火災(zāi)后的廠房結(jié)構(gòu)安全性評價及加固方案研究

王志軍

(晉城合為規(guī)劃設(shè)計集團有限公司，山西 晉城 048000)

廠房遭受火災(zāi)影響以后，將造成一定經(jīng)濟損失。其中，建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生形變是廠房遭受火災(zāi)影響的主要表現(xiàn)之一，除此之外，混凝土構(gòu)件強度也會出現(xiàn)不同程度下降情況，對廠房的使用壽命及正常運營影響較大[1]。由于火災(zāi)情況比較復(fù)雜，不同區(qū)域火勢大小存在一定差異，造成的火傷程度不同[2]。為了準確檢測判斷廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性影響大小，本文提出評價方案研究，并給出一些相應(yīng)的加固建議。

1 火災(zāi)后的廠房結(jié)構(gòu)安全性初步評價

第一，觀察廠房遭受火災(zāi)現(xiàn)場情況，初步判斷廠房結(jié)構(gòu)損傷程度，設(shè)計損傷檢測評價方案。

第二，以火災(zāi)殘留物、火災(zāi)發(fā)生過程作為評價指標，初步分析廠房火災(zāi)持續(xù)時間，并在廠房平面分布圖中圈出結(jié)構(gòu)受影響的范圍，給出安全性評價分析結(jié)果。

第三，以廠房火災(zāi)溫度、結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷程度作為評價指標，給出火災(zāi)等級評價結(jié)果。

2 火災(zāi)后的廠房結(jié)構(gòu)安全性詳細調(diào)查與評價

在獲取初步評價結(jié)果以后，需要詳細調(diào)查火災(zāi)環(huán)境，挖掘火災(zāi)產(chǎn)生主要原因，分析廠房燃燒條件。與此同時，根據(jù)廠房建筑材料特性，嘗試確定火災(zāi)期間的建筑溫度，經(jīng)過多層級檢驗判斷，編制鑒定報告[3]。

2.1 現(xiàn)場勘查內(nèi)容與勘查方法

為了對火災(zāi)后廠房結(jié)構(gòu)安全性做出準確評價，需要現(xiàn)場勘查內(nèi)容的支持。其中，內(nèi)容除了全面以外，還要求勘查方法正確，有助于獲取精準信息。查閱大量文獻資料，總結(jié)以下現(xiàn)場勘查內(nèi)容及方法。

(1)采用小錘敲擊與目測結(jié)合的方法。檢查火災(zāi)后廠房構(gòu)件損傷情況，包括疏松脫落、表面開裂、表現(xiàn)顏色發(fā)生變化等，記錄相關(guān)勘查信息。另外，觀察火災(zāi)現(xiàn)場殘留物狀況，判斷燃燒程度和火災(zāi)覆蓋范圍，綜合各項參數(shù)推斷結(jié)果，給出火災(zāi)溫度判斷。

(2)借助測試儀器，對構(gòu)件混凝土在火災(zāi)中的損傷程度進行測試判斷。本研究選取型號為NM-4B的非金屬超聲波檢測儀器作為測試工具，同時運用鑿開法，判斷混凝土損傷深度。為了進一步確定表面深度，運用取芯法獲取部分信息，作為損傷深度判斷依據(jù)。

(3)確定的損傷深度作為判斷依據(jù)，結(jié)合回彈法應(yīng)用結(jié)果，對混凝土強度加以檢測。

(4)檢測火災(zāi)后屋面板肋梁，選取FTS832全站儀作為檢測工具，采集建筑物火災(zāi)后的屋面板肋梁變化情況，生成火災(zāi)前后對比結(jié)果。

2.2 鑒定依據(jù)

(1)按照建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準GB/T50344-2004，對火災(zāi)后的建筑結(jié)構(gòu)中混凝土損傷情況進行檢測。

(2)按照鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程CECS03:2007，檢測火災(zāi)后混凝土強度變化情況。

(3)按照火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準CECS252:2009，確定火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)損傷等級、深度等。

(4)回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程JGJ/T23-2011，對混凝土強度加以準確檢測。

2.3 廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性評價流程

按照國家給出的鑒定標準，對現(xiàn)場勘查收集到的火災(zāi)后廠房結(jié)構(gòu)變化信息，對其結(jié)構(gòu)安全性展開全面評價。如圖1所示為廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性評價流程。

第一步，采用現(xiàn)場勘查法。對廠房火災(zāi)現(xiàn)場進行初步調(diào)查，通過拍照、錄視頻等方式記錄現(xiàn)場火災(zāi)后環(huán)境實際情況，并對現(xiàn)場環(huán)境信息加以整理。與此同時，并檢查廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷情況，并記錄信息。

