某工廠倉庫火災后結構安全鑒定與修復

楊龍江，白偉亮，2，張 超，翟傳明，王娟娟，張 婧

（1.中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100142；2.中國電子工程設計院有限公司，北京 100142）

0 引言

發生火災的建筑結構中，其中少量發生倒塌的建筑或十分危險應立即拆除的建筑可以立即確定處理方案，而某些建筑結構經歷火災后仍具有一定的承載能力，是拆除還是修復加固后重新利用是火災后應該立即解決的問題。現實中，多數火災后幸存的建筑首先需要進行全面系統的檢測和評估。由于火災情況比較復雜，不同位置構件遭受火災損傷的大小并不相同，因此，需要進行詳細的現場檢測和調查，并進行火災后結構和構件安全性計算。在此基礎上，提出不同受火構件的火災后結構加固處理方案。本文以某工廠倉庫火災后安全鑒定為例，介紹了火災后鋼筋混凝土框架結構檢測與鑒定的方法，可為類似工程火災后結構安全鑒定提供參考。

1 火災后建筑結構鑒定程序［1］

建筑物發生火災后應及時對建筑物進行結構檢測鑒定工作，鑒定工作流程分為：初步鑒定和詳細鑒定兩部分，火災后結構鑒定流程圖如圖 1 所示。

圖1 火災后結構鑒定流程圖

2 工程概況

本工程為地上 1 層，局部 2 層鋼筋混凝土框架結構，本工程框架結構柱距為 6.6 m×7.8 m，其中南北向 5 跨，東西向 8 跨；北側邊跨為地上 2 層，屬于員工辦公區；其余區域為地上 1 層，作為公司倉庫使用，建筑面積約為 2 470 m2。倉庫的平面布置圖如圖 2 所示。

3 結構初步檢測鑒定

3.1 火災現場調查

檢測前，通過觀察火災影響范圍內的結構構件損傷概況，檢查確定現場無危及檢測人員人身安全的危險構件，確保檢測鑒定期間的人員安全［2-5］。

根據現場調查結果，起火點位于軸 5-6～D-E 區域，庫房內構件受到火災作用均出現不同程度的損傷。板鋼筋外露，框架梁柱以及隔墻底部均被黑煙覆蓋，墻體玻璃遭受高溫作用后破壞，如圖 3 所示。少數混凝土柱（3～E、4～D、5～D、6～D、8～D）角部混凝土脫落；少數混凝土梁（1-2～E、2-3～E、2-3～D、2～D-E）梁底角部混凝土脫落；樓板（5-6～D-E）板底混凝土表面脫落。如圖 4 所示，混凝土柱表面無火災裂縫或者存在輕微火災裂縫網；混凝土梁表現為表面輕微裂縫網，少數構件出現較寬裂縫（5～A-B、8～A-B、6～D-E、2～DE），最大裂縫寬度可達 0.4 mm；混凝板表面未發現明顯裂縫。

圖2 結構平面布置圖（單位：mm）

表1 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與溫度的關系

圖3 塑鋼門窗和片狀玻璃

圖4 框架結構火災后圖片

3.2 火災溫度判定

通過對現場的詳細調查，火災后混凝土構件調查結果如下。

1）混凝土構件表面顏色大多為淺灰白色，部分構件略帶粉紅色；少量構件呈現淺黃色。

2）構件表面粉刷層大面積剝落，個別構件角部混凝土剝落、露筋；一處樓板表面剝落、露筋。

3）梁、柱表面多處出現微細裂縫，部分梁構件裂縫較多。

4）構件錘擊反應聲音普遍較為響亮，表面未留下明顯痕跡。

通過對火災現場混凝土表面顏色、混凝土剝落程度以及錘擊反應進行調查并結合火災后建筑結構的判定標準采用可知，混凝土構件表面經歷過的最高溫度＞800 ℃。

火場溫度的理論推算根據國際標準 ISO834［6］標準升溫曲線進行計算，見式（1）：

式中：T0為環境溫度，取為 20 ℃；通過現場詢問，明火持續時間大約為 1 h，t 為燃燒時間，取為 60 min。按此公式計算該火場最高溫度應在 935 ℃ 左右。

3.3 主要檢測結果

3.3.1 受損構件的混凝土力學性能檢測

依據 CECS：03－2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》［7］對受火框架中的框架柱和框架梁進行取芯檢測，取芯后切除表層損傷混凝土，對試塊進行力學性能試驗，并通過計算，得出該構件的混凝土強度。根據芯樣抗壓強度試驗結果，火災后混凝土柱的抗壓強度平均值為 44 MPa，火災后混凝土梁的抗壓強度平均值為 34.2 MPa，均高于設計強度 C30；同時應用回彈法對框架中框架柱、框架梁和樓板進行了抽樣檢測，根據回彈檢測結果，框架柱批量強度推定值為 28.4 MPa，框架梁批量強度推定值為 29.6 MPa，樓板批量強度推定值為 26 MPa，根據回彈法檢測結果，框架梁和框架柱混凝土略低于設計強度 C30，混凝土板混凝土強度略高于設計值 C25。

