火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的評估和加固

繆娟娟 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230001）

火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的評估和加固

繆娟娟 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230001）

通過對廠房火災(zāi)后的調(diào)查，分析火災(zāi)對混凝土構(gòu)件的影響；對混凝土構(gòu)件的受損程度進行鑒定，在此基礎(chǔ)上，選擇合理的加固處理措施，包括加大截面和更換構(gòu)件等，以保證結(jié)構(gòu)的正常使用。

火災(zāi)；混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)評定；結(jié)構(gòu)加固

合肥市某公司的三層框架廠房，于2009年建成使用，建筑面積約為22800m2。在一層局部區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，發(fā)生火災(zāi)區(qū)域的結(jié)構(gòu)橫向跨度12000mm，縱向跨度6000mm；橫向框架梁截面500mm×900mm，縱向框架梁截面為350mm×600mm，次梁截面250mm×450mm；邊柱截面600mm×800mm，中柱截面700mm×700mm；現(xiàn)澆板厚120mm，混凝土等級均為C40。由于火災(zāi)持續(xù)時間較長，需要對結(jié)構(gòu)評定后，選擇合適的加固方案，才能繼續(xù)使用。

火災(zāi)發(fā)生時，建筑內(nèi)的可燃物著火燃燒產(chǎn)生大量的熱，通過熱對流、輻射等方式作用于結(jié)構(gòu)表面，再通過熱傳導(dǎo)傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)形成一個不均勻的溫度場，從而引起構(gòu)件的溫度反應(yīng)[1]。采用ABAQUS有限元分析軟件，選用ISO標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，分析混凝土梁在火災(zāi)發(fā)生時的溫度場分布情況得出結(jié)論：梁內(nèi)部溫度值沿著垂直于受火面方向由外向內(nèi)逐漸降低；靠近中心部位，溫度梯度小；靠近受火面一側(cè)的邊角位置，其溫度上升得快。

由于非均勻溫度場的存在，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的升溫，引起一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致力學(xué)性能發(fā)生改變。當(dāng)溫度超過400℃時，混凝土的強度開始顯著下降。混凝土強度折減系數(shù)Kc參考文獻[2]。混凝土的彈性模量也有所降低，且比強度下降得快。

對建筑物火災(zāi)后的受損程度進行合理的分類和正確的評價，是修復(fù)加固的前提。根據(jù)結(jié)構(gòu)燒傷程度、變形及裂縫大小等因素，將混凝土構(gòu)件的受損程度分為Ⅱa級、Ⅱb級、Ⅲ級和Ⅳ級[3]。

通過對一層火災(zāi)區(qū)域框架柱、梁、板等構(gòu)件損傷情況的調(diào)查，結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷嚴(yán)重。對框架柱、梁、板混凝土強度與燒傷深度進行檢測鑒定，結(jié)果見表1。

混凝土強度檢測結(jié)果 表1

通過對鋼筋混凝土構(gòu)件的檢測，混凝土構(gòu)件鑒定評級結(jié)果詳見表2。

結(jié)構(gòu)加固設(shè)計強調(diào)概念設(shè)計，以構(gòu)造為主，計算為輔。根據(jù)各種結(jié)構(gòu)的特點及火災(zāi)損傷程度，因地制宜采用合適的方法進行加固。其原則是：鏟除嚴(yán)重?fù)p傷的混凝土，修補孔洞和缺損，按等強原則進行加固，確保構(gòu)件的承載力。加固前盡量卸除構(gòu)件的荷載，本工程加固前在框架柱四周設(shè)置臨時鋼柱支撐，鋼柱布置于框架梁下，在樓面加固施工過程中，必須采取措施使鋼柱承受計算得出的軸向力，且最大受力不超過上述限值。鋼柱支撐待結(jié)構(gòu)加固完畢后即可撤下。

