田 野， 宋顯銳

1河南省建筑科學研究院有限公司（450053） 2河南建筑職業(yè)技術學院（450007）

火災使建筑結構遭到不同程度的損害,有的需要簡單修復或進行加固，有的則需要拆掉重建。目前，由于國際建筑結構災害工程學剛剛起步,現(xiàn)行建筑結構火災后的檢測與加固工作尚不規(guī)范，而在消防監(jiān)督工作中經(jīng)常要接觸到類似情況,本文粗淺的介紹通用建筑結構火災后的檢測與加固方法。

1 火災對建筑結構損害的機理和破壞

混凝土在火作用下的損害機理可歸納為三個方面:1）表面受火處溫度升高比內(nèi)部快，內(nèi)外溫差引起混凝土開裂。火災時，混凝土中各種水分迅速汽化，體積明顯膨脹，沖破障礙迅速逃逸，導致強度下降。2）水泥石受熱分解，使膠體的粘結力破壞，出現(xiàn)裂縫，表面發(fā)毛、起砂呈蜂窩狀，出現(xiàn)龜裂、邊角潰散脫落等現(xiàn)象。3）骨料和水泥石間的熱不相容，水泥石受拉，骨料受壓，導致應力集中和微裂縫的出現(xiàn)。破壞的程度取決于溫度升高的速率、最高溫度和火作用持續(xù)的時間:當溫度低于500℃時,澆水冷卻的混凝土強度低于自然冷卻后的強度；而高于600℃時，澆水冷卻后的強度高于自然冷卻后的強度。火對鋼材的主要影響表現(xiàn)在原子熱振動加劇并擴散產(chǎn)生軟化，到一定程度后可抵消硬化的影響。高溫時，原子間的結合力也有所降低，從而增加滑移變形，減少了抗滑能力。在1 400℃時，鋼筋進人液態(tài)，失去了抵抗荷載的能力。火災時，鋼筋與混凝土間的粘結強度隨溫度升高呈下降趨勢，且對光圓鋼筋的影響比螺紋鋼筋更為突出。火災對砌體的作用由磚塊材質(zhì)和砂漿性能決定,砂漿的彈性模量比磚的彈性模量小，熱膨脹比磚大，因而在高溫受壓時產(chǎn)生比磚塊更大的橫向變形。

2 建筑結構的災后檢測

發(fā)生火災后，首先應由業(yè)主會同消防、設計、質(zhì)檢等部門對建筑物受損情況進行調(diào)查及檢測,主要內(nèi)容應包括:火災溫度、結構材料性能、受損結構外觀及變形情況等。

建筑結構加固前的檢測十分重要,它可以避免加固中的盲目性。但是，通過檢測所作的鑒定只能大概地確定結構的現(xiàn)狀。為此，鑒定檢測工作必須盡可能多的調(diào)查、實測資料，以便對結構的現(xiàn)狀作出較客觀的判斷。鑒定工作包括資料收集、現(xiàn)狀的檢測、抗力的驗算和加固的建議。

1）資料的收集即對建筑物的情況詳細地進行調(diào)查，包括建筑結構圖紙、建造年代、上部結構概況、基礎結構及地質(zhì)資料、荷載狀況、施工概況等。

2）現(xiàn)狀的檢測具體到建筑結構材料的檢測，主要有:①回彈法:用回彈儀彈擊混凝土表面，由反射面的硬度決定回彈值。混凝土中當水泥標號較高時，水泥石強度高，回彈值也高，混凝土強度也高。②拉拔法:通過專門的工具錨入混凝土中，通過抗壓強度推算抗拉強度以評定其質(zhì)量。③超聲法:在正常混凝土中彈性模量與強度有穩(wěn)定的關系，超聲波通過發(fā)射、接收裝置測出波速，波速可以通過材料彈性模量進而評定其強度。④鉆進法:在恒壓下用等速沖擊鉆鉆入混凝土表面，由鉆進速度確定混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。⑤巖芯取樣法:是一種較好的強度測量方法，但取芯太小影響測量，取芯太大易加大損害。⑥動力法:通過激振或脈沖動測出結構的動力特性，由頻率可以確定彈性模量，進而評定其強度。⑦現(xiàn)場結構加載試驗:是一種費用較高的檢測方法，一般要加到超過設計荷載的5%～10%，但要小于極限荷載，否則易引起結構損壞。⑧敲擊法:回彈法和鉆芯法是基本的檢測方法，可以定量地測出混凝土的強度變化數(shù)值。由于這兩種方法的檢測點有限，而結構各部位的火災溫度相差很大，且沒有規(guī)律，所以當測得數(shù)據(jù)后，在具體確定加固范圍、加固深度時，又往往采用敲擊法驗證。

