建筑物火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性鑒定與加固

李斌  張鵬  沈林鳳  商鈺  王龍海

（1西安印鈔有限公司，西安710077，2陜西省建筑科學(xué)研究院，西安710082）

    近年來，大部分地區(qū)的建筑物遭到火災(zāi)、爆炸等人為災(zāi)害破壞，特別是大中城市中人流密集的區(qū)域是這些人為災(zāi)害最易發(fā)生的地方，這些地方一旦發(fā)生災(zāi)害，其損失不言而喻，那么為了將損失程度降到最小就要及時對建筑物進行安全性鑒定與加固修復(fù)。根據(jù)災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)遭到損害程度的不同，有的需要簡單修復(fù)或需要進行加固，有的則需要拆掉重建，而在工作實踐中經(jīng)常要接觸到類似情況。本文簡單的介紹目前常用的建筑結(jié)構(gòu)的檢測與加固方法和程序。

一、建筑物火災(zāi)損傷和破壞機理

    對建筑結(jié)構(gòu)實施科學(xué)的鑒定和加固，首先必須了解災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)造成的損傷和破壞機理。

    在火災(zāi)中,混凝土構(gòu)件在高溫條件下其混凝土和鋼筋都會受到影響。影響程度不僅取決于混凝土構(gòu)件的材料性能和設(shè)計因素,如,水泥品種、水灰比、骨料種類、水泥含量和鋼筋保護層厚度等,而且還取決于火災(zāi)的溫度和其持續(xù)時間的長短。在溫度達到300℃時,混凝土構(gòu)件的損傷并不嚴重，強度沒有大幅度降低，但在更高溫度時將會有很大影響。當溫度超過500℃時強度損失很嚴重。在一般的火災(zāi)中溫度通常都達到或超過800~900℃,此時混凝土表面嚴重破壞,將出現(xiàn)表面混凝土剝落現(xiàn)象,剝落程度取決于受熱表面與內(nèi)部冷區(qū)的溫度差的大小（和滅火方式也有很大關(guān)系）。通常火災(zāi)后混凝土表面會發(fā)黃、變黑，將表層剝?nèi)ズ缶蜁�露出白色混凝土和許多隨機裂縫，大多數(shù)裂縫較淺,但有些卻很深甚至穿過骨料，這是由于鋼筋的熱膨脹系數(shù)大于混凝土的熱膨脹系數(shù),致使鋼筋膨脹使混凝土開裂,特別是配筋密集的構(gòu)件和部位這種現(xiàn)象更為明顯。

    同時，過火后混凝土?xí)�顯示顏色變化,這種變化不是永久的,它能反映出火災(zāi)時所達到的最高溫度。這樣,依據(jù)顏色也大致能判斷出其殘余強度。通常混凝土顏色顯淺粉色時其強度就值得懷疑,顯淺灰色時很可能表現(xiàn)脆性并多孔。在鋼筋受熱膨脹及施工荷載作用下,結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件很可能出現(xiàn)較大位移,并且鋼筋的力學(xué)性能也可能變化。

二、建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后鑒定

    建筑結(jié)構(gòu)加固前的鑒定工作十分重要，它可以避免加固中的盲目性。但是，通過檢測所作的鑒定只能大概地確定結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。為此，鑒定檢測工作必須盡可能多的調(diào)查、實測資料，以便對結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀作出較客觀的判斷。鑒定工作包括資料收集、現(xiàn)狀的檢測、抗力的驗算和加固的建議。

    2.1資料收集

    對建筑物的情況詳細地進行調(diào)查，包括建筑結(jié)構(gòu)圖紙、建造年代、上部結(jié)構(gòu)概況、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)資料、荷載狀況、施工概況、火作用的調(diào)查等。

    2.2現(xiàn)狀的檢測具體到建筑結(jié)構(gòu)材料的檢測

    回彈法:用回彈儀彈擊混凝土表面，由反射面的硬度決定回彈值。在混凝土表面存在石子、水泥石和水泥膠體，當水泥標號較高時，水泥石強度高，回彈值也高，混凝土強度也高。

    拉拔法:通過專門的工具錨人混凝土中，通過抗壓強度推算抗拉強度以評定其質(zhì)量。

    超聲法:在正常混凝土中彈性模量與強度有穩(wěn)定的關(guān)系，超聲波通過發(fā)射、接收裝置測出波速，波速可以通過材料彈性模量進而評定其強度。

    鉆進法:在恒壓下用等速沖擊鉆鉆入混凝土表面，由鉆進速度確定混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。

    巖芯取樣法:是一種較好的強度測量方法，但取芯太小影響測量，取芯太大易加大損害。

    動力法:通過激振或脈沖動測出結(jié)構(gòu)的動力特性，由頻率可以確定彈性模量，進而評定其強度:

    現(xiàn)場結(jié)構(gòu)加載試驗:是一種費用較高的檢測方法，一般要加到超過設(shè)計荷載的5%~10%，但要小于極限荷載，否則易引起結(jié)構(gòu)損壞。

    敲擊法: 回彈法和鉆芯法是基本的檢測方法，可以定量地測出混凝土的強度變化數(shù)值，在具體確定加固范圍、加固深度時，又采用敲擊法驗證。

    上述方法，由于檢測工具、操作方法等原因，檢測結(jié)果往往有較大差異，需要采用“綜合評定”和“對比評定”的方法來提高檢測效率和可靠性。

    2.3抗力的驗算 

    對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗力進行驗算，以確定加固的水平：

    （1）結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)有強度，災(zāi)后要考慮材料的強度折減和沿截面分布。

    （2）結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的實際剛度.這對確定超靜定結(jié)構(gòu)的彎矩分布至關(guān)重要。

