受火后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的維修加固方法探討

摘要：根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、火災(zāi)損傷程度以及所需加固的部位，結(jié)合火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評級，歸納了受火后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的常用加固方法。結(jié)合工程實例，遵循“強調(diào)概念設(shè)計、構(gòu)造為主、計算為輔”的原則，給出具體加固設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；火災(zāi)；損傷；加固

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展、城市規(guī)模的日益擴大、城市人口的集中，我國火災(zāi)發(fā)生的頻率也存在上升的趨勢，造成了很大的人員傷亡和直接經(jīng)濟損失，而建筑火災(zāi)可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞或功能失效還可能引發(fā)更大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。受火災(zāi)后的建筑物是否還有修復(fù)價值以及如何修復(fù)，是災(zāi)后人們關(guān)注的一個重要問題。長期以來主要憑經(jīng)驗及主觀判斷，或加以修復(fù)，或推倒重建。這種以主觀經(jīng)驗為依據(jù)的修復(fù)加固方案，其產(chǎn)生的效果有三種情況[1]：

（1）方案合理：當主觀判斷與客觀實際相一致時，能夠滿足建筑物修復(fù)后的使用要求；

（2）措施過頭：當主觀判斷與客觀不一致，并過于保守時，將造成人力、財力的過度浪費，而且影響建筑物的使用功能和使用年限；

（3）方案不合理：當主觀判斷偏差，加固措施不當時，會使受損結(jié)構(gòu)留下安全隱患。

以上三種情況，后兩種比較普遍，而第一類情況也缺少科學(xué)性。

鑒于以上分析，合理評估火災(zāi)后建筑材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的損傷程度，針對鋼筋混凝土構(gòu)件不同的損傷程度，確定受損結(jié)構(gòu)的可靠度水平，提出經(jīng)濟適用而又能滿足使用要求的加固方法是十分必要的，對于提高結(jié)構(gòu)的綜合抗災(zāi)能力、降低維修費用以及人們的心理承受能力、未來災(zāi)害損失期望、后續(xù)使用結(jié)構(gòu)所能獲得的經(jīng)濟效益等都將產(chǎn)生巨大的影響。

1 工程概況

某廠房首層為框架結(jié)構(gòu)，二層為框架柱鋼屋面結(jié)構(gòu)。總建筑面積為8132.4m2，首層層高6.95m，二層為坡屋頂18.525m～20.325m。建筑平面呈長方形（如圖1），尺寸為73.8m×54m。于2011年初建和投入使用，一切正常。該建筑物失火前為紙品倉庫。

2012年04月09日凌晨約4點10分，該建筑物的鄰近建筑發(fā)生火災(zāi)，火勢蔓延至該建筑物導(dǎo)致該建筑物首層、二層發(fā)生火災(zāi)，發(fā)生火災(zāi)后，現(xiàn)場以噴水方式滅火，持續(xù)約7個小時左右，燃燒溫度約為300℃～800℃。首層、二層所堆放的紙品及裝飾材料、吊頂?shù)热勘粺龤В瑝w不同程度被高溫?zé)熁鹧咀茻ㄖ锿獠空羝艿缽澢冃危瑑?nèi)裝修燒毀，電線管路破壞，電梯損壞。業(yè)主考慮生產(chǎn)任務(wù)較多，迫切需要盡快恢復(fù)生產(chǎn)，我們受業(yè)主委托，進場勘查，根據(jù)現(xiàn)場檢測和剩余承載力計算結(jié)果，對受損構(gòu)件進行加固處理。

2 加固方案的選擇

火災(zāi)后受損建筑結(jié)構(gòu)在經(jīng)過檢測與鑒定，并計算剩余承載力的基礎(chǔ)上，按照加固補強的原則，可以對受損結(jié)構(gòu)進行修復(fù)和加固處理。混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)可分為直接加固法與間接加固法兩大類[2，3]。

鋼筋混凝土梁、板、柱遭受火災(zāi)后，由于混凝土被燒疏、爆裂、剝落、開裂造成強度降低，構(gòu)件的剛度減小；同時在高溫作用下鋼筋的彈性模量和強度降低，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低，最終造成構(gòu)件的承載力下降。因此，經(jīng)過對火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的檢測和受損程度的鑒定后，應(yīng)提出安全、適用和經(jīng)濟的修復(fù)加固方案。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法很多，但應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)類型的特點、火災(zāi)損傷程度以及所需加固的部位，因地制宜地采用不同的修復(fù)加固方案。

火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評級，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件燒灼損傷、變形、開裂（或斷裂）程度按下列標準評定等級[3]：IIa級—輕微或未直接遭受燒灼作用，結(jié)構(gòu)材料及結(jié)構(gòu)性能未受火僅受輕微影響，可不采取措施或僅采取提高耐久性的措施；IIb級—輕度燒灼，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；III級—中度燒灼尚未破壞，顯著影響結(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)性能，明顯變形或開裂，對結(jié)構(gòu)安全或正常使用產(chǎn)生不利影響，應(yīng)采取加固或局部更換措施；IV級—破壞，火災(zāi)中或火災(zāi)后結(jié)構(gòu)倒塌或構(gòu)件塌落；結(jié)構(gòu)嚴重?zé)茡p壞、變形損壞或開裂損壞，結(jié)構(gòu)承載能力喪失或大部喪失，危及結(jié)構(gòu)安全，必須或必須立即采取安全支護、徹底加固或拆除更換措施。

