火災后的廠房結構安全性評價及加固方案研究

王志軍

(晉城合為規劃設計集團有限公司，山西 晉城 048000)

廠房遭受火災影響以后，將造成一定經濟損失。其中，建筑結構發生形變是廠房遭受火災影響的主要表現之一，除此之外，混凝土構件強度也會出現不同程度下降情況，對廠房的使用壽命及正常運營影響較大[1]。由于火災情況比較復雜，不同區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后結構安全性影響大小，本文提出評價方案研究，并給出一些相應的加固建議。

1 火災后的廠房結構安全性初步評價

第一，觀察廠房遭受火災現場情況，初步判斷廠房結構損傷程度，設計損傷檢測評價方案。

第二，以火災殘留物、火災發生過程作為評價指標，初步分析廠房火災持續時間，并在廠房平面分布圖中圈出結構受影響的范圍，給出安全性評價分析結果。

第三，以廠房火災溫度、結構構件損傷程度作為評價指標，給出火災等級評價結果。

2 火災后的廠房結構安全性詳細調查與評價

在獲取初步評價結果以后，需要詳細調查火災環境，挖掘火災產生主要原因，分析廠房燃燒條件。與此同時，根據廠房建筑材料特性，嘗試確定火災期間的建筑溫度，經過多層級檢驗判斷，編制鑒定報告[3]。

2.1 現場勘查內容與勘查方法

為了對火災后廠房結構安全性做出準確評價，需要現場勘查內容的支持。其中，內容除了全面以外，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，總結以下現場勘查內容及方法。

(1)采用小錘敲擊與目測結合的方法。檢查火災后廠房構件損傷情況，包括疏松脫落、表面開裂、表現顏色發生變化等，記錄相關勘查信息。另外，觀察火災現場殘留物狀況，判斷燃燒程度和火災覆蓋范圍，綜合各項參數推斷結果，給出火災溫度判斷。

(2)借助測試儀器，對構件混凝土在火災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。

(3)確定的損傷深度作為判斷依據，結合回彈法應用結果，對混凝土強度加以檢測。

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

2.2 鑒定依據

(1)按照建筑結構檢測技術標準GB/T50344-2004，對火災后的建筑結構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規程CECS03:2007，檢測火災后混凝土強度變化情況。

(3)按照火災后建筑結構鑒定標準CECS252:2009，確定火災后建筑結構損傷等級、深度等。

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

2.3 廠房火災后結構安全性評價流程

按照國家給出的鑒定標準，對現場勘查收集到的火災后廠房結構變化信息，對其結構安全性展開全面評價。如圖1所示為廠房火災后結構安全性評價流程。

第一步，采用現場勘查法。對廠房火災現場進行初步調查，通過拍照、錄視頻等方式記錄現場火災后環境實際情況，并對現場環境信息加以整理。與此同時，并檢查廠房火災后結構損傷情況，并記錄信息。

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

圖1 廠房火災后結構安全性評價流程

第三步，在初步評價的基礎上，對廠房火災的狀況進行深入調查，包括火作用、構件專項，同時分析廠房經歷過火災后的結構變化，校對廠房構件。

第四步，根據深入調查結果，給出詳細鑒定結果，賦予評價等級。

第五步，為詳細鑒定結果編制鑒定報告。

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，對廠房火災后結構安全性進行評價分析。該工程修建了兩棟廠房，混凝土結構獨立，層數設置為5層，通過棧橋連接。由于工程配料溫度過高，引發了火災。隨著火勢的蔓延，對5層建筑的進料口造成安全威脅。據統計，本次火災從開始到結束持續時間大約1.5h。

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

3.2 廠房結構安全性評價

3.2.1 基于溫度及構件損傷的火災后廠房結構安全性評價

關于火災溫度的判斷，按照國際標準曲線ISO 834進行計算，得到火災持續時間與當前溫度的關系，計算公式如下：

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

(1)

