楊龍江，白偉亮，2，張 超，翟傳明，王娟娟，張 婧

（1.中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100142；2.中國電子工程設(shè)計院有限公司，北京 100142）

0 引言

發(fā)生火災(zāi)的建筑結(jié)構(gòu)中，其中少量發(fā)生倒塌的建筑或十分危險應(yīng)立即拆除的建筑可以立即確定處理方案，而某些建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)歷火災(zāi)后仍具有一定的承載能力，是拆除還是修復(fù)加固后重新利用是火災(zāi)后應(yīng)該立即解決的問題。現(xiàn)實中，多數(shù)火災(zāi)后幸存的建筑首先需要進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢測和評估。由于火災(zāi)情況比較復(fù)雜，不同位置構(gòu)件遭受火災(zāi)損傷的大小并不相同，因此，需要進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場檢測和調(diào)查，并進(jìn)行火災(zāi)后結(jié)構(gòu)和構(gòu)件安全性計算。在此基礎(chǔ)上，提出不同受火構(gòu)件的火災(zāi)后結(jié)構(gòu)加固處理方案。本文以某工廠倉庫火災(zāi)后安全鑒定為例，介紹了火災(zāi)后鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)檢測與鑒定的方法，可為類似工程火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全鑒定提供參考。

1 火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定程序［1］

建筑物發(fā)生火災(zāi)后應(yīng)及時對建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測鑒定工作，鑒定工作流程分為：初步鑒定和詳細(xì)鑒定兩部分，火災(zāi)后結(jié)構(gòu)鑒定流程圖如圖 1 所示。

圖1 火災(zāi)后結(jié)構(gòu)鑒定流程圖

2 工程概況

本工程為地上 1 層，局部 2 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，本工程框架結(jié)構(gòu)柱距為 6.6 m×7.8 m，其中南北向 5 跨，東西向 8 跨；北側(cè)邊跨為地上 2 層，屬于員工辦公區(qū)；其余區(qū)域為地上 1 層，作為公司倉庫使用，建筑面積約為 2 470 m2。倉庫的平面布置圖如圖 2 所示。

3 結(jié)構(gòu)初步檢測鑒定

3.1 火災(zāi)現(xiàn)場調(diào)查

檢測前，通過觀察火災(zāi)影響范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷概況，檢查確定現(xiàn)場無危及檢測人員人身安全的危險構(gòu)件，確保檢測鑒定期間的人員安全［2-5］。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，起火點位于軸 5-6～D-E 區(qū)域，庫房內(nèi)構(gòu)件受到火災(zāi)作用均出現(xiàn)不同程度的損傷。板鋼筋外露，框架梁柱以及隔墻底部均被黑煙覆蓋，墻體玻璃遭受高溫作用后破壞，如圖 3 所示。少數(shù)混凝土柱（3～E、4～D、5～D、6～D、8～D）角部混凝土脫落；少數(shù)混凝土梁（1-2～E、2-3～E、2-3～D、2～D-E）梁底角部混凝土脫落；樓板（5-6～D-E）板底混凝土表面脫落。如圖 4 所示，混凝土柱表面無火災(zāi)裂縫或者存在輕微火災(zāi)裂縫網(wǎng)；混凝土梁表現(xiàn)為表面輕微裂縫網(wǎng)，少數(shù)構(gòu)件出現(xiàn)較寬裂縫（5～A-B、8～A-B、6～D-E、2～DE），最大裂縫寬度可達(dá) 0.4 mm；混凝板表面未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。

圖2 結(jié)構(gòu)平面布置圖（單位：mm）

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系

圖3 塑鋼門窗和片狀玻璃

圖4 框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)后圖片

3.2 火災(zāi)溫度判定

通過對現(xiàn)場的詳細(xì)調(diào)查，火災(zāi)后混凝土構(gòu)件調(diào)查結(jié)果如下。

1）混凝土構(gòu)件表面顏色大多為淺灰白色，部分構(gòu)件略帶粉紅色；少量構(gòu)件呈現(xiàn)淺黃色。

2）構(gòu)件表面粉刷層大面積剝落，個別構(gòu)件角部混凝土剝落、露筋；一處樓板表面剝落、露筋。

3）梁、柱表面多處出現(xiàn)微細(xì)裂縫，部分梁構(gòu)件裂縫較多。

4）構(gòu)件錘擊反應(yīng)聲音普遍較為響亮，表面未留下明顯痕跡。

通過對火災(zāi)現(xiàn)場混凝土表面顏色、混凝土剝落程度以及錘擊反應(yīng)進(jìn)行調(diào)查并結(jié)合火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的判定標(biāo)準(zhǔn)采用可知，混凝土構(gòu)件表面經(jīng)歷過的最高溫度＞800 ℃。

