火災后主體結構的安全性鑒定研究

唐家云

(四川省建筑科學研究院有限公司, 四川成都 610081)

遭受火災后的建筑，結構構件受到嚴重損傷，其承載力和構造連接均有不同程度削弱[1-2]，從而影響建筑結構的安全性。目前對遭受高溫損傷結構的研究基本上局限在構件層次[3-5]；同時，實際工程結構火災后的安全鑒定[6-8]，大多依據CECS 252:2009《火災后建筑結構鑒定標準》[9]對受損構件進行評估，而該標準的評估范圍也針對結構構件，使得火災后結構的損傷評估和鑒定過于簡單和不全面，甚至會導致后續相關處理措施無法滿足結構安全性和使用性要求。因此，如何快速科學地對遭受高溫損傷的建筑結構進行鑒定，是工程實踐中迫切需要解決的實際問題。本文以遭受火災后的某框架結構商業樓為背景，詳細闡述了現場檢測和鑒定的內容及分析方法，為類似工程鑒定提供參考。

1 工程概況

某商業樓建于2007年，為地下一層地上五層框架結構房屋，作為小商品批發市場使用，建筑總面積為83 117 m2。該建筑于2018年6月1日發生火災事故，后經查實起火原因系地下室倉庫電線路故障。由于建筑體量大、可燃物品多，加之部分消防通道堵塞、未設置防火分隔裝置等原因，火勢蔓延，燃燒了60余小時，過火面積達51 000 m2。該建筑主體結構燒損嚴重，天井受損情況如圖1所示。

圖1 天井受損情況

2 結構損傷狀態初步評級

2.1 地基基礎

該建筑基礎采用人工挖孔樁，基底置于微風化泥巖層。經現場檢查表明，該建筑地基基礎未直接受火灼燒，且未發現由于地基基礎沉降或損壞引起的上部結構變形和裂縫等現象，地基基礎穩定。

2.2 上部主體結構

根據CECS 252：2009《火災后建筑結構鑒定標準》，對該建筑鋼筋混凝土結構構件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，從油煙和煙灰、混凝土顏色改變、火災裂縫寬度、錘擊反應、混凝土脫落、受力鋼筋外露、受力鋼筋粘結性能和變形等方面進行全數檢查，并根據燒灼損傷、變形、開裂程度評定每根構件損傷狀態等級。本工程鋼筋混凝土柱、主梁、次梁和板在負一層至五層初步鑒定評級為Ⅱa級、Ⅱb級、Ⅲ級、Ⅳ級所占比例分別見表1。本文列舉一些受損構件評級情況，見圖2～圖4。

圖2 柱混凝土保護層脫落，鋼筋外露，錘擊聲音發悶，Ⅲ級

2.3 圍護結構承重部分

經現場檢查表明，該建筑屋蓋采用鋼網架，鋼網架多數支座節點螺栓連接破壞，部分桿件有明顯變形，依據CECS 252：2009《火災后建筑結構鑒定標準》，該建筑屋蓋網架構件評為Ⅳ級。見圖5、圖6。

2.4 現場火場溫度調查判定

依據CECS 252：2009《火災后建筑結構鑒定標準》，結合現場殘留物(如鋁合金、玻璃等)燒損程度和構件外觀特征判斷構件的受火溫度表明，Ⅱa級構件表面曾達到的溫度小于200 ℃；Ⅱb級構件表面曾達到的溫度范圍在300～500 ℃之間；Ⅲ級構件表面曾達到的溫度范圍在500～800 ℃之間；Ⅳ級構件表面曾達到的溫度范圍大于800 ℃。

表1 該建筑各層柱、主梁、次梁、板初步鑒定評級占比情況 %

圖3 主梁混凝土顏色灰白，鋼筋外露，較大變形，Ⅲ級

圖4 次梁、板保護層混凝土大面積脫落，鋼筋外露，明顯變形，Ⅳ級

圖5 支座節點螺栓連接破壞

圖6 網架桿件變形

3 安全性鑒定

3.1 構件實體檢測

現場采用鉆芯法對初步鑒定評為Ⅲ級的受損鋼筋混凝土柱、梁的混凝土抗壓強度進行抽樣檢測表明，柱芯樣的混凝土強度換算值在29.6～52.6 MPa之間；梁芯樣的混凝土強度換算值在36.3～49.1 MPa之間。

現場截取部分評為Ⅳ級的鋼筋混凝土板板底鋼筋(直徑為8 mm的冷軋扭鋼筋)進行力學性能實驗檢測表明，鋼筋的抗拉強度分別為375 MPa、365 MPa、440 MPa，伸長率分別為15 %、14 %、14 %。