公式(1)中，T代表火災期間廠房室內溫度；t代表火災持續時間；T0代表廠房周圍環境溫度，測得數值為20℃。一般情況下，火災等級為I級：溫度低于250℃，幾乎無影響；火災等級為IIa級：溫度范圍250～450℃，輕微影響；火災等級為IIb級：溫度范圍450～600℃，輕微燒灼；火災等級為III級：溫度范圍600～700℃，中度燒灼。 根據現場勘測，廠房旺火燃燒大約持續40min，對應的溫度最大值約為900℃。關于構件損傷的溫度判斷，以混凝土遭受火災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，按照CECS 252建筑結構鑒定標準，判斷火災期間構件的表面溫度大小，為結構受損程度判斷提供數據支撐。一般情況下，火撲滅后確定無危險后，來到現場進行勘查，收集相關資料，從中提取構件損傷溫度判斷數據，給出廠房結構安全性評價。

3.2.2 評價結果統計

按照上述安全性評價方法，對某廠房遭受火災后的結構安全性進行評價，結果如表1所示。該統計結果按照過火區域不同，對構件過火后特征進行了概述，按照結構損傷程度評價標準給出了火災等級評價及界定溫度范圍。

表1 某廠房火災后廠房結構安全性評價結果統計表

表1中，根據廠房受火災影響情況，結合混凝土結構表面變化情況，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據，0.9作為折減系數，經過計算，評價各個區域廠房受火災影響燒灼程度。1-2/A-E、7-8D-F、8A-F過火區域，柱、橫梁、板底均呈現黑色，存在煙熏痕跡，未出現開裂現象，環境溫度低于200℃，火災等級較低，造成的影響不嚴重。評價a區溫度偏低，梁、樓板均呈現淺灰色，部分區域呈現粉紅色，混凝土結構外表面出現了墻體脫落情況，不容易發現梁角開裂情況，墻體、窗戶框未形變，環境溫度300～430℃，所受影響較小；評價b區混凝土梁角部分區域出現墻體脫落，保護層爆裂嚴重，大面積塌落，廠房軌道支架變形，環境溫度500～590℃，為輕度燒傷，廠房結構性能未遭受較大影響，需要提高耐高溫性能；評價c區梁側面和底面混凝土均出現了剝落情況，混凝土結構大面積扭曲變形,為中度燒傷。

從上述評價結果來看，不同區域在火災后造成的影響存在一定差異。其中，部分區域廠房構造并未發生損壞，處理外觀即可。對于火災中結構受損較為嚴重的區域，需要根據構件損壞實際情況，采取針對性加固處理。除了采取面積外觀修復措施以外，還需要提高架構整體的耐久性能。

4 火災后的廠房結構加固方案

(1)1-2/A-E、7-8D-F、8A-F范圍內的混凝土構件受火災影響的處理，考慮到該區域受火災影響較小，近視外墻受煙熏影響變色。所以，對于未受到影響的區域，直接對墻體表面進行簡單修復即可，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范圍內的混凝土構件受火災影響的處理，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構中混凝土疏松情況，利用專用設備檢測混凝土，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生。

(3)對于2-3//D-E、2/4D-F范圍內的混凝土構件受火災影響的處理，建議在去除疏松層補平以后，添加補強處理環節。該環節選取碳纖維布作為處理材料，在補平處理后的截面上黏貼，使得混凝土結構強度得以提升。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。雖然該區域燒傷不是很嚴重，但是覆蓋面積較大，在多個區域均有分布，所以需要逐一處理，確保修復加固實施的完整性。一般情況下，在加固前需要現場勘查，準確記錄每一處混凝土構件狀況，根據實際勘查結果，擬定加固施工方案。

(4)對于D-F/4-6范圍內的混凝土構件受火災影響的處理，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構穩定性。該環節主要是處理裂縫，可以將其看作處理裂縫的初步處理環節，在混凝土構件出現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，需要注意該結構的完整性，一般情況下，采取區域黏貼法，對廠房某個混凝土區域采取大面積碳纖維布黏貼處理。考慮到部分區域受損嚴重，建議增加外包粘型鋼補墻。

5 結 語

廠房遭受火災后的修復工作是保證廠房正常運營的前提條件，只有準確評價火災對廠房結構安全性的影響，才能夠找到正確的修復方法。本文本著“安全”的原則，以某廠房為例，分析火災期間廠房結構性能變化情況，得出評價結果。根據多年工作經驗，給出一些加固處理建議，希望對廠房火災修復工作的開展有所幫助。