唐家云

(四川省建筑科學(xué)研究院有限公司, 四川成都 610081)

遭受火災(zāi)后的建筑，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到嚴(yán)重?fù)p傷，其承載力和構(gòu)造連接均有不同程度削弱[1-2]，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性。目前對遭受高溫?fù)p傷結(jié)構(gòu)的研究基本上局限在構(gòu)件層次[3-5]；同時，實際工程結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的安全鑒定[6-8]，大多依據(jù)CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[9]對受損構(gòu)件進行評估，而該標(biāo)準(zhǔn)的評估范圍也針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使得火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的損傷評估和鑒定過于簡單和不全面，甚至?xí)?dǎo)致后續(xù)相關(guān)處理措施無法滿足結(jié)構(gòu)安全性和使用性要求。因此，如何快速科學(xué)地對遭受高溫?fù)p傷的建筑結(jié)構(gòu)進行鑒定，是工程實踐中迫切需要解決的實際問題。本文以遭受火災(zāi)后的某框架結(jié)構(gòu)商業(yè)樓為背景，詳細(xì)闡述了現(xiàn)場檢測和鑒定的內(nèi)容及分析方法，為類似工程鑒定提供參考。

1 工程概況

某商業(yè)樓建于2007年，為地下一層地上五層框架結(jié)構(gòu)房屋，作為小商品批發(fā)市場使用，建筑總面積為83 117 m2。該建筑于2018年6月1日發(fā)生火災(zāi)事故，后經(jīng)查實起火原因系地下室倉庫電線路故障。由于建筑體量大、可燃物品多，加之部分消防通道堵塞、未設(shè)置防火分隔裝置等原因，火勢蔓延，燃燒了60余小時，過火面積達(dá)51 000 m2。該建筑主體結(jié)構(gòu)燒損嚴(yán)重，天井受損情況如圖1所示。

圖1 天井受損情況

2 結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)初步評級

2.1 地基基礎(chǔ)

該建筑基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，基底置于微風(fēng)化泥巖層。經(jīng)現(xiàn)場檢查表明，該建筑地基基礎(chǔ)未直接受火灼燒，且未發(fā)現(xiàn)由于地基基礎(chǔ)沉降或損壞引起的上部結(jié)構(gòu)變形和裂縫等現(xiàn)象，地基基礎(chǔ)穩(wěn)定。

2.2 上部主體結(jié)構(gòu)

根據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，對該建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，從油煙和煙灰、混凝土顏色改變、火災(zāi)裂縫寬度、錘擊反應(yīng)、混凝土脫落、受力鋼筋外露、受力鋼筋粘結(jié)性能和變形等方面進行全數(shù)檢查，并根據(jù)燒灼損傷、變形、開裂程度評定每根構(gòu)件損傷狀態(tài)等級。本工程鋼筋混凝土柱、主梁、次梁和板在負(fù)一層至五層初步鑒定評級為Ⅱa級、Ⅱb級、Ⅲ級、Ⅳ級所占比例分別見表1。本文列舉一些受損構(gòu)件評級情況，見圖2～圖4。

圖2 柱混凝土保護層脫落，鋼筋外露，錘擊聲音發(fā)悶，Ⅲ級

2.3 圍護結(jié)構(gòu)承重部分

經(jīng)現(xiàn)場檢查表明，該建筑屋蓋采用鋼網(wǎng)架，鋼網(wǎng)架多數(shù)支座節(jié)點螺栓連接破壞，部分桿件有明顯變形，依據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，該建筑屋蓋網(wǎng)架構(gòu)件評為Ⅳ級。見圖5、圖6。

2.4 現(xiàn)場火場溫度調(diào)查判定

依據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合現(xiàn)場殘留物(如鋁合金、玻璃等)燒損程度和構(gòu)件外觀特征判斷構(gòu)件的受火溫度表明，Ⅱa級構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度小于200 ℃；Ⅱb級構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度范圍在300～500 ℃之間；Ⅲ級構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度范圍在500～800 ℃之間；Ⅳ級構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度范圍大于800 ℃。

表1 該建筑各層柱、主梁、次梁、板初步鑒定評級占比情況 %

圖3 主梁混凝土顏色灰白，鋼筋外露，較大變形，Ⅲ級

圖4 次梁、板保護層混凝土大面積脫落，鋼筋外露，明顯變形，Ⅳ級

圖5 支座節(jié)點螺栓連接破壞

圖6 網(wǎng)架桿件變形

3 安全性鑒定

3.1 構(gòu)件實體檢測

現(xiàn)場采用鉆芯法對初步鑒定評為Ⅲ級的受損鋼筋混凝土柱、梁的混凝土抗壓強度進行抽樣檢測表明，柱芯樣的混凝土強度換算值在29.6～52.6 MPa之間；梁芯樣的混凝土強度換算值在36.3～49.1 MPa之間。

現(xiàn)場截取部分評為Ⅳ級的鋼筋混凝土板板底鋼筋(直徑為8 mm的冷軋扭鋼筋)進行力學(xué)性能實驗檢測表明，鋼筋的抗拉強度分別為375 MPa、365 MPa、440 MPa，伸長率分別為15 %、14 %、14 %。

