiáng)度會(huì)迅速降低，其較自然冷卻方式下混凝土強(qiáng)度約低30%。盡管根據(jù)混凝土表觀狀況等可以粗略估計(jì)混凝土強(qiáng)度損失，但由于不同深度處混凝土受火影響程度也不盡相同，檢測(cè)中不應(yīng)當(dāng)只依據(jù)混凝土表觀狀況評(píng)價(jià)混凝土強(qiáng)度。在實(shí)際工程中，除了記錄不同構(gòu)件的外觀缺陷，同時(shí)也需要準(zhǔn)確測(cè)定混凝土強(qiáng)度，本工程檢測(cè)中采用的是鉆芯法評(píng)定混凝土強(qiáng)度。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，本工程中b區(qū)域和c區(qū)域構(gòu)件均存在顏色變化、裂縫、掉皮等現(xiàn)象，c區(qū)域少數(shù)構(gòu)件出現(xiàn)露筋。根據(jù)芯樣檢測(cè)的強(qiáng)度，過火區(qū)域的構(gòu)件受火災(zāi)作用后強(qiáng)度均有降低，其中c區(qū)域混凝土強(qiáng)度降幅較大，達(dá)到13%～32%。過火區(qū)域構(gòu)件的燒傷深度為5 mm～100 mm，個(gè)別構(gòu)件燒傷深度大于保護(hù)層厚度。

2)鋼筋檢測(cè)。本項(xiàng)測(cè)試的項(xiàng)目為:構(gòu)件實(shí)際截面尺寸及配筋、構(gòu)件變形、鋼筋強(qiáng)度等。在高溫作用下，鋼筋強(qiáng)度會(huì)有所降低，同時(shí)由于混凝土內(nèi)部空隙增多，鋼筋與混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度也降低，這些都對(duì)構(gòu)件的承載能力產(chǎn)生影響。實(shí)際檢測(cè)中采用鋼筋掃描儀檢查構(gòu)件實(shí)際鋼筋配置，采用鋼卷尺檢查構(gòu)件截面尺寸，采用經(jīng)緯儀測(cè)試測(cè)試構(gòu)件變形情況，對(duì)部分構(gòu)件的鋼筋進(jìn)行取樣，測(cè)試鋼筋力學(xué)性能。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，該建筑的構(gòu)件截面尺寸及鋼筋配置情況均與原設(shè)計(jì)圖紙一致，少數(shù)梁構(gòu)件撓度超過規(guī)范的限值，現(xiàn)場(chǎng)截取的鋼筋力學(xué)性能均滿足相關(guān)要求。

2.3 等級(jí)評(píng)定

目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)檢測(cè)評(píng)定相關(guān)的規(guī)范主要包括1996年上海出臺(tái)的地標(biāo)［5］和2009年發(fā)行的協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)［6］。上海地標(biāo)基于承載力、裂縫、變形幾個(gè)因素對(duì)混凝土構(gòu)件評(píng)定分級(jí)，協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)則從混凝土強(qiáng)度、外觀、裂縫、構(gòu)件變形、鋼筋與混凝土粘結(jié)等因素評(píng)定構(gòu)件。另外，一些行業(yè)研究人員基于實(shí)際工程也給出了不同的評(píng)定方法。盡管，構(gòu)件災(zāi)后的鑒定評(píng)級(jí)已較為成熟，但具體的鑒定評(píng)級(jí)也是定性評(píng)定，其評(píng)定結(jié)果還需結(jié)合具體工程案例及檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)來綜合判定。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，該建筑中28層存在受損等級(jí)為一級(jí)的構(gòu)件，19層～20層，24層，26層存在受損等級(jí)為二級(jí)的構(gòu)件，2層，5層，7層～13層，15層，17層，26層～27層存在受損等級(jí)為三級(jí)的構(gòu)件。

3 修復(fù)建議

根據(jù)本建筑實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合相關(guān)類似工程的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，提出如下修復(fù)建議:

1)評(píng)定受損等級(jí)為一級(jí)的構(gòu)件，其損傷程度較輕，僅需對(duì)其表面進(jìn)行粉刷等處理，無需采取特殊的加固修復(fù)措施;

2)評(píng)定受損等級(jí)為二級(jí)的構(gòu)件，其燒傷深度小于混凝土保護(hù)層，受損的構(gòu)件無露筋的現(xiàn)象，此類構(gòu)件建議去除構(gòu)件表層疏松的混凝土，對(duì)構(gòu)件出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行封閉處理，隨后采用比原設(shè)計(jì)高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行修復(fù);

3)評(píng)定受損等級(jí)為三級(jí)的構(gòu)件，其受火災(zāi)影響較為嚴(yán)重，此類構(gòu)件建議去除受損范圍的混凝土，錨入附加鋼筋，隨后再采用比原設(shè)計(jì)高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行修復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于實(shí)際高層建筑火災(zāi)后檢測(cè)案例，給出了災(zāi)后高層建筑檢測(cè)的一般流程，即現(xiàn)場(chǎng)綜合檢查、判斷過火區(qū)域及溫度、劃分受火區(qū)域、分項(xiàng)檢測(cè)、構(gòu)件等級(jí)評(píng)定等?；谕暾臋z測(cè)流程，可以得出不同區(qū)域不同構(gòu)件的損傷情況，有針對(duì)性的提出相應(yīng)構(gòu)件的修復(fù)建議。另外，本文相關(guān)案例也可進(jìn)一步為高層建筑抗火設(shè)計(jì)提供案例參考，推進(jìn)高層建筑抗火設(shè)計(jì)不斷完善。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外建筑火災(zāi)后檢測(cè)還沒有標(biāo)準(zhǔn)的流程，在實(shí)際工程中評(píng)估結(jié)果仍具有一定的主觀性、可變性，因此，完善火災(zāi)后建筑評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)體系的研究也是本領(lǐng)域的進(jìn)一步工作。

［1］ 范 進(jìn)，呂志濤.混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的主要內(nèi)容［J］.建筑技術(shù)，1999，30(5):319-320.

［2］ GB 50016—2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

［3］ 李國(guó)強(qiáng)，韓林海，婁國(guó)彪，等.鋼結(jié)構(gòu)及鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［4］ 韓林海，宋天詣.鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理［M］.北京:科學(xué)出版社，2012.

［5］ DB J08—291—96，火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

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

Detection and identification of high-rise building reinforced concrete structure after fire

Xie Jing

(Shanxi Fifth Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030013，China)

Combining with the high-rise building fire cases，the paper carries out the building detection and identification after fire.Through comprehensive examination，it preliminarily determines the building fire scope and fire temperature.Based on comprehensive examination results，it divides fire areas，and carries out component damage degree grading，and finally puts forward corresponding reinforcing and repairing suggestions according to different fire damage.

fire，high-rise building，structure detection，repairing measures

TU317

A

1009-6825(2016)35-0041-02

2016-10-09

謝 靜(1982-)，女，工程師