淺談過火建筑構件分析 檢測與驗算

梁泉恩 袁君

摘要：建筑火災對建筑結構和耐火性能造成破壞，帶來重大隱患，也對過火建筑受損構件分析、檢測、結構安全鑒定以及加固修復、耐火處理提出難題，具有較大實踐意義。本文主要說明如何正確分析、判定和檢測，在一定程度上決定著過火建筑受損構件的加固、修復效果。

關鍵詞：受損構件;判定火場溫度;受損等級;混凝土強度檢測;鋼筋性能檢測;剩余承載力計算

火災對建筑物造成的損傷具有不確定性的特點，對標相關國家規范和行業標準，結合實際情況，如何正確分析構件過火程度、判定受損情況，檢測構件強度，這既是過火建筑查勘實施難點，也對受損建筑構件進行相應的加固和耐火技術處理起著導向性作用。

1 判定火場溫度

因混凝土構件在火災中承受的溫度復雜多變，混凝土材料承載能力下降。當溫度大于350℃以后，抗壓強度明顯下降，破壞形態顯著變化，出現上下兩端的裂縫和邊角缺損，并隨升溫而漸趨嚴重;當溫度達到900℃時，混凝土的抗壓強度幾乎不到常溫下的10%。故需先確定火場溫度。

1.1 火災荷載法和ISO834曲線法

采取現場調研和事后估算的方法，先用火災荷載計算法求得火災燃燒持續時間后，再按照國際標準化組織推定火場溫度的標準溫度與時間的ISO834曲線公式——即，估算過火一定時間后某時刻火場最高溫度，由于火場溫度往往要略高于混凝土結構和構件表面的溫度，故做參考。

1.2 觀察、對標、直觀判定火場溫度

依據《火災后建筑結構鑒定標準》CECS252-2009附錄B-1混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應與溫度的關系，直接判定過火建筑的火場溫度，以某一過火框剪結構建筑現場為例，分析如下表所示：

2 判定構件受損等級

整體過火建筑結構鑒定和檢測參考對標《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-2014），將各類構件外觀檢查結果和初步判定的火場溫度，對標判定構件受損等級，由輕至重可分為IIa級、IIb級、III級、IV級。

3 受損構件混凝土強度檢測

在火災異常高溫作用下，會造成混凝土嚴重損傷，大幅降低混凝土的抗壓、抗拉、粘結強度等承載力指標。因消防水驟冷處理作用，造成混凝土強度比自然冷卻的要降低約30%～35%。故要對火災后構件混凝土強度進行檢測。

建筑結構檢測方法參照國標《建筑結構檢測技術標準》（GB/T50344-2004）。

一是使用相對精確的鉆芯法對構件表層混凝土強度檢測。

參照地方標準《火災后混凝土構件評定標準》（DBJ08-219-1996），采用鉆取高徑比小于1.0的芯樣，分別按0.95和1.15面積折算系數和標準試塊15×15×15cm3計算抗壓強度，抽檢過火建筑損傷評定等級IIb級和III級的構件的表層混凝土抗壓強度。

二是為提高檢測準確性，使用鉆芯法對構件內部混凝土強度檢測。

按照《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（CECS03-2007），鉆取高徑比約等于1.0的芯樣檢測過火建筑IIb和III級構件及其相鄰構件內部一定深度范圍的混凝土抗壓強度。

4 鋼筋力學及工藝性能檢測

鋼筋的力學性能主要是強度和剛度。當溫度升高時，鋼筋的抗拉強度和屈服強度隨之降低，但在不同的溫度范圍內，強度降低的幅度、方式、變化有所差別。

針對混凝土保護層脫落，對過火建筑露筋構件，截取至少一組相應規格和數量的鋼筋，按照國標進行取樣、加工和抗拉試驗和冷彎實驗等性能試驗，得出鋼筋強度，判斷其力學性能。

5 構件剩余承載力計算

由于火災后建筑構件受損鑒定的復雜性，為了提高準確性，減少單一從鋼筋混凝土材料的強度檢測結果來判斷和確定構件強度和復核構件的承載力的偏差，混凝土受損構件的承載力鑒定應根據火災現場材料強度檢測結果和火場溫度值，用受損構件的剩余承載力計算結果來判斷和確定。實踐中需對混凝土抗壓強度檢測達不到原設計強度的構件進行剩余承載力計算。

由于火災后結構的剩余承載力的計算原理與火災前原鋼筋混凝土結構承載力（抗壓、正截面抗彎、斜截面抗剪）計算相同，不同之處在于火災后混凝土各項強度數值降低和構件截面縮小。故以降低和縮小后的各項數值代入《混凝土結構設計規范》GB50010-2010（以下簡稱“《混規》”）中的公式，計算得到火災后結構的剩余承載力。

按照《混規》、《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）進行結構驗算。以某過火建筑受損梁的混凝土強度等級取其檢測的最低強度值26.7N/mm2為例，即取C25。經現場查勘，該過火建筑的梁受損區域主要集中在梁的截面受拉區，抗彎驗算時仍按照原結構尺寸進行驗算，并僅需進行抗彎驗算，計算過程如下：

火災前，按照原設計為筋矩形截面梁，L=600mm，b×h=180mm×400mm，原混凝土強度設計等級C30，混凝土軸心抗壓強度設計值為fc=14.3N/mm2，混凝土軸心抗拉強度設計值ft=1.43N/mm2，該梁使用的主筋216、箍筋及間距8@100/200（2），鋼筋截面積AS=1608mm2，縱向受拉鋼筋強度設計值。實測混凝土等級C25，，，，，箍筋強度設計值fyv=270N/mm2。

該梁屬于雙筋矩形截面，梁截面受彎的實際截面積，有效高度h0=400-45=355mm，燒灼減小寬度as=30mm，抗彎承載力計算如下：

5.1 火災前，由力的平衡得出受壓區高度：

按照《混規》第6.2.7條規定相對界限受壓區高度主要和選用的鋼筋有關， HRB400級取0.518。

5.3 抗彎能力損失：

同理可計算得出其他梁等受損構件的抗彎能力損失。

抗彎能力損失大于5%，說明跨中正截面抗彎強度損失較大，故不需進一步的抗剪承載力計算，必須進行加固處理。若計算出其他梁抗彎承載力損失小于5%，此時需進一步計算梁的抗剪承載力，若抗剪承載力損失大于5%，也必須進行加固處理。按照《混規》之“構件承載能力偏小于設計值5%以上”規定，凡是達不到要求的構件，必須采取相應的加固措施。故該過火建筑結構需對受損構件進行修復和加固處理。

6 結語

針對過火建筑受損構件，對標一系列國家規范標準，結合實踐經驗，逐步分析、判定受損建筑構件的嚴重等級，針對受損的建筑構件，科學分析、檢測、驗算，本文所提供的分析步驟、判定應用、檢測方法、驗算驗證，提供了一些實踐參考。

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