钢筋混凝土结构的火灾鉴定与加固-建筑设计论文

　　钢筋混凝土结构的火灾鉴定与加固

　　夏广录

　　摘 要】在我国 ,钢筋混凝土结构和砖混结构形式占绝大多数 ,建筑物火灾主要是发生在混凝土结构的火灾 。因此研究火灾在混凝土结构鉴定与加固有其重要的作用。

　　【关键字】火灾 钢筋混凝土 力学性能 加固

　　近年来 ,火灾给人类社会带来了巨大灾难和损失。全世界每年火灾经济损失达到社会生产总值的0.2% ,死亡10余万人 ,还会造成巨大的社会和政治影响。就我国而言 ,每年约发生20万起火灾 ,建筑火灾一般要占火灾总数的95%左右。因此，火灾不仅造成人类生命和财产巨大损失 ,对建筑结构本身的损伤和破坏也非常严重。结合具体的工程实例 ,重点对火灾后钢筋混凝土结构的检测方法、火灾损伤等级综合鉴定标准以及修复加固设计方案等进行了研究和探讨 ,提出了一些有效的方法和建议 ,为今后的建筑火灾实际工程研究和修复加固设计提供参考。

　　一、火灾后钢筋混凝土材料力学性能和剩余承载力计算

　　试验表明 ,钢筋和混凝土随温度升高其力学性能会发生明显变化 。火灾高温作用下 ,钢筋与混凝土之间的粘结强度受到很大的破坏 。钢筋和混凝土由于物理和化学变化而使材料的力学性能有很大的降低 ,使结构构件也显示了不同损伤程度的破坏。因此 ,分析并计算构件的剩余承载能力非常重要。通过国内外一些方法的对比 ,混凝土结构受火后的承载力计算方法是 : ①根据温度场计算结果 ,把受火构件截面划分为若干个条带 (单元 ) ,分别求得每个单元的温度 ,并确定钢筋处的温度 ; ②对应各单元的温度 ,确定高温下钢筋与混凝土的强度折减系数 ,然后计算各单元的截面承载力。整个截面的承载力应为各单元截面承载力之和。

　　钢筋混凝土结构在火灾高温下承载力与钢筋强度关系极大。其强度降低情况曲线如图 1所示。

　　二、受损结构的检测与鉴定方法

　　1、受损结构的检测方法

　　混凝土强度的现场检测一般是指构件受损层的平均强度。由于火灾后受损结构需要进一步修复和加固 ,因此 ,一般用于混凝土质量的检验方法大多是采用非破损和破损检验相结合方法 ,如:敲击法、回弹法、超声波法、钻芯法等 。除此之外受损的其它结构的检测方法如表 1所示。

　　2、受损等级鉴定

　　灾后将现场的全部调研和检测结果形成结构灾后损伤状况报告 ,对结构受损程度做出正确评估。钢筋混凝土结构损伤等级评定标准 如表 2所示。

　　三、工程实例分析

　　该工程为x市的xx商贸大楼, xxxx年建成并投入使用 ,大厦建筑面积2000m ,占地面积约1500m 。该建筑为钢筋混凝土框架结构 ，平面形状呈“V”型 ,建筑共分为 7层 ,地下室为超市 , 1～5层为商场 ,6层为餐厅与影院。

　　1、火灾现场检测及鉴定结果

　　(1)火灾现场检测 :火灾于 2008年夏天发生 ,由于夏天气温较高 ,商场全为易燃物 ,灭火历史4小时。商场基本全部过火 ,地下室钢结构超市在火灾中钢柱及钢梁严重扭曲变形坍塌。商场可燃物已烧尽 ,部分铝合金窗框被烧熔断 ,玻璃软化卷曲 ,局部玻璃烧化 ,角钢货架严重扭曲;梁、板及柱混凝土脱落露筋现象较普遍;吊顶的石膏板烧成粉末脱落 ,轻钢龙骨严重扭曲;大厦大部分外墙墙面全部熏黑 ,铝合金窗的玻璃全炸碎 ,部分铝合金窗框烧损变形。

　　(2)火灾温度的判定 :建筑物外观检测结果如表3(以第三层为例)。

　　建筑物的损伤部位主要与火源、可燃物及构件的受火面有关。经过调查分析得知构件主要损伤部位有:①部分现浇板的底部; ②梁的底部、部分迎火面的侧面及梁和柱交界处梁的底部; ③上、下层楼梯处柱沿全高全部受损; ④上、下层框架柱中部及以上节点区。依据外观状况及颜色或目前广泛应用的温度预测方法是采用 ISO834国际标准曲线 ,其温度和时间的关系是:

　　T = To + 345lg(8 t + 1) (1)

　　式中 ,T为火灾室内温度 (℃);To为常温(取 20℃);t为相应部位火灾燃烧时间(min)。

　　依据该工程的消防鉴定意见取旺火燃烧时间为 2小时。按此公式计算火场最高温度为1040℃。

　　(3)对混凝土、钢材的损失评估 :目前检测混凝土强度较精确的方法是钻芯法。火灾后混凝土强度检测主要是针对受损层混凝土的平均强度 (受损层厚度一般为25～60mm) ,因此 ,受损层厚度决定了钻芯长度不一定是标准的100mm。由于芯样未取标准尺寸 (芯样直径 100mm 或150mm,高径比 H /D为 110) ,因此 ,应当根据样品的 H /D 值考虑尺寸效应 ,然后加以修正。

　　根据212受损鉴定等级及实测数据 ,将结构构件受损程度分为四个等级。1级:轻度受损构件;2级:中度受损构件;3级:严重受损构件;4级:危险构件。损伤评估见表4、表 5。

　　2、火灾受损钢筋混凝土结构修复加固设计

　　(1)受损混凝土构件加固量计算:火灾受损构件的加固量 △R是指受损构件加固至满足使用功能要求时所需增加的承载能力。具体计算公式与所采用的加固方法有关 ,用通式表示即为:

　　△R = a•R - Rt

　　(2)式中 ,R为加固后构件满足使用要求的承载力;Rt为火灾受损构件的剩余承载力,按本章第一节所述方法计算;A为加固方法修正系数。一般情况下a = 1,当采用预应力加固法加固受弯构件时 ,由于预应力拉杆拉力的存在 ,使原受弯构件变成了偏心受压构件 ,需考虑纵向弯曲的影响 ,此时取a =111。

　　(2)柱子加固设计 :加固方法有增大截面积法、角钢加固法、粘贴钢板法 (对过火后的混凝土强度不低于C20)。

　　本方案采用增大截面法 ,增大截面法是采用同种材料的混凝土来增大原受损混凝土构件的截面面积 ,以达到提高构件承载力的目的。外包混凝土一方面可以帮助原受压柱承担荷载,同时对原柱产生环箍效应,提高其承载力。

　　(3)梁的加固设计:一般火灾条件下 ,梁中受力钢筋强度在冷却后可恢复 ,构件承载力降低主要是由混凝土强度降低引起的。所以 ,钢筋混凝土梁的加固设计应设法提高受压区混凝土的抗压能力。根据本案例火灾情况采用梁侧加厚法来加固梁的设计。即把烧损严重的混凝土铲除后 ,在梁两侧用混凝土对称加厚 。

　　四、结语

　　火灾对建筑构件的损伤不仅会造成构件承载力、变形能力受到损害 ,还会使建筑物的耐久性、抗震性能、结构的整体性能受到损害。准确评估建筑结构火灾后受损程度 ,是整个维修加固和判断建筑物使用安全性的前提。

　　参考文献：

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