火場溫度的理論推算根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn) ISO834［6］標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線進(jìn)行計算，見式（1）：

式中：T0為環(huán)境溫度，取為 20 ℃；通過現(xiàn)場詢問，明火持續(xù)時間大約為 1 h，t 為燃燒時間，取為 60 min。按此公式計算該火場最高溫度應(yīng)在 935 ℃ 左右。

3.3 主要檢測結(jié)果

3.3.1 受損構(gòu)件的混凝土力學(xué)性能檢測

依據(jù) CECS：03－2007《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》［7］對受火框架中的框架柱和框架梁進(jìn)行取芯檢測，取芯后切除表層損傷混凝土，對試塊進(jìn)行力學(xué)性能試驗，并通過計算，得出該構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度。根據(jù)芯樣抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果，火災(zāi)后混凝土柱的抗壓強(qiáng)度平均值為 44 MPa，火災(zāi)后混凝土梁的抗壓強(qiáng)度平均值為 34.2 MPa，均高于設(shè)計強(qiáng)度 C30；同時應(yīng)用回彈法對框架中框架柱、框架梁和樓板進(jìn)行了抽樣檢測，根據(jù)回彈檢測結(jié)果，框架柱批量強(qiáng)度推定值為 28.4 MPa，框架梁批量強(qiáng)度推定值為 29.6 MPa，樓板批量強(qiáng)度推定值為 26 MPa，根據(jù)回彈法檢測結(jié)果，框架梁和框架柱混凝土略低于設(shè)計強(qiáng)度 C30，混凝土板混凝土強(qiáng)度略高于設(shè)計值 C25。

3.3.2 受損構(gòu)件的鋼筋力學(xué)性能檢測

火災(zāi)造成倉庫起火點位置頂層鋼筋混凝土板部分鋼筋外露；直接受火區(qū)域范圍內(nèi)框架柱和框架梁均發(fā)生不同程度的混凝土剝落。高溫會使鋼筋力學(xué)性能產(chǎn)生了一定程度的降低，因此需要對過火后鋼筋的力學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)的檢測。在損傷嚴(yán)重的屋面板、框架梁等區(qū)域部位截取材質(zhì)為 B10、C25 鋼筋進(jìn)行鋼筋力學(xué)性能試驗，結(jié)果表明：所取鋼筋屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和伸長率均合格，符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

圖5 Ⅱa 級、Ⅱb 級混凝土構(gòu)件位置圖（單位：mm）

3.3.3 結(jié)構(gòu)變形檢測

采用全站儀對過火影響范圍不同區(qū)域的混凝土，框架梁、框架柱進(jìn)行了變形測量。根據(jù)檢測結(jié)果可知，火災(zāi)影響程度不同部位混凝土梁變形基本一致，且未發(fā)現(xiàn)明顯下?lián)犀F(xiàn)象，框架柱也未發(fā)現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象，故本次火災(zāi)對混凝土構(gòu)件變形未產(chǎn)生較大影響。

3.4 初步鑒定結(jié)論

如圖 5 所示，經(jīng)初步鑒定后，庫房內(nèi)柱 4～D、梁 2～D-E、梁 3～D-E、梁 4～D-E、梁 2-3～D、梁1-2～E（頂層）、梁 2-3～E（頂層）、梁 5～A-B、梁 8～A-B、板 5-6～D-E 評定為 Ⅱb級，即構(gòu)件遭受輕度～中度燒灼，未對結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生明顯影響，尚不影響結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)采取提高耐久性或局部處理和外觀修復(fù)措施。