現(xiàn)場對柱、梁、板構(gòu)件的截面尺寸和鋼筋配置情況抽樣檢測表明，所檢測構(gòu)件的截面尺寸和鋼筋配置情況滿足設(shè)計要求。

現(xiàn)場對評為Ⅱb級和Ⅲ級的柱、梁、板裂縫分布情況和寬度進行檢查表明，柱表面裂縫呈網(wǎng)狀，最大裂縫寬度約1.2 mm；梁端有斜裂縫，跨中有多條U型豎向裂縫，且伴有網(wǎng)狀裂縫，最大豎向裂縫寬度約1.2 mm；板底分布有粗裂縫網(wǎng)，最大裂縫寬度約1.5 mm。

現(xiàn)場采用局部剔鑿和鉆芯取樣方法對受損構(gòu)件的混凝土損傷深度抽樣檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 構(gòu)件最大損傷深度 mm

3.2 構(gòu)件剩余承載力計算

由于評為Ⅳ級的梁、板構(gòu)件嚴(yán)重破壞，存在不適于承載的變形和裂縫，其承載能力嚴(yán)重不足，故僅對評為Ⅱa級、Ⅱb級和Ⅲ級的鋼筋混凝土柱梁板進行承載能力計算。在計算受損構(gòu)件的剩余承載力時，構(gòu)件混凝土強度、截面尺寸和配筋按及荷載根據(jù)現(xiàn)場檢測和竣工圖取值，并考慮火災(zāi)作用對結(jié)構(gòu)受力性能的不利影響，對鋼筋強度分別按0.95、0.9、0.8進行折減，按構(gòu)件最大損傷深度采用截面縮減進行計算。

3.3 構(gòu)件安全性鑒定評級

依據(jù)GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[10](以下簡稱“《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》”)，對該建筑主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，從承載能力、構(gòu)造、變形、裂縫損傷方面對初步評級為Ⅱa級、Ⅱb級、Ⅲ級和Ⅳ級構(gòu)件進行構(gòu)件安全性評級。

以Ⅲ級主梁系為例:此類梁抗力與作用效應(yīng)比R/(γ0S)>0.90，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.2條，此類梁的承載能力項評定為cu級；此類梁連接方式正確，構(gòu)件有明顯缺陷，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.3條，此類梁的構(gòu)造項評定為cu級；此類梁有較大變形，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.4條，此類梁的變形項評定為cu級；此類梁的梁端有斜裂縫、跨中范圍內(nèi)有多條U型豎向裂縫、且沿跨度范圍內(nèi)分布有粗裂縫網(wǎng)，最大裂縫寬度約1.2 mm，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.5條、第5.2.6條，此類梁的裂縫項評定為cu級。依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.1條、第7.3.3～7.3.8條，此類梁的安全性評為cu級。

3.4 子單元安全性鑒定評級

3.4.1 地基基礎(chǔ)

該建筑基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，地基基礎(chǔ)未直接受火灼燒，且未發(fā)現(xiàn)由于地基基礎(chǔ)沉降或損壞引起的上部結(jié)構(gòu)變形和裂縫等現(xiàn)象，地基基礎(chǔ)穩(wěn)定。依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.2.2條～第7.2.4條、第7.2.7條，該建筑地基基礎(chǔ)的安全性綜合評為Au級。

3.4.2 上部承重結(jié)構(gòu)

3.4.2.1 結(jié)構(gòu)承載功能等級

依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.5條、第7.3.6條、第7.3.7條，根據(jù)構(gòu)件集內(nèi)每一受檢構(gòu)件的評級結(jié)果，對該建筑代表層的安全性等級進行鑒定評級。見表3。依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.8條，該建筑上部結(jié)構(gòu)承載功能的安全性等級評為Cu級。

表3 該建筑代表層的安全性等級

3.4.2.2 結(jié)構(gòu)整體牢固性等級

該建筑結(jié)構(gòu)布置合理，形成完整的體系，火災(zāi)后部分構(gòu)件有連接失效和嚴(yán)重缺陷現(xiàn)象，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.8條，該建筑結(jié)構(gòu)整體牢固性等級評為Cu級。

3.4.2.3 上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級

依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.11條，該建筑上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級評為Cu級。

3.4.3 圍護系統(tǒng)承重部分

該建筑鋼網(wǎng)架多數(shù)支座節(jié)點螺栓破壞，部分桿件出現(xiàn)明顯變形，多處網(wǎng)架玻璃破碎，根據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.4.4～第7.4.6條，該建筑圍護系統(tǒng)承重部分的安全性等級評為Du級。

3.5 鑒定單元安全性評級

該建筑地基基礎(chǔ)的安全性評為Bu級，上部承重結(jié)構(gòu)的安全性評為Cu級，圍護系統(tǒng)的安全性評為Du級?！惰b定標(biāo)準(zhǔn)》第9.1.1條、第9.1.2條，該建筑綜合鑒定評級為Csu級。

4 結(jié)論

目前對火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的研究和檢測鑒定，往往僅針對構(gòu)件層次，而未對整體結(jié)構(gòu)的安全性進行研究和評價。本文以某框架結(jié)構(gòu)商業(yè)樓火災(zāi)后安全性鑒定為例，在應(yīng)用CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》初步評估構(gòu)件安全性的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對該建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性進行綜合評定，并詳述了檢測、鑒定分析過程，為今后類似工程提供參考。