第二步，整理第一步收集到的信息，按照火災(zāi)鑒定方法，對本次火災(zāi)的等級進行初步評價，給出評價等級和評價依據(jù)。

圖1 廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性評價流程

第三步，在初步評價的基礎(chǔ)上，對廠房火災(zāi)的狀況進行深入調(diào)查，包括火作用、構(gòu)件專項，同時分析廠房經(jīng)歷過火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)變化，校對廠房構(gòu)件。

第四步，根據(jù)深入調(diào)查結(jié)果，給出詳細鑒定結(jié)果，賦予評價等級。

第五步，為詳細鑒定結(jié)果編制鑒定報告。

3 案例分析

3.1 工程概況

本研究以某電石技廠房擴建工程為例，對廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性進行評價分析。該工程修建了兩棟廠房，混凝土結(jié)構(gòu)獨立，層數(shù)設(shè)置為5層，通過棧橋連接。由于工程配料溫度過高，引發(fā)了火災(zāi)。隨著火勢的蔓延，對5層建筑的進料口造成安全威脅。據(jù)統(tǒng)計，本次火災(zāi)從開始到結(jié)束持續(xù)時間大約1.5h。

本次火災(zāi)源頭在西側(cè)資材倉庫，該環(huán)境倉儲空間較大，頂部管道、周圍存放材料均為可燃物，比較容易導(dǎo)致火勢蔓延。由于南部存放物品中無可燃物，所以南側(cè)通道相連的辦公室并沒有受到過大影響。從現(xiàn)場勘查情況來看，部分墻體脫落，底層建筑混凝土構(gòu)件顏色發(fā)生變化，溫度較高。相比之下，其他未存儲可燃物的建筑室內(nèi)火勢較小，燃燒溫度較低。

3.2 廠房結(jié)構(gòu)安全性評價

3.2.1 基于溫度及構(gòu)件損傷的火災(zāi)后廠房結(jié)構(gòu)安全性評價

關(guān)于火災(zāi)溫度的判斷，按照國際標準曲線ISO 834進行計算，得到火災(zāi)持續(xù)時間與當前溫度的關(guān)系，計算公式如下：

T=T0+345log10(8t+1)

(1)

公式(1)中，T代表火災(zāi)期間廠房室內(nèi)溫度；t代表火災(zāi)持續(xù)時間；T0代表廠房周圍環(huán)境溫度，測得數(shù)值為20℃。一般情況下，火災(zāi)等級為I級：溫度低于250℃，幾乎無影響；火災(zāi)等級為IIa級：溫度范圍250～450℃，輕微影響；火災(zāi)等級為IIb級：溫度范圍450～600℃，輕微燒灼；火災(zāi)等級為III級：溫度范圍600～700℃，中度燒灼。 根據(jù)現(xiàn)場勘測，廠房旺火燃燒大約持續(xù)40min，對應(yīng)的溫度最大值約為900℃。關(guān)于構(gòu)件損傷的溫度判斷，以混凝土遭受火災(zāi)影響后的表面開裂剝落、色彩變化、錘擊聲音、碳化深度、煙熏痕跡、維護墻體及窗戶框形變等多項指標作為判斷依據(jù)，按照CECS 252建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準，判斷火災(zāi)期間構(gòu)件的表面溫度大小，為結(jié)構(gòu)受損程度判斷提供數(shù)據(jù)支撐。一般情況下，火撲滅后確定無危險后，來到現(xiàn)場進行勘查，收集相關(guān)資料，從中提取構(gòu)件損傷溫度判斷數(shù)據(jù)，給出廠房結(jié)構(gòu)安全性評價。

3.2.2 評價結(jié)果統(tǒng)計

按照上述安全性評價方法，對某廠房遭受火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)安全性進行評價，結(jié)果如表1所示。該統(tǒng)計結(jié)果按照過火區(qū)域不同，對構(gòu)件過火后特征進行了概述，按照結(jié)構(gòu)損傷程度評價標準給出了火災(zāi)等級評價及界定溫度范圍。