根據(jù)火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測結(jié)果，可確定受損構(gòu)件的損傷等級。相應(yīng)地火災(zāi)后受損構(gòu)件的損傷程度可分為輕度受損構(gòu)件、中度受損構(gòu)件、嚴重受損構(gòu)件和危險構(gòu)件。對于火災(zāi)后受損程度屬于輕度受損構(gòu)件者，因結(jié)構(gòu)受損較輕，此類結(jié)構(gòu)可采取批改性水泥砂漿面層加固。對于火災(zāi)后受損程度屬于危險構(gòu)件者，因構(gòu)件受火燒時間長，火災(zāi)溫度高，結(jié)構(gòu)受到實質(zhì)性的破壞。此類構(gòu)件已失去修復(fù)的可能性，通常采用置換法。采用本方法加固時，應(yīng)對原構(gòu)件加以有效的支頂，并對相關(guān)聯(lián)構(gòu)件進行加固處理，防止發(fā)生新的破壞。因此，修復(fù)加固的重點是中度受損構(gòu)件和嚴重受損構(gòu)件。由于火災(zāi)后構(gòu)件承載力會有不同程度的降低，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場檢測和剩余承載力計算結(jié)果，對受損構(gòu)件進行加固處理。

目前火災(zāi)后混凝士結(jié)構(gòu)的加固方法較多，在實際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的損傷具體情況，經(jīng)過分析、研究選擇合理的加固方案。表1為火災(zāi)后鋼筋混凝土構(gòu)件中度受損和嚴重受損常用的加固方法。

3 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

本工程在現(xiàn)場勘查的基礎(chǔ)上，結(jié)合鑒定結(jié)果及相關(guān)資料收集，遵循“強調(diào)概念設(shè)計、構(gòu)造為主、計算為輔”的原則，針對本工程受火災(zāi)損傷程度，本著“安全、適用、經(jīng)濟”的原則，進行修復(fù)設(shè)計總體布局，合理進行截面選型和布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，擬定結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和相應(yīng)的構(gòu)造處理措施，以期更好地恢復(fù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計的預(yù)定功能。計算方面：根據(jù)不同損傷等級的受損構(gòu)件所采用的加固方法，以構(gòu)件加固后的承載力驗算為主。首先應(yīng)復(fù)核原設(shè)計（以竣工圖為準）的安全度，未過火部位若原設(shè)計承載力不足，應(yīng)同步補強。然后參照原設(shè)計規(guī)范，按加固后的構(gòu)件尺寸和火災(zāi)后檢測的材料殘余強度取值，復(fù)核已加固構(gòu)件的截面承載力。考慮到未能預(yù)計的諸多因素，因此宜有較大的安全儲備。構(gòu)造方面：剔除受火燒損的混凝土，對混凝土裂縫的修補復(fù)原，補強鋼筋的錨固措施，過量變形鋼筋的更換替代等等。

3.1 框架柱、框架柱加固

對于梁柱構(gòu)件當構(gòu)件損傷評級為Ⅱa時，采取批改性水泥砂漿面層加固；當構(gòu)件損傷評級為Ⅱb時，采取高強復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)加固；當構(gòu)件損傷評級為Ⅲ時，對于柱構(gòu)件采取外包角鋼加固法加固（圖1），對于梁構(gòu)件，采取粘貼鋼板法加固（圖2）；當構(gòu)件損傷評級為Ⅳ時，采取加大截面法加固或置換混凝土加固；

特別要注意的是，施工時對燒損的柱表面處理要輕輕鑿掉較為松散的燒疏層，不能振動燒損的柱，嚴防二次倒塌，必要時采取加固支架等安全措施；在對梁加固施工前須先卸除梁、板上活荷載，待加固施工結(jié)束后方可加載。

3.2 樓板加固

對于板構(gòu)件當構(gòu)件損傷評級為Ⅱa、Ⅱb時，采取板底批改性水泥砂漿面層加固；當構(gòu)件損傷評級為Ⅲ時采取鑿除混凝土重新澆筑。

4 結(jié)語

火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)情況復(fù)雜，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)受損構(gòu)件的實際燒傷情況隨時調(diào)整和改進加固設(shè)計構(gòu)造細節(jié)，同時應(yīng)考慮在使用期限內(nèi)結(jié)構(gòu)的耐久性。本文對受火后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的維修加固方法進行了探討，歸納了受火后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的常用加固方法，提出經(jīng)濟適用而又能滿足使用要求的加固方法，供工程技術(shù)人員使用，應(yīng)用前景良好。

參考文獻

[1]楊曉光.火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受損鑒定與修復(fù)加固[D].天津大學(xué)，2006.

[2]中華人民共和國國家標準. GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[3]陳洪水.混凝土加固技術(shù)在火災(zāi)后建筑修復(fù)中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2001，30（2）：17-18.

[4]中國工程建設(shè)協(xié)會標準.CECS 252：2009，火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準【S】.北京：中國計劃出版社，2009.