某寫字樓局部火災(zāi)后結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定及加固建議

唐謝興，張友亮

(1.長(zhǎng)沙先導(dǎo)投資控股有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205;2.中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410008)

火災(zāi)的統(tǒng)計(jì)資料表明，在各種火災(zāi)事故中，建筑火災(zāi)占據(jù)首位，大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)后，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力必然受影響，不能達(dá)到原設(shè)計(jì)安全使用要求。因此，如何對(duì)火災(zāi)后的建筑進(jìn)行檢測(cè)并確定合理、經(jīng)濟(jì)的加固處理方法具有十分重要的意義。

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1 火災(zāi)工程概述

某寫字樓于2004年2月23日在一層和二層局部突發(fā)大火，導(dǎo)致建筑物局部燒損。為了驗(yàn)證火災(zāi)區(qū)域結(jié)構(gòu)的安全可靠性，對(duì)火災(zāi)區(qū)域部分的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、鑒定，并提出火災(zāi)部分的加固方案與措施。

2 火災(zāi)區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀特征檢測(cè)

圖1 剪力墻受損形態(tài)圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的信息，火災(zāi)區(qū)域部分堆放的是木、竹架板以及棉絮等物體，造成火災(zāi)溫度較高，過火時(shí)間半小時(shí)左右，進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，燃燒殘余物已被清除。對(duì)一層、二層火災(zāi)區(qū)域火災(zāi)作用后混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀特征進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示。

部分構(gòu)件的具體受損形態(tài)可參見照片圖1～圖4。剪力墻的損傷特征有混凝土保護(hù)層爆裂、鋼筋外露等見圖1。現(xiàn)澆板的損傷特征有混凝土保護(hù)層崩落、底部鋼筋完全外露等見圖2。柱子的損傷特征有混凝土保護(hù)層爆裂、鋼筋外露、縱向裂縫、水平裂縫等見圖3。梁的損傷特征有混凝土保護(hù)層爆裂、鋼筋外露、龜裂等形態(tài) 見 圖 4。對(duì)一、二層火災(zāi)區(qū)域的部分梁進(jìn)行了底部的標(biāo)高測(cè)量，見標(biāo)高測(cè)量結(jié)果示意圖3、圖4。一層火災(zāi)區(qū)域L～M軸交1/2軸梁跨中標(biāo)高比梁端低8.5mm，二層G軸交2～3軸梁跨中標(biāo)高比梁端低13.5mm，標(biāo)高檢測(cè)結(jié)果包含了施工誤差。

圖2 板受損形態(tài)

圖3 柱受損形態(tài)

圖4 梁受損形態(tài)

3 材料強(qiáng)度檢測(cè)及溫度場(chǎng)分析

3.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

對(duì)混凝土梁、板、柱以及剪力墻進(jìn)行抽芯取樣。對(duì)試樣進(jìn)行觀測(cè)，可以看到損壞的混凝土與內(nèi)部損傷較輕的混凝土顏色不同，表現(xiàn)出顏色是從外向里逐步變化，說明混凝土從表面往里溫度是逐漸下降的，受損程度也是逐步降低的。照片中試樣描紅線上部為火災(zāi)損傷較嚴(yán)重部分。依據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23－2001)，采用回彈法對(duì)混凝土芯樣的表層和內(nèi)部混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。并對(duì)芯樣的內(nèi)部混凝土進(jìn)行了試壓，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表3所示。從表中的結(jié)果可知，火災(zāi)溫度對(duì)構(gòu)件表層混凝土的強(qiáng)度影響很大，但對(duì)損傷層以下的混凝土強(qiáng)度影響較小。根據(jù)表層和內(nèi)部混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果，取樣的混凝土強(qiáng)度值損傷度在0.6～0.45之間，考慮到取樣的混凝土并不是損傷最大處，實(shí)際最大損傷度比取樣的混凝土要大。試壓結(jié)果少量比設(shè)計(jì)值要低，這與試樣加工精度有關(guān)，實(shí)際內(nèi)部混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

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3.2 鋼筋強(qiáng)度檢測(cè)

在一層L軸交1～2軸剪力墻、二三層板、二層3軸交K軸柱部位，共取7根鋼筋進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表中可以看出，Ⅰ級(jí)鋼筋屈服強(qiáng)度基本大于標(biāo)準(zhǔn)值，但稍低于通常平均值，且觀測(cè)到屈服平臺(tái)有縮短，表明鋼筋受高溫作用冷卻后，雖延性有所降低，但強(qiáng)度降低不多。

