火災后高層建筑鋼筋混凝土結構檢測鑒定

謝靜

(山西五建集團有限公司，山西太原 030013)

火災后高層建筑鋼筋混凝土結構檢測鑒定

謝靜

(山西五建集團有限公司，山西太原 030013)

結合某高層建筑火災案例，對火災后建筑進行了檢測鑒定，通過綜合檢查初步判定出建筑受火區域及受火溫度，基于綜合檢查結果劃分了過火區域，并對各過火區域構件損傷程度作了分級，根據不同的受火損傷等級提出相應的加固修復建議。

火災，高層建筑，結構檢測，修復措施

0 引言

進入21世紀以來，隨著我國綜合國力的不斷增強、經濟快速發展，國內各大城市涌現出大量高層、超高層建筑，其中一部分成為該城市的地標性建筑。超高層建筑設計往往相對復雜，高層建筑很大程度提高了城市空間的利用率，但與此同時卻給火災等突發災害的逃生及救援帶來較大困難，此類建筑出現火災時，通常規模較大、影響甚廣、后果嚴重，比較典型的如美國世貿中心，其為兩座超高層雙子樓，在飛機撞擊后引起爆炸及燃燒，不斷燃燒的大火熔化了鋼架而導致坍塌，整個火災造成大量人員傷亡及財產損失。

建筑結構抗火性能的研究已經有較多成果，建筑防火性能的研究主要集中在火災發生時火災的行為，建筑結構防火設計方法以及火災后建筑物建筑安全鑒定及修復等，基于上述研究成果，各國也出臺了建筑抗火設計的相關規范［1，2］。國內相關專家對建筑結構抗火設計進行了充分研究，李國強等［3］基于試驗得出了鋼結構及鋼與混凝土組合結構抗火設計的相關方法;韓林海等［4］對鋼管混凝土火災后力學性能做了較多研究，給出了火災作用下鋼管混凝土承載力計算方法。此外，計算機仿真的日趨成熟也大力促進了國內外建筑抗火領域的研究，包括火災作用下高層、超高層建筑的連續性倒塌等均得到了很好的驗證。盡管直至今天，建筑結構抗火理論已經較為成熟，但對于一些超高層建筑結構災后的鑒定評估等仍有待完善，相應的實際工程案例仍然缺乏，對于此類結構災后的損傷評估也沒有通用的流程及標準，不同機構的評價結果不具備比較價值。

近年以來，部分研究人員開始嘗試將一些較為新穎的數學模型引入到災后建筑結構的評價鑒定體系中。李敏等基于模糊數學采用混凝土強度、耐久性、爆裂、裂縫等作為參數建立了災后混凝土的評價方法;方崇等基于投影尋蹤回歸理論以及遺傳算法提出了混凝土損傷的評價方法;王威等采用可拓理論提出了混凝土災后評價的模型。不同的災后評價模型均在不同程度上促進了災后建筑結構鑒定理論體系的發展，然后上述定量評價模型均有可能會因為指標量值不定、權重選取、級別區分等存在人為的偏差，進而在現實工程中，建筑結構的損傷評定仍基于檢測人員的經驗，評價體系未起到主要決定性的作用。

本文基于高層建筑火災結構檢測鑒定案例，闡述高層鋼筋混凝土建筑災后的損傷評估流程及鑒定方法，同時給出本工程災后修復的相關建議，研究成果可為今后類似建筑結構的災后檢測鑒定提供一定參照。

1 案例

北京某高層建筑，地下2層，地上30層，主體結構為帶鋼支撐的框剪結構，建筑高度為159.68 m，分為主樓和裙樓兩部分，主樓、裙樓屋面均采用大跨度鋼結構屋蓋。

該樓在使用過程中，因燃放煙花墜落的火星引起火災，隨后引發建筑外墻裝飾的燃燒，并且不斷向四周蔓延，過火面積達到8 500 m2，整個火災持續6 h。火災呈現的特點:高層建筑，布局復雜，救援困難;火災沿外墻蔓延迅速，火災涉及的范圍廣。

2 災后檢測

針對上述火災，建立災后建筑的檢測步驟如圖1所示。

圖1 火災檢測步驟

2.1 綜合檢查

災后建筑物檢測最先開始建筑物的綜合檢查工作，其主要內容包括如下方面:

1)火災現場的基本概況。對火災現場進行詳細檢查，掌握火災發生的大致范圍、過火面積、持續時間等信息，滅火所采用的方法，建筑物受火損失的情況，燃燒物品的種類及其堆放位置，在勘察過程中同時注意拍攝相關區域的圖片。

2)總結火災溫度。根據災后建筑物各構件的表觀狀況，如表觀顏色、裂縫寬度及數量、表觀是否爆裂、爆裂深度等參數，結合受火時間等因素，根據標準的火災溫度—時間曲線綜合判斷不同區域位置的火災溫度。目前較為普遍采用的是ISO834標準溫度—時間曲線，如式(1)所示:

其中，T為t時刻溫度;T0為初始溫度。

基于上述分析，得出該建筑火災時最高溫度為1 194℃。

3)火災分區。根據現場檢查判斷，將過火的區域進行分級，主要分為三個等級:a.較輕過火區域，混凝土表面僅熏黑，未見表皮脫落，表面受火溫度不超過300℃;b.一般過火區域，混凝土表面僅局部出現輕微脫落，表面有裂縫產生，受火溫度為300℃ ～600℃;c.嚴重過火區域，混凝土表面出現嚴重剝落，敲擊可聽見空鼓聲，表面裂縫較多，寬度較大，受火溫度高于600℃。