上述方法，由于檢測工具、操作方法等原因，檢測結果往往有較大差異，需要采用“綜合評定”和“對比評定”的方法來提高檢測效率和可靠性。

3）對現(xiàn)有結構的抗力進行驗算，以確定加固的水平:①結構材料的現(xiàn)有強度,火災后要考慮材料的強度折減和沿截面分布。②結構現(xiàn)有的實際剛度。這對確定超靜定結構的彎矩分布至關重要。③混凝土結構的實際配筋按規(guī)范驗算抗力和提供允許荷載值。用混凝土加固砌體結構時,按砌體規(guī)范驗算其抗力。④當結構無法測定其配筋時，可根據(jù)現(xiàn)有荷載及結構裂縫和變形狀況進行抗力驗算,當各項資料及檢測數(shù)據(jù)收集齊全后，才能根據(jù)加固要求、結構現(xiàn)狀的可能性、施工場地及條件、材料供應的可能性等，作出鑒定結論并提出一個或幾個方案，進行加固設計。

3 建筑結構的加固和修復

3.1 火災損害分類

火災損害大致可以分為下列幾類:①輕度損害:在局部范圍內(nèi)的表面損害，邊沿剝落和產(chǎn)生裂縫;②中度損害:結構部件沒有塑性變形,但有嚴重的截面損害以及鋼筋強度降低;③在單個建筑部件和結構范圍中的嚴重損害:承重構件部分或完全失去作用，但不致倒塌;④化學損害:目前最重要的情況是聚氯乙烯燃燒氣體對混凝土結構的侵蝕。

3.2 受損構件的修復加固

3.2.1 基本原則

修復加固設計應簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟合理;要注意被加固構件的節(jié)點構造和施工方法,保證加固部分與原結構共同工作并考慮加固對建筑物總體應力變化的影響。

3.2.2 確保施工質(zhì)量

由于修復加固的構造及施工方法與正常建設時不同，故必須強調(diào)精心施工，確保質(zhì)量。如某一框架梁用“加大截面法”修復加固，要求在原構件表面外包一層5 cm左右混凝土，施工難度較大，需采用專門的施工設備和工藝，如用小直徑振搗棒振搗或用人工插搗等。

3.3 結構加固方法

各種結構加固方法的原則是:鏟除損壞的混凝土，必要時加鋼筋來保證結構部件的承載力,按照需要的尺寸用相應的混凝土給截面復原，加固可采用置換、繞絲、粘鋼和粘玻璃鋼等方式。對于不影響結構部件承載能力的輕度損害，只要鏟除松弛的混凝土部分,再進行填補,以保證鋼筋不受銹蝕。對造成結構承載能力降低的中度損害，應小心地鏟去損害的混凝土層。這種混凝土層從火燒的顏色即可看出，不必對其強度作精確的調(diào)查,火燒顏色與混凝土組成和達到的溫度有關。一般來說，受損的混凝土呈儲紅色,存留的混凝土表面最好利用噴砂清洗干凈并弄粗糙。如果鋼筋強度降低，需要置放附加鋼筋。最后用相應強度的新混凝土給截面復原。新、舊混凝土之間，混凝土與鋼筋之間必須緊密結合，為了增強握裹力,采用粘結鋼和玻璃鋼結合的方法有很大的優(yōu)越性，根據(jù)結構部件的不同，大多采用噴射混凝土或者模板澆筑。嚴重損害應該根據(jù)現(xiàn)場情況個別處理，常常需要局部加固或拆掉重建,上述原則也可以在這類情況下酌情處理。

柱子的加固一般是采用安放圈套,圈套尺寸應有足夠地方放置附加鋼筋，并能順利澆筑混凝土。圈套大都做成模板,柱子較高時可分節(jié)制作,加固時小心謹慎地鏟去全部受損松弛的混凝土，保證柱子中不留內(nèi)部裂縫，必要時采取加支架等安全措施。柱子的加固還應按照應力要求放置附加鋼筋，要采用細鋼筋做箍筋，布置密度要大。

梁，尤其是板梁大多在下側被燒損，即火災損害主要在受拉區(qū)。由于混凝土層剝落，常使鋼筋外露，加固時應加必要的附加鋼筋。在鏟除松弛受損的混凝土層后，再將附加筋放置到梁上，保證附加鋼筋的良好錨接，另外在梁上應優(yōu)先采用噴射混凝土。在板上可能有兩種情況:一是混凝土覆蓋層不能保持住;二是下面的鋼筋可能外露，甚至在一些地方混凝土與鋼筋之間不存在任何聯(lián)接。這兩種情況下都應高度注意鋼筋的強度，要配置足夠的附加鋼筋。對砌體等其它建筑構件的加固也應按類似的方法進行。

在一些貯存聚氯乙烯塑料制品及大量采用高分子材料裝修的火災現(xiàn)場，當溫度120℃時，聚氯乙烯便分解，同時分解出氣態(tài)鹽酸,鹽酸同滅火撲救的消防水蒸氣混合形成鹽酸霧,凝結在鋼筋混凝土上。氯化物對鋼筋產(chǎn)生化學損害，使結構強度降低。對此種損害的加固除通過機械鏟除進行修復外，常采取“石灰修復法”，此方法是在不出現(xiàn)結構火災損害情況下,將石灰糊漿一層一層地涂施在清除了炭黑和臟污的混凝土表面,在石灰糊干燥時，把化學腐蝕物質(zhì)氯化物吸出，然后隨干燥的石灰層一同除去,從而提高結構強度。