    （3）混凝土結(jié)構(gòu)以實際配筋按規(guī)范驗算抗力和提供允許荷載值.用混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)時，按砌體規(guī)范驗算其抗力。

    （4）當結(jié)構(gòu)無法測定其配筋時，可根據(jù)現(xiàn)有荷載及結(jié)構(gòu)裂縫和變形狀況進行抗力驗算各項資料及檢測數(shù)據(jù)收集齊全后，才能根據(jù)加固要求、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的可能性、施工場地及條件、材料供應(yīng)的可能性等，作出鑒定結(jié)論.提出一個或幾個方案，從而進行加固設(shè)計。

三、建筑結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)

    3.1損傷程度大致可以分為下列幾類:

    （1）輕度損害:在局部范圍內(nèi)的表面損害，邊沿剝落和產(chǎn)生裂縫;

    （2）中度損害:結(jié)構(gòu)部件沒有塑性變形，但有嚴重的截面損害以及鋼筋強度降低;

    （3）在單個建筑部件和結(jié)構(gòu)范圍中的嚴重損害:承重構(gòu)件部分或完全失去作用，但不致倒塌。

    3.2受損構(gòu)件的修復(fù)加固

    修復(fù)加固設(shè)計應(yīng)簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟合理;要注意被加固構(gòu)件的節(jié)點構(gòu)造和施工方法，保證加固部分與原結(jié)構(gòu)共同工作并考慮加固對建筑物總體應(yīng)力變化的影響。

    在確定方案時有兩種傾向值得注意:

    (l)掉以輕心。認為災(zāi)后構(gòu)件并未完全喪失承載力，未考慮隱患對構(gòu)件長期使用的影響，不予認真處理。

    (2)過于保守。任意加大處理范圍，任意決定“打掉重建”。其實，“打掉重建”有時是不安全的，比如連續(xù)梁，隨意打掉某一跨就會對相鄰跨的內(nèi)力分布產(chǎn)生不利影響。

    由于修復(fù)加固的構(gòu)造及施工方法與正常建設(shè)時不同，故必須強調(diào)精心施工，確保質(zhì)量。如某一框架梁用“加大截面法”修復(fù)加固，要求在原構(gòu)件表面外包5cm左右一層混凝土，施工難度較大，需采用專門的施工設(shè)備和工藝，如用小直徑振搗棒振搗或用人工插搗等。

    3.3結(jié)構(gòu)加固方法

    （1）各種結(jié)構(gòu)加固方法的原則是，鏟除損壞的混凝土，必要時加鋼筋來保證結(jié)構(gòu)部件具有完全的承載力，按照需要的尺寸用相應(yīng)的混凝土給截面復(fù)原，加固可采用置換、繞絲、粘鋼和粘玻璃鋼等方式。對于不影響結(jié)構(gòu)部件的承載能力的輕度損害，只要鏟除松弛的混凝土部分，再進行填補，作好混凝土表面，以保證鋼筋不受銹蝕。如果鋼筋強度降低，需要置放附加鋼筋。最后用相應(yīng)強度的新混凝土給截面復(fù)原。新、舊混凝土之間必須有良好結(jié)合，鋼筋必須有良好結(jié)合，并且握裹力強另外采用粘結(jié)鋼和玻璃鋼結(jié)合的方法有很大的優(yōu)越性，根據(jù)結(jié)構(gòu)部件的不同。大多采用噴射混凝土或者模板澆注，嚴重損害應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況個別處理。

    （2）各類建筑部件的加固有不同的特點

    柱，柱子的加固一般是采用安放圈套進行的，圈套尺寸的選擇應(yīng)保證能有足夠地方放置附加鋼筋，并能順利澆灌混凝土:圈套大都做成模板，柱子較高時可分節(jié)制作，加固時鏟去全部受損松弛的混凝土，保證柱子中不留內(nèi)部裂縫，必要時采取加支架等安全措施。柱子的加固還應(yīng)按照應(yīng)力要求放置附加鋼筋，要采用細鋼筋做箍筋，布置密度要大。

    梁，特別是板梁大多總是在底部開裂，即破壞主要在受拉區(qū)。由于混凝土層剝落，常使鋼筋外露，加固時應(yīng)加必要的附加鋼筋。在鏟除松弛受損的混凝土層后，再將附加筋放置到梁上，保證附加鋼筋的良好錨接:另外在梁上應(yīng)優(yōu)先采用噴射混凝土。

    板，在板上可能有兩種情況:一是混凝土覆蓋層不能保持住;二是下面的鋼筋可能外露，在一些地方混凝土與鋼筋之間不存在任何聯(lián)接。這兩種情況下都應(yīng)高度注意鋼筋的強度，要配置足夠的附加鋼筋，或采用碳纖維布對受拉區(qū)加固。砌體等其它建筑構(gòu)件的加固也應(yīng)按類似的方法進行。

四、結(jié)束語

    本文簡單的介紹了火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)造成損害的機理和破壞作用，闡述了建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的鑒定和檢測方法，以及建筑結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)的方法，為類似的災(zāi)后檢測鑒定及加固修復(fù)工作提供借鑒依據(jù)和參考。

參考文獻

    [1] 王布斗;建筑物經(jīng)火災(zāi)后的破壞機理及檢測和修復(fù)技術(shù);山西科源建筑科研檢測有限公司; 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟;2005年

    [2] 張鑫、李安起、趙考重; 建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)的進展; 山東建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)鑒定加固與改造省重點實驗室; 工程力學(xué) 2011年

    [3] 陸添華; 建筑結(jié)構(gòu)災(zāi)后檢測與加固; 江蘇省南通市建筑工程質(zhì)量檢測中心; 中華民居 ;2010年

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會     文徑網(wǎng)絡(luò)：呂琳琳  尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)