3.3.2 受損構件的鋼筋力學性能檢測

火災造成倉庫起火點位置頂層鋼筋混凝土板部分鋼筋外露；直接受火區域范圍內框架柱和框架梁均發生不同程度的混凝土剝落。高溫會使鋼筋力學性能產生了一定程度的降低，因此需要對過火后鋼筋的力學性能進行詳細的檢測。在損傷嚴重的屋面板、框架梁等區域部位截取材質為 B10、C25 鋼筋進行鋼筋力學性能試驗，結果表明：所取鋼筋屈服強度、極限強度和伸長率均合格，符合現行規范要求。

圖5 Ⅱa 級、Ⅱb 級混凝土構件位置圖（單位：mm）

3.3.3 結構變形檢測

采用全站儀對過火影響范圍不同區域的混凝土，框架梁、框架柱進行了變形測量。根據檢測結果可知，火災影響程度不同部位混凝土梁變形基本一致，且未發現明顯下撓現象，框架柱也未發現明顯變形現象，故本次火災對混凝土構件變形未產生較大影響。

3.4 初步鑒定結論

如圖 5 所示，經初步鑒定后，庫房內柱 4～D、梁 2～D-E、梁 3～D-E、梁 4～D-E、梁 2-3～D、梁1-2～E（頂層）、梁 2-3～E（頂層）、梁 5～A-B、梁 8～A-B、板 5-6～D-E 評定為 Ⅱb級，即構件遭受輕度～中度燒灼，未對結構材料及結構性能產生明顯影響，尚不影響結構安全，應采取提高耐久性或局部處理和外觀修復措施。

對于鑒定結論為 Ⅱb級重要結構構件，應進行詳細鑒定評級，根據鑒定程序，需進一步進行結構構件專項檢測分析以及結構分析與構件校核。

4 結構詳細檢測鑒定

4.1 結構承載力驗算

4.1.1 模型概況

對于火災后的結構分析與校核，應考慮火災后結構殘余狀態的材料力學性能、連接狀態、結構幾何形狀變化和構件的變形和損傷等進行結構分析與構件校核。模型中框架梁和框架柱均采用梁單元建立，邊跨框架梁主要截面尺寸為 350 mm×750 mm、中間跨框架梁主要截面尺寸為 350 mm×650 mm；框架柱主要截面尺寸為 600 mm×600 mm，框架梁、柱配筋均與設計文件相同。廠房一層樓面活荷載為 2 kN/m2，屋頂活荷載為 2 kN/m2。廠房總建筑高度為 7.5 m，1 層建筑高度為 3.8 m，框架梁、柱配筋均按照現場檢測結果進行，建筑所處場地類別為 Ⅱ 類，抗震設防烈度 8 度（0.2 g），受火倉庫三維模型如圖 6 所示。

圖6 倉庫三維分析模型

4.1.2 材料強度折減

鋼筋混凝土結構遭受火災作用后，結構性能均發生不同程度的損傷，混凝土和鋼筋材料均有不同程度強度和彈性模量的降低，起火區和直接受火區由于受火災影響較大，混凝土構件表面受損區域強度降低較為明顯，因此該部分結構承載能力驗算時，當實測混凝土強度高于設計值時，采用設計值，否則采用實測值進行計算；截面尺寸按照原設計考慮。

4.1.3 承載力計算結果

圖 7 為火災后鋼筋混凝土框架梁和框架柱承載力驗算比。由圖可知，倉庫梁柱構件火災后承載力均滿足設計要求。

圖7 火災后框架梁、柱驗算比

4.2 詳細檢測鑒定結論

結合圖 7 框架驗算比結果和表 2 火災后混凝土構件承載能力評定等級標準，火災后框架梁柱構件可評為 b 級。

表2 火災后混凝土構件承載能力評定等級標準

5 加固處理建議

對于評定為 b 級的混凝土構件基本符合國家現行行標下限水平要求，尚不影響安全，尚可正常使用，宜采取適當措施。對于本工程主要修復方案為對樓板露筋區域重新灌漿，對角部混凝土脫落、露筋的構件進行補強處理，對裂縫明顯構件進行修補加固。另外在火災作用下，混凝土構件面層大部分脫落，構件表面接觸較高溫度，耐久性有所降低，建議對本工程所有受火構件采用聚合物砂漿耐久性修復做法進行處理。

6 結語

1）對火災后建筑結構進行安全性鑒定，需要制定專業的檢測指導書進行作業，同時需要確定危險源和危險構件，當具有危險情況時，應首先采用實際的安全保障措施。

2）在火災后建筑物安全鑒定過程中，針對初步鑒定損傷為 Ⅱb級、Ⅲ 級的重要構件需要進行詳細鑒定，詳細鑒定應進行結構分析和構件校核，計算分析時需要考慮結構材料損傷、結構幾何形狀變化和構件的變形損傷。