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4 構(gòu)件受損程度鑒定

根據(jù)結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè)結(jié)果，包括混凝土構(gòu)件表面顏色變化、混凝土剝落及露筋等情況，并綜合考慮裂縫分布及裂縫寬度特點(diǎn)、混凝土抽芯取樣檢測(cè)情況等來判定損傷情況，可將結(jié)構(gòu)構(gòu)件分成基本未損、一級(jí)受損、二級(jí)受損、三級(jí)受損和四級(jí)受損五種。對(duì)于四級(jí)受損等級(jí)構(gòu)件，構(gòu)件表面呈淡黃色或灰白，混凝土有嚴(yán)重剝落和露筋現(xiàn)象，板底大片鋼筋網(wǎng)裸露架空，混凝土外表呈現(xiàn)起殼酥松，龜裂或裂縫密度和寬度較大，混凝土中碎石外露燒成灰白色或暗紅色。

5 計(jì)算分析與加固建議

考慮火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度降低、鋼筋強(qiáng)度和彈性模量的變化以及鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的折減，計(jì)算火災(zāi)后不同損傷程度的鋼筋混凝土構(gòu)件剩余承載力，計(jì)算結(jié)果見表7。計(jì)算柱子剩余承載力時(shí)，考慮到受火區(qū)域在一二層，采用軸心受壓柱的方法計(jì)算。從上述現(xiàn)場(chǎng)非破損檢測(cè)和結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可以知道，受火區(qū)域混凝土構(gòu)件受到不同程度的損傷，板的損傷程度最嚴(yán)重，梁、柱和剪力墻次之，其中有一些板損傷程度已達(dá)到了四級(jí)，一般情況下這類構(gòu)件應(yīng)予拆除，另行更換新構(gòu)件，考慮到板的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)錨固情況，仍建議采用加固措施。

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加固原則即要求將受損結(jié)構(gòu)恢復(fù)到滿足原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)為保證使用要求，被加固的截面不宜過大，選擇加固方法力求經(jīng)濟(jì)，且施工方便。根據(jù)構(gòu)件損傷程度，綜合分析經(jīng)濟(jì)、施工等方面的因素，本工程建議對(duì)一級(jí)受損構(gòu)件作恢復(fù)使用功能的修復(fù)處理，建議對(duì)二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)受損的構(gòu)件采取高性能鋼筋網(wǎng)復(fù)合砂漿薄層加固措施。

對(duì)一級(jí)受損的混凝土構(gòu)件，將燒松散的混凝土除掉，存留的混凝土表面清理干凈，然后填補(bǔ)同等級(jí)或高等級(jí)的混凝土，使截面復(fù)原，做成完好表面，保證鋼筋不受銹蝕。施工時(shí)注意對(duì)裂縫的修補(bǔ)處理，對(duì)小于0.2mm的裂縫和構(gòu)件缺損部位，采用水泥砂漿灌漿修補(bǔ)和抹水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)大于0.2mm的貫通性裂縫，采用環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿修補(bǔ)。

對(duì)二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)受損的構(gòu)件，加固施工步驟:

(1)將受損的混凝土鑿掉，除去妨礙粘結(jié)表面的疏松層，保留原鋼筋;

(2)加固構(gòu)件受損輕的部位，表面需要進(jìn)行鑿毛處理;

(3)將事先做好的鋼筋網(wǎng)片放到構(gòu)件上，植筋或用膨脹螺栓將鋼筋網(wǎng)固定(板底與梁底用膨脹螺栓，并將鋼筋網(wǎng)與膨脹螺栓焊好，梁側(cè)、柱子及剪力墻采用膨脹螺栓);

(4)在混凝土表面及鋼筋網(wǎng)上涂界面劑;

(5)將配制好的高性能復(fù)合砂漿抹到構(gòu)件上，并用不低于07.N/cm2的力壓實(shí)。復(fù)合砂漿厚度柱子和剪力墻為25mm，板和梁為20mm;

(6)施工完后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)。

［1］GB 50292－1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］李延和，閔明保.火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)受損程度的診斷方法［J］.南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，34(3):8－14

［3］JGJ/T 23－2001回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程［S］

［4］賈鋒，從永全，朱伯龍.回彈儀檢測(cè)高溫后普通混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，1996(2)

［5］陸洲導(dǎo)，朱伯龍.混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后檢測(cè)方法研究［J］.工業(yè)建筑，1995，25(12):37 －41

［6］杜紅秀，張雄，韓繼紅.混凝土火燒損傷的紅外熱像檢測(cè)與分析［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，1998，1(2):221 －226

［7］杜紅秀，張雄，韓繼紅.混凝土構(gòu)筑物的火災(zāi)危害與損傷檢測(cè)評(píng)估［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，1998，1(2):175 －181

［8］Michael Y L Chew.The Assessment of Fire Damaged Concrete［J］.Building and Environment，1993，28(1):97 －102

［9］Michael Y L Chew.Effect of Heat Exposure Duration on the Thermoluminescence of Concrete［J］.ACI Material Journal，1993，90(7－8):319－322