對火災后天津紅星國際廣場1#地塊地下室房屋結構檢測分析

近年來建筑物火災事故頻發，造成了極大的財產損失和人員傷亡，其造成的損失約為地震災害的5倍。火災對建筑結構的損傷輕則致使混凝土結構構件起鼓、開裂或脫落，影響建筑物的正常使用性能；重則導致混凝土構件變形、承載能力降低，甚至斷裂失效，影響建筑物的安全性。如何科學地檢測分析火災后建筑結構的損傷程度并作出修復加固方案，有著極大的經濟和現實意義。

1 建筑結構火災后的檢測及其評估鑒定

由于大多數建筑結構具有一定的耐火性，在及時進行撲救后一般不會被燒毀或倒塌，但結構構件的性能會發生變化，所以火災事故后的首要工作是進行現場調查和檢測并詳細的了解火災結構的設計、材質、施工質量和使用條件等情況，對結構損傷程度的鑒定和加固處理尤為重要。

對火災后建筑結構的檢測，一般采用以下方法。

1）火災現場調查。進行火災現場調查的主要目的是為檢測準備第一手資料，調查的主要內容有過火范圍調查；建筑物的原始情況調查，建筑物的設計圖紙和相關資料。

2）外觀檢查。對整個受災空間外觀上的受害狀況進行檢查，主要的檢查內容有建筑物的燒毀情況；受火區域的混凝土變色；過火區域的混凝土爆裂脫落情況；混凝土結構構件裂縫情況；混凝土碳化深度。

3）鉆芯法檢測。鉆芯法是目前國內外結構強度檢測的有效方法，它可以直接地判斷取樣區的混凝土實際強度，還能提供所取部位的一些內部情況。但由于火災后構件內部受到不均勻溫度的影響，損傷嚴重時施鉆困難及取芯樣數量的限制性等，其不能評定整個構件的混凝強度。

4）綜合評估。由于房屋的構件在火災后已受到不同程度的損壞并考慮為今后的修復加固提供可靠的依據，對構件的損壞級別表里結合，里外結合的方式進行核對，以做出各種類型構件的最終等級評定。

2 工程實例

天津紅星國際廣場1#地塊工程建筑面積119 336 m2，建筑內容包括寫字樓、酒店和裙房，其中寫字樓為29層，酒店為24層，裙房為4層，地下室為2層。建筑結構形式為框架-核心筒。

2.1 火災情況

此次火災發生的部位是紅星國際廣場1#地塊地下室，其建筑平面近似呈矩形，南北朝向，平面最寬處的軸線尺寸為112.95m，最長處的軸線尺寸為127.80m。地下室分為2層，其中地下2層為人防地下室，層高為4.80m；地下1層的層高為6.00m，基礎采用樁基礎，柱下設獨立承臺。上部承重結構為鋼筋混凝土框架-核心筒結構。施工平面通過兩道寬為1m的伸縮縫分為3個區域：北區、中區和南區。

火災發生時，該地下室正處于結構施工階段，地下2層結構混凝土澆筑完畢（模板局部拆除），地下1層處于梁板鋼筋綁扎階段，北段局部混凝土澆筑完成。

墻、柱、梁、板施工模板體系（木制模板）未拆除，大火沿未拆除模板進行蔓延式燃燒，整體由北側向南側蔓延，火源距混凝土表面較近，但由于地下室屬于密閉空間，氧氣不足，可燃物較少，單構件過火時間較短。

2.2 綜合評估

根據1#地塊地下室所用的建筑材料、火災分布等情況，制定相關檢測方案。首先進行外觀檢查：各區結構構件燒毀情況；構件受火后的顏色變化、碳化深度；外觀上有無空鼓、脫落、露筋和爆裂等情況并定出初步級別。然后根據外觀檢查結構，分區抽查部分構件，進行鉆芯法檢測，以了解不同類型的構件的損傷情況，為火災后結構的修復加固和應用提供依據。

2.2.1 各區混凝土表面損傷情況

此次火災發生時是由北區向南區進行蔓延，所以北區混凝土結構構件過火面積較大。局部框架柱、墻等構件混凝土保護層脫落較多，樓板混凝土保護層大面積脫落，鋼筋外露，見圖1。核心筒部位的墻體內側混凝土自基礎底面至地下2層頂板范圍內混凝土保護層全部脫落，鋼筋外露，見圖2。

圖1 北區墻體混凝土表層脫落

圖2 火災后的北區核心筒部位

中區的受損情況與北區相近，在該區域內僅于鄰近出料口部位處樓板及梁未出現受損，但該處混凝土結構構件表面已熏黑，見圖3。其余過火區域部位構件表層混凝土保護層脫落，鋼筋外露。