雖然框架柱的表面混凝土燒損較嚴(yán)重,但其核心區(qū)混凝土強度尚可,按等強原則采用加大截面法進行加固，新增混凝土均采用C40細(xì)石混凝土（內(nèi)摻10%的U型膨脹劑）澆注，加固用鋼筋均采用熱軋鋼筋。加固前鑿除原受災(zāi)框架柱混凝土疏松層，直至混凝土密實層，對原柱外露鋼筋進行除銹、清理等修復(fù)工作。加固前在框架柱表面涂刷一層環(huán)氧樹脂膠,封閉柱面，原框架柱每一邊外包150mm厚C40細(xì)石混凝土（摻10%的U型膨脹劑），縱筋上端錨入梁內(nèi)或貫穿至板頂,下端在室內(nèi)地坪下500內(nèi)設(shè)置混凝土環(huán)套。新增框架柱縱筋遇梁時，鉆孔穿梁，待孔內(nèi)鋼筋固定好后對穿孔采用結(jié)構(gòu)膠灌實。框架梁、柱節(jié)點處以及框架柱底部加密區(qū)加固詳見圖1所示。

火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件鑒定評級結(jié)果匯總表 表2

圖1 框架柱加固方法

本工程發(fā)生火災(zāi)區(qū)域的結(jié)構(gòu)橫向多為12m大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系，本方案考慮在滿足工藝的要求下在框架梁中增設(shè)一排鋼筋混凝土框架柱,減小框架梁跨度，增加一層整體承載力。新增框架柱基礎(chǔ)采用人工挖孔墩基礎(chǔ)形式：新增框架柱施工時應(yīng)充分卸除所支撐框架梁荷載，使框架梁荷載能夠傳遞至框架柱上。

經(jīng)鑒定，混凝土梁燒傷比較嚴(yán)重，除了部分采用更換處理之外，其余采用增大混凝土梁截面的方法彌補剛度和承載力的不足。原框架梁兩邊外包150mm厚C40細(xì)石混凝土（內(nèi)摻10%的U型膨脹劑），新增底筋植錨入兩端框架柱中，新增箍筋開槽穿板。（詳見圖2）。

火災(zāi)后的部分樓板損傷嚴(yán)重，根據(jù)檢測報告及現(xiàn)場實際構(gòu)件燒蝕狀況，樓板質(zhì)量大部分損毀嚴(yán)重，已不能加固使用，只能拆除后重新澆筑。但是由于車間生產(chǎn)時間緊迫，等不及先拆除受災(zāi)樓板，現(xiàn)場施工是采用在原樓板頂面重新澆筑一層200厚混凝土樓面,樓面荷載全部由新樓板承載。在新增樓板四周及中部框架梁上設(shè)置暗梁，暗梁縱筋植筋錨入端部框架柱內(nèi)，暗梁新增箍筋開槽穿板，與新增梁箍筋互焊，詳見圖2所示。待新增樓板混凝土強度達(dá)到要求時，方可小心鑿除原受災(zāi)樓板，鑿除時應(yīng)輕鑿慢打，不得破壞相鄰新增樓板以及原結(jié)構(gòu)。

圖2 混凝土梁加固方法

建筑物在發(fā)生火災(zāi)后，應(yīng)盡快地恢復(fù)建筑物的使用功能。要恢復(fù)建筑物的使用功能，就必須對火災(zāi)后的混凝土結(jié)構(gòu)進行評估與鑒定，從而確定合理的結(jié)構(gòu)加固方案，以達(dá)到減少火災(zāi)損失的目的。但是目前我們國家對火災(zāi)后建筑物構(gòu)件的各種性能損傷影響和損傷的復(fù)雜性等理論研究還不夠深入，還沒有全國性的火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的評定標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致建筑物火災(zāi)后的損傷評估與鑒定工作還缺乏系統(tǒng)、完善的評定依據(jù)。

火災(zāi)發(fā)生時，由于產(chǎn)生非均勻溫度場，使結(jié)構(gòu)不同部位、不同構(gòu)件都產(chǎn)生不同程度的損傷，又缺乏系統(tǒng)、完善的評定依據(jù)，準(zhǔn)確的評估構(gòu)件的損傷程度是十分困難的。那么只有通過專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場鑒定以及加固設(shè)計人員合理的選擇加固方案，才能有效保證結(jié)構(gòu)的正常使用。

[1]徐海生，王修信.火災(zāi)高溫下鋼筋混凝土梁截面溫度場的計算與分析[J].四川建筑科學(xué)研究，36(6)：73-77.

[2]王學(xué)謙.建筑防火[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]CECS252：2009，火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

TU375

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1007-7359（2016）05-0217-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.077

繆娟娟（1982-），女，安徽池州人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，學(xué)士，工程師。