經過上述檢查，該建筑整體受火程度較輕，局部區域受火災影響較為嚴重，因此在正式加固前應當對局部區域進行防護，防止該局部區域出現坍塌。

2.2 分項檢測

根據前述預先制定的檢測流程，開始分項檢測，包括:災后混凝土強度、燒傷深度、鋼筋檢測等，在檢測中重點檢查火災分區中的b和c兩個等級。

1)混凝土強度及探傷深度。本項測試包括檢查構件的外觀狀況、混凝土強度以及燒傷深度。受火后混凝土強度降低主要由于高溫損傷、滅火方式、災后齡期等因素，其中不同滅火方式對混凝土強度影響尤為明顯，水冷卻后混凝土強度會迅速降低，其較自然冷卻方式下混凝土強度約低30%。盡管根據混凝土表觀狀況等可以粗略估計混凝土強度損失，但由于不同深度處混凝土受火影響程度也不盡相同，檢測中不應當只依據混凝土表觀狀況評價混凝土強度。在實際工程中，除了記錄不同構件的外觀缺陷，同時也需要準確測定混凝土強度，本工程檢測中采用的是鉆芯法評定混凝土強度。

根據測試結果，本工程中b區域和c區域構件均存在顏色變化、裂縫、掉皮等現象，c區域少數構件出現露筋。根據芯樣檢測的強度，過火區域的構件受火災作用后強度均有降低，其中c區域混凝土強度降幅較大，達到13%～32%。過火區域構件的燒傷深度為5 mm～100 mm，個別構件燒傷深度大于保護層厚度。

2)鋼筋檢測。本項測試的項目為:構件實際截面尺寸及配筋、構件變形、鋼筋強度等。在高溫作用下，鋼筋強度會有所降低，同時由于混凝土內部空隙增多，鋼筋與混凝土間粘結強度也降低，這些都對構件的承載能力產生影響。實際檢測中采用鋼筋掃描儀檢查構件實際鋼筋配置，采用鋼卷尺檢查構件截面尺寸，采用經緯儀測試測試構件變形情況，對部分構件的鋼筋進行取樣，測試鋼筋力學性能。

根據測試結果，該建筑的構件截面尺寸及鋼筋配置情況均與原設計圖紙一致，少數梁構件撓度超過規范的限值，現場截取的鋼筋力學性能均滿足相關要求。

2.3 等級評定

目前鋼筋混凝土結構火災檢測評定相關的規范主要包括1996年上海出臺的地標［5］和2009年發行的協會標準［6］。上海地標基于承載力、裂縫、變形幾個因素對混凝土構件評定分級，協會標準則從混凝土強度、外觀、裂縫、構件變形、鋼筋與混凝土粘結等因素評定構件。另外，一些行業研究人員基于實際工程也給出了不同的評定方法。盡管，構件災后的鑒定評級已較為成熟，但具體的鑒定評級也是定性評定，其評定結果還需結合具體工程案例及檢測人員的經驗來綜合判定。

根據現場檢測結果，該建筑中28層存在受損等級為一級的構件，19層～20層，24層，26層存在受損等級為二級的構件，2層，5層，7層～13層，15層，17層，26層～27層存在受損等級為三級的構件。

3 修復建議

根據本建筑實際檢測結果，結合相關類似工程的檢測經驗，提出如下修復建議:

1)評定受損等級為一級的構件，其損傷程度較輕，僅需對其表面進行粉刷等處理，無需采取特殊的加固修復措施;

2)評定受損等級為二級的構件，其燒傷深度小于混凝土保護層，受損的構件無露筋的現象，此類構件建議去除構件表層疏松的混凝土，對構件出現的裂縫進行封閉處理，隨后采用比原設計高一個強度等級的混凝土進行修復;

3)評定受損等級為三級的構件，其受火災影響較為嚴重，此類構件建議去除受損范圍的混凝土，錨入附加鋼筋，隨后再采用比原設計高一個強度等級的混凝土進行修復。

4 結語

基于實際高層建筑火災后檢測案例，給出了災后高層建筑檢測的一般流程，即現場綜合檢查、判斷過火區域及溫度、劃分受火區域、分項檢測、構件等級評定等。基于完整的檢測流程，可以得出不同區域不同構件的損傷情況，有針對性的提出相應構件的修復建議。另外，本文相關案例也可進一步為高層建筑抗火設計提供案例參考，推進高層建筑抗火設計不斷完善。當前國內外建筑火災后檢測還沒有標準的流程，在實際工程中評估結果仍具有一定的主觀性、可變性，因此，完善火災后建筑評估標準體系的研究也是本領域的進一步工作。

［1］ 范 進，呂志濤.混凝土結構抗火研究的主要內容［J］.建筑技術，1999，30(5):319-320.

［2］ GB 50016—2006，建筑設計防火規范［S］.

［3］ 李國強，韓林海，婁國彪，等.鋼結構及鋼—混凝土組合結構抗火設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006.

［4］ 韓林海，宋天詣.鋼—混凝土組合結構抗火設計原理［M］.北京:科學出版社，2012.

［5］ DB J08—291—96，火災后混凝土構件評定標準［S］.

［6］ CECS 252—2009，火災后建筑結構鑒定標準［S］.

Detection and identification of high-rise building reinforced concrete structure after fire

Xie Jing

(Shanxi Fifth Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030013，China)

Combining with the high-rise building fire cases，the paper carries out the building detection and identification after fire.Through comprehensive examination，it preliminarily determines the building fire scope and fire temperature.Based on comprehensive examination results，it divides fire areas，and carries out component damage degree grading，and finally puts forward corresponding reinforcing and repairing suggestions according to different fire damage.

fire，high-rise building，structure detection，repairing measures

TU317

A

1009-6825(2016)35-0041-02

2016-10-09

謝 靜(1982-)，女，工程師