現場對柱、梁、板構件的截面尺寸和鋼筋配置情況抽樣檢測表明，所檢測構件的截面尺寸和鋼筋配置情況滿足設計要求。

現場對評為Ⅱb級和Ⅲ級的柱、梁、板裂縫分布情況和寬度進行檢查表明，柱表面裂縫呈網狀，最大裂縫寬度約1.2 mm；梁端有斜裂縫，跨中有多條U型豎向裂縫，且伴有網狀裂縫，最大豎向裂縫寬度約1.2 mm；板底分布有粗裂縫網，最大裂縫寬度約1.5 mm。

現場采用局部剔鑿和鉆芯取樣方法對受損構件的混凝土損傷深度抽樣檢測，檢測結果見表2。

表2 構件最大損傷深度 mm

3.2 構件剩余承載力計算

由于評為Ⅳ級的梁、板構件嚴重破壞，存在不適于承載的變形和裂縫，其承載能力嚴重不足，故僅對評為Ⅱa級、Ⅱb級和Ⅲ級的鋼筋混凝土柱梁板進行承載能力計算。在計算受損構件的剩余承載力時，構件混凝土強度、截面尺寸和配筋按及荷載根據現場檢測和竣工圖取值，并考慮火災作用對結構受力性能的不利影響，對鋼筋強度分別按0.95、0.9、0.8進行折減，按構件最大損傷深度采用截面縮減進行計算。

3.3 構件安全性鑒定評級

依據GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標準》[10](以下簡稱“《鑒定標準》”)，對該建筑主體結構構件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，從承載能力、構造、變形、裂縫損傷方面對初步評級為Ⅱa級、Ⅱb級、Ⅲ級和Ⅳ級構件進行構件安全性評級。

以Ⅲ級主梁系為例:此類梁抗力與作用效應比R/(γ0S)>0.90，依據《鑒定標準》第5.2.2條，此類梁的承載能力項評定為cu級；此類梁連接方式正確，構件有明顯缺陷，依據《鑒定標準》第5.2.3條，此類梁的構造項評定為cu級；此類梁有較大變形，依據《鑒定標準》第5.2.4條，此類梁的變形項評定為cu級；此類梁的梁端有斜裂縫、跨中范圍內有多條U型豎向裂縫、且沿跨度范圍內分布有粗裂縫網，最大裂縫寬度約1.2 mm，依據《鑒定標準》第5.2.5條、第5.2.6條，此類梁的裂縫項評定為cu級。依據《鑒定標準》第5.2.1條、第7.3.3～7.3.8條，此類梁的安全性評為cu級。

3.4 子單元安全性鑒定評級

3.4.1 地基基礎

該建筑基礎采用人工挖孔樁，地基基礎未直接受火灼燒，且未發現由于地基基礎沉降或損壞引起的上部結構變形和裂縫等現象，地基基礎穩定。依據《鑒定標準》第7.2.2條～第7.2.4條、第7.2.7條，該建筑地基基礎的安全性綜合評為Au級。

3.4.2 上部承重結構

3.4.2.1 結構承載功能等級

依據《鑒定標準》第7.3.5條、第7.3.6條、第7.3.7條，根據構件集內每一受檢構件的評級結果，對該建筑代表層的安全性等級進行鑒定評級。見表3。依據《鑒定標準》第7.3.8條，該建筑上部結構承載功能的安全性等級評為Cu級。

表3 該建筑代表層的安全性等級

3.4.2.2 結構整體牢固性等級

該建筑結構布置合理，形成完整的體系，火災后部分構件有連接失效和嚴重缺陷現象，依據《鑒定標準》第7.3.8條，該建筑結構整體牢固性等級評為Cu級。

3.4.2.3 上部承重結構安全性等級

依據《鑒定標準》第7.3.11條，該建筑上部承重結構安全性等級評為Cu級。

3.4.3 圍護系統承重部分

該建筑鋼網架多數支座節點螺栓破壞，部分桿件出現明顯變形，多處網架玻璃破碎，根據《鑒定標準》第7.4.4～第7.4.6條，該建筑圍護系統承重部分的安全性等級評為Du級。

3.5 鑒定單元安全性評級

該建筑地基基礎的安全性評為Bu級，上部承重結構的安全性評為Cu級，圍護系統的安全性評為Du級。《鑒定標準》第9.1.1條、第9.1.2條，該建筑綜合鑒定評級為Csu級。

4 結論

目前對火災后結構的研究和檢測鑒定，往往僅針對構件層次，而未對整體結構的安全性進行研究和評價。本文以某框架結構商業樓火災后安全性鑒定為例，在應用CECS 252:2009《火災后建筑結構鑒定標準》初步評估構件安全性的基礎上，結合國家現行標準GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標準》對該建筑整體結構的安全性進行綜合評定，并詳述了檢測、鑒定分析過程，為今后類似工程提供參考。