表1 某廠房火災(zāi)后廠房結(jié)構(gòu)安全性評價結(jié)果統(tǒng)計表

表1中，根據(jù)廠房受火災(zāi)影響情況，結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)表面變化情況，對廠房受損等級進行評價。以0.6作為過火溫度計算指標數(shù)據(jù)，0.9作為折減系數(shù)，經(jīng)過計算，評價各個區(qū)域廠房受火災(zāi)影響燒灼程度。1-2/A-E、7-8D-F、8A-F過火區(qū)域，柱、橫梁、板底均呈現(xiàn)黑色，存在煙熏痕跡，未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，環(huán)境溫度低于200℃，火災(zāi)等級較低，造成的影響不嚴重。評價a區(qū)溫度偏低，梁、樓板均呈現(xiàn)淺灰色，部分區(qū)域呈現(xiàn)粉紅色，混凝土結(jié)構(gòu)外表面出現(xiàn)了墻體脫落情況，不容易發(fā)現(xiàn)梁角開裂情況，墻體、窗戶框未形變，環(huán)境溫度300～430℃，所受影響較小；評價b區(qū)混凝土梁角部分區(qū)域出現(xiàn)墻體脫落，保護層爆裂嚴重，大面積塌落，廠房軌道支架變形，環(huán)境溫度500～590℃，為輕度燒傷，廠房結(jié)構(gòu)性能未遭受較大影響，需要提高耐高溫性能；評價c區(qū)梁側(cè)面和底面混凝土均出現(xiàn)了剝落情況，混凝土結(jié)構(gòu)大面積扭曲變形,為中度燒傷。

從上述評價結(jié)果來看，不同區(qū)域在火災(zāi)后造成的影響存在一定差異。其中，部分區(qū)域廠房構(gòu)造并未發(fā)生損壞，處理外觀即可。對于火災(zāi)中結(jié)構(gòu)受損較為嚴重的區(qū)域，需要根據(jù)構(gòu)件損壞實際情況，采取針對性加固處理。除了采取面積外觀修復(fù)措施以外，還需要提高架構(gòu)整體的耐久性能。

4 火災(zāi)后的廠房結(jié)構(gòu)加固方案

(1)1-2/A-E、7-8D-F、8A-F范圍內(nèi)的混凝土構(gòu)件受火災(zāi)影響的處理，考慮到該區(qū)域受火災(zāi)影響較小，近視外墻受煙熏影響變色。所以，對于未受到影響的區(qū)域，直接對墻體表面進行簡單修復(fù)即可，例如處理表面煙熏處，去除表面變色墻皮，重新刷墻。

(2)對于2-3/3//D-E、3/6-7D-F范圍內(nèi)的混凝土構(gòu)件受火災(zāi)影響的處理，建議鑿除原有的混凝土疏松層，而后采取補平處理。此處使用到的材料為高標號環(huán)氧砂漿，以原截面為標準，對混凝土截面的每一處進行補平。施工期間注意嚴格檢查廠房外墻結(jié)構(gòu)中混凝土疏松情況，利用專用設(shè)備檢測混凝土，并且保證每一處混凝土皆接受檢測。另外，注意新補混凝土與廠房原混凝土的縫隙處理，一般情況下選擇具有加固作用的凝膠作為填充劑，從而避免混凝土開裂問題的產(chǎn)生。

(3)對于2-3//D-E、2/4D-F范圍內(nèi)的混凝土構(gòu)件受火災(zāi)影響的處理，建議在去除疏松層補平以后，添加補強處理環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)選取碳纖維布作為處理材料，在補平處理后的截面上黏貼，使得混凝土結(jié)構(gòu)強度得以提升。為了提高碳纖維布的加固性能，建議采取大面積黏貼方法加以處理。雖然該區(qū)域燒傷不是很嚴重，但是覆蓋面積較大，在多個區(qū)域均有分布，所以需要逐一處理，確保修復(fù)加固實施的完整性。一般情況下，在加固前需要現(xiàn)場勘查，準確記錄每一處混凝土構(gòu)件狀況，根據(jù)實際勘查結(jié)果，擬定加固施工方案。

(4)對于D-F/4-6范圍內(nèi)的混凝土構(gòu)件受火災(zāi)影響的處理，建議在補平之前先處理裂縫問題，可以采取灌漿封閉方法處理，以此提高混凝土板面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該環(huán)節(jié)主要是處理裂縫，可以將其看作處理裂縫的初步處理環(huán)節(jié)，在混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫位置均加以填充。而后去除疏松層，將混凝土疏松位置作為重點處理區(qū)域，利用性能偏高的灌漿補平各個截面，檢測截面平整度達到標準后，在其表面黏貼碳纖維布，達到二次加固作用。其中，碳纖維布好比一層加固薄膜，需要注意該結(jié)構(gòu)的完整性，一般情況下，采取區(qū)域黏貼法，對廠房某個混凝土區(qū)域采取大面積碳纖維布黏貼處理。考慮到部分區(qū)域受損嚴重，建議增加外包粘型鋼補墻。

5 結(jié) 語

廠房遭受火災(zāi)后的修復(fù)工作是保證廠房正常運營的前提條件，只有準確評價火災(zāi)對廠房結(jié)構(gòu)安全性的影響，才能夠找到正確的修復(fù)方法。本文本著“安全”的原則，以某廠房為例，分析火災(zāi)期間廠房結(jié)構(gòu)性能變化情況，得出評價結(jié)果。根據(jù)多年工作經(jīng)驗，給出一些加固處理建議，希望對廠房火災(zāi)修復(fù)工作的開展有所幫助。