圖3 中區混凝土結構構件

南區的受損情況是3區中相對較輕的，受損區域內樓板及梁混凝土保護層局部脫落，鋼筋外露處占受損區域的50%左右。其中南區的C-10～A-1軸與C-A～C-E軸之間的閉合區域未受到火災的影響。

本次火災在進行滅火時采用的是上部噴水降溫的方式，使得頂板混凝土的底部和頂部之間溫差過大，上下面溫差的不均勻導致混凝土保護層開裂較多，致使其混凝土保護層脫落。

北區、中區和南區過火區域中未脫落的柱、墻表面混凝土存在輕微裂縫，梁、板等構件未發現可見的撓曲變形。這是因為在火災發生時，地下室正處于結構施工階段，此時上部荷載較小，所以結構未產生可見的撓曲變形。但在進行后期的加固設計和施工時應考慮后期荷載增加后對結構的影響。

2.2.2 各區混凝土表面溫度

北區過火區域的樓板及梁普遍存在混凝土保護層表層脫落、顏色淺灰白、顯淺紅色，經錘擊反應，聲音發悶，混凝土表層粉碎。根據CECS 252—2009《火災后建筑結構鑒定標準》附錄B，表明直接受火災燒灼的混凝土結構構件表面曾經達到溫度介于500～600℃之間。

中區過火區域的樓板及梁雖也普遍存在混凝土保護層表層脫落的現象，但其顏色灰白、顯淺黃色，經錘擊反應，聲音發悶，混凝土表層粉碎。依據CECS 252—2009附錄B可知直接受火災燒灼的混凝土結構構件表面曾經達到溫度介于400～600℃之間。

南區的柱、墻混凝土多處脫落、表面顏色灰青，近視正常，混凝土未脫落的豎向構件存在輕微裂縫，經過錘擊反應，聲音洪亮、表面未留痕跡。依照CECS 252—2009附錄B，表明直接受火燒灼的混凝土結構構件表面曾達到的最高溫度為200℃。

2.2.3 混凝土強度及碳化深度

對火災現場較為嚴重的部位采用鉆芯法進行檢測，檢測結果見表1。

表1 現場所取芯樣強度

由表1的數據，可知：

1）南區梁的芯樣數據偏高，這是因為采用的混凝土為泵送商品混凝土，由于其坍落度的影響，使得本是澆筑柱的C60混凝土流向C40的梁，所以其強度出現異常；

2）與設計強度相比，火災后選取部位的混凝土強度基本還可進行使用，不需進行拆除，但應考慮過火后混凝土截面減小對構件強度的影響以及其內部性能的變化對耐久性的影響。

經過對采集的芯樣現場進行混凝土碳化深度檢測顯示，構件碳化深度較淺，均低于5mm。

2.2.4 鋼筋強度和配置分析

由于高溫冷卻后鋼筋的屈服強度和抗拉強度與常溫下基本相同，降低有限，而且高溫冷卻后鋼筋的延伸率基本能夠恢復到原來的塑性狀態。現場對混凝土脫落部位現場切割鋼筋進行力學實驗，實驗結果表明檢測點鋼筋的力學性能未發生明顯的變化。

經現場采用鋼筋掃描儀檢測，柱構件縱向鋼筋配置、箍筋配置均滿足設計及施工驗收規范要求。

3 結論及建議

綜合以上對受災后1#地塊地下室的現場調查和關于受災后的混凝土及鋼筋的相關分析發現：北區、中區和南區的梁、板等混凝土結構構件火災后發生截面削弱，構件的碳化深度較淺，梁、柱、板、墻未發生明顯的變形并得出以下結論：

1）經復核驗算并考慮火災對材料強度和構件變形的影響及高溫混凝土自然冷卻后鋼筋與混凝土粘結強度的折減等因素，得到火災后截面削弱的混凝土構件抗力與作用效應比 (R/S)＞0.95、＜1.0，參考CECS 252—2009第6.2.5條第3款可知對于過火后的混凝土結構構件經加固措施處理后可正常使用；

2）現場可以進行地下二層的土方回填工作；

3）地下室加固和地上結構可以同時進行施工，但建議由相關設計部門給出上部施工限定條件。

經過對紅星國際廣場1#地塊地下室房屋結構火災后結構的檢測分析，對其后續檢測工作提出以下幾點建議：

1）建議增加對墻、柱等重點部位的相關檢測內容，以更加了解災后結構構件的性能；

2）建議增加對過火后混凝土的內部缺陷檢測；

3）建議考慮火災對人防結構的影響，其相應的加固方案得到人防質監站的認可。

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