對于鑒定結(jié)論為 Ⅱb級重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)鑒定評級，根據(jù)鑒定程序，需進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件專項檢測分析以及結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件校核。

4 結(jié)構(gòu)詳細(xì)檢測鑒定

4.1 結(jié)構(gòu)承載力驗算

4.1.1 模型概況

對于火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)分析與校核，應(yīng)考慮火災(zāi)后結(jié)構(gòu)殘余狀態(tài)的材料力學(xué)性能、連接狀態(tài)、結(jié)構(gòu)幾何形狀變化和構(gòu)件的變形和損傷等進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件校核。模型中框架梁和框架柱均采用梁單元建立，邊跨框架梁主要截面尺寸為 350 mm×750 mm、中間跨框架梁主要截面尺寸為 350 mm×650 mm；框架柱主要截面尺寸為 600 mm×600 mm，框架梁、柱配筋均與設(shè)計文件相同。廠房一層樓面活荷載為 2 kN/m2，屋頂活荷載為 2 kN/m2。廠房總建筑高度為 7.5 m，1 層建筑高度為 3.8 m，框架梁、柱配筋均按照現(xiàn)場檢測結(jié)果進(jìn)行，建筑所處場地類別為 Ⅱ 類，抗震設(shè)防烈度 8 度（0.2 g），受火倉庫三維模型如圖 6 所示。

圖6 倉庫三維分析模型

4.1.2 材料強(qiáng)度折減

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)作用后，結(jié)構(gòu)性能均發(fā)生不同程度的損傷，混凝土和鋼筋材料均有不同程度強(qiáng)度和彈性模量的降低，起火區(qū)和直接受火區(qū)由于受火災(zāi)影響較大，混凝土構(gòu)件表面受損區(qū)域強(qiáng)度降低較為明顯，因此該部分結(jié)構(gòu)承載能力驗算時，當(dāng)實測混凝土強(qiáng)度高于設(shè)計值時，采用設(shè)計值，否則采用實測值進(jìn)行計算；截面尺寸按照原設(shè)計考慮。

4.1.3 承載力計算結(jié)果

圖 7 為火災(zāi)后鋼筋混凝土框架梁和框架柱承載力驗算比。由圖可知，倉庫梁柱構(gòu)件火災(zāi)后承載力均滿足設(shè)計要求。

圖7 火災(zāi)后框架梁、柱驗算比

4.2 詳細(xì)檢測鑒定結(jié)論

結(jié)合圖 7 框架驗算比結(jié)果和表 2 火災(zāi)后混凝土構(gòu)件承載能力評定等級標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)后框架梁柱構(gòu)件可評為 b 級。

表2 火災(zāi)后混凝土構(gòu)件承載能力評定等級標(biāo)準(zhǔn)

5 加固處理建議

對于評定為 b 級的混凝土構(gòu)件基本符合國家現(xiàn)行行標(biāo)下限水平要求，尚不影響安全，尚可正常使用，宜采取適當(dāng)措施。對于本工程主要修復(fù)方案為對樓板露筋區(qū)域重新灌漿，對角部混凝土脫落、露筋的構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，對裂縫明顯構(gòu)件進(jìn)行修補(bǔ)加固。另外在火災(zāi)作用下，混凝土構(gòu)件面層大部分脫落，構(gòu)件表面接觸較高溫度，耐久性有所降低，建議對本工程所有受火構(gòu)件采用聚合物砂漿耐久性修復(fù)做法進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

1）對火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性鑒定，需要制定專業(yè)的檢測指導(dǎo)書進(jìn)行作業(yè)，同時需要確定危險源和危險構(gòu)件，當(dāng)具有危險情況時，應(yīng)首先采用實際的安全保障措施。

2）在火災(zāi)后建筑物安全鑒定過程中，針對初步鑒定損傷為 Ⅱb級、Ⅲ 級的重要構(gòu)件需要進(jìn)行詳細(xì)鑒定，詳細(xì)鑒定應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件校核，計算分析時需要考慮結(jié)構(gòu)材料損傷、結(jié)構(gòu)幾何形狀變化和構(gòu)件的變形損傷。