談某實驗室火災后安全鑒定與加固

馬建勛 張 明 祁星星

(西安交通大學，陜西西安 710049)

0 引言

我國規(guī)范［1］規(guī)定了各種建筑結(jié)構的設計使用年限:一般臨時性建筑的設計使用年限為5年，易于替換的結(jié)構構件的設計使用年限為25年，普通房屋與構筑物的設計使用年限為50年，紀念性建筑及特別重要的建筑結(jié)構的設計使用年限為100年。然而，建筑結(jié)構在服役期間，難免會遇到不可抗力的破壞。其中，火災是各種災害中發(fā)生頻率最大且極具毀滅性的災害之一［2］。發(fā)生火災后，需要對建筑結(jié)構進行安全性鑒定，并對結(jié)構進行修復加固，以達到繼續(xù)使用的目的。

本文對一個遭受火災的實驗室進行了現(xiàn)場勘查與測試，完成了安全性鑒定并提出了相應的加固方案，達到了建筑物可繼續(xù)使用的目的。

1 某實驗室火災概況

發(fā)生火災的建筑是一棟五層的框架結(jié)構，起火的實驗室位于結(jié)構的第三層，建于1991年。2010年12月31日上午11:30左右，實驗人員在做耐高壓變電實驗時不慎造成閃爆，導致圖中點A處實驗機起火(見圖1)。實驗機以西為加工區(qū)及過道，未吊頂，可燃物較少。?軸處設備為耐高溫材料，在火勢蔓延過程中起到了防火墻的作用，故?軸以西建筑基本未受火災影響。實驗機以北為辦公區(qū)，吊頂物可燃，臨近過道處為木格擋，實驗機內(nèi)高溫高壓油噴出，引燃北部辦公區(qū)格擋，火勢迅猛。實驗機以東為辦公室，吊頂物可燃，因臨近實驗機側(cè)為鋁合金隔墻、玻璃窗，故火勢的蔓延速度較慢。起火15 min后，消防車趕到現(xiàn)場進行滅火，建筑從起火到被熄滅，大概經(jīng)過了50多分鐘。

2 整體火災分區(qū)劃分

依據(jù)起火點、起火走向、結(jié)構表觀狀況、火場殘留物狀況及可燃物特性、通風條件、滅火過程等綜合分析判斷［3］，火場大致劃分三個火作用區(qū)域，具體情況如圖1所示。

圖1 火災分區(qū)圖

⑤軸與⑦軸之間的部分離火源較遠，火勢尚未蔓延到此區(qū)域就已經(jīng)得到控制。場內(nèi)木制吊頂尚存，而飲水器、空調(diào)等材料已變態(tài)。結(jié)構構件受火災影響甚微。該區(qū)域火災時，溫度大致在80℃ ～130℃范圍內(nèi)。

2/A軸～1/B軸交⑧軸～?軸區(qū)域，火勢最大，板的粉刷層全部剝落，局部鋼筋和石子外露;梁由于過火溫度不同呈現(xiàn)粉紅色、鐵銹紅、淺黃色，且出現(xiàn)不同程度的酥松(見圖2)，嚴重部位出現(xiàn)石子和鋼筋外露現(xiàn)象;2/B軸交⑧軸～?軸的梁也出現(xiàn)上述現(xiàn)象;?軸交⑩軸柱受火災影響最為嚴重(見圖3)，粉刷層全部剝落，北側(cè)柱面從底部60 cm以上顏色由淺黃變?yōu)榛野?，有大量裂縫存在，嚴重酥松，兩側(cè)棱角呈劈裂狀。?軸交⑨軸柱和?軸交?軸柱也出現(xiàn)局部酥松情況。該區(qū)域可燃物較多，燃燒時間長，大致在30 min～45 min范圍內(nèi);混凝土過火最嚴重部位呈現(xiàn)淺黃～灰白色，混凝土酥松嚴重且敲擊聲音較悶，可以推斷混凝土局部最高溫度在600℃左右。火勢較輕部位，混凝土構件顏色呈現(xiàn)粉紅或鐵銹紅，表面溫度大概在300℃ ～500℃之間。

圖2 ⑨軸～⑩軸交軸線梁，角部被燒酥

圖3 ⑩軸交?軸柱受損情況

其他區(qū)域也存在不同程度的燒傷現(xiàn)象，但較輕微，基本情況為:粉刷層剝落，結(jié)構層完好，鋼筋和石子沒有出現(xiàn)外露現(xiàn)象。但構件個別部位出現(xiàn)酥松現(xiàn)象?；饒銎骄罡邷囟仍?00℃以下，局部構件表面最高溫度較高，大致在500℃左右。

3 結(jié)構構件的鑒定及評級

結(jié)構構件的鑒定與評級需分兩步進行，第一步是初步鑒定評級，第二步是在初步鑒定評級的基礎上，進行構件的詳細評級。

3．1 初步鑒定評級

調(diào)查所有過火房間，對柱、梁、板結(jié)構構件采用外觀目測、錘擊回聲、開槽探孔或用電鏟鏟除酥松層測量中性化深度進行現(xiàn)狀檢測，并在檢測的基礎上進行初步鑒定評級。根據(jù)CECS 252∶2009火災后建筑結(jié)構鑒定標準［4］，梁、板、柱初步鑒定評級可分為Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級。構件評為Ⅰ級，不需要進行加固;構件評為Ⅱ級或Ⅲ級時需要進行加固修復;當構件評為Ⅳ級時，需要拆除或更換。柱的初步鑒定評級:對于外層木質(zhì)材料未燒完，粉刷層尚在或被熏黑，錘擊反應聲音響亮，裂縫寬度小于0．1 mm的柱，初步鑒定評級為Ⅰ級，如?軸交⑧軸的柱;對于顏色粉紅，裂縫寬度不小于0．1 mm且不大于0．5 mm，錘擊反應聲音較悶，局部混凝土脫落或露筋的柱，初步鑒定評級為Ⅱ級，如?軸交?軸的柱;對顏色呈土黃色或灰白色，裂縫寬度大于0．5 mm，錘擊反應聲音較悶，嚴重混凝土脫落及露筋的柱，初步鑒定評級為Ⅲ級，如?軸交⑩軸的柱。

梁的初步鑒定評級:對于基本未變色或被熏黑，有輕度裂縫，錘擊反應聲音響亮，無混凝土脫落且無鋼筋外露的梁，初步鑒定評級為Ⅰ級，如?軸交⑦軸～⑧軸之間的梁;對于顏色呈粉紅，表面存在輕微裂縫網(wǎng)，錘擊反應聲音較悶，有輕微混凝土脫落及露筋現(xiàn)象的梁，初步鑒定評級為Ⅱ級，如0/A軸交⑨軸～⑩軸之間的梁;對顏色呈土黃色或灰白色，存在粗裂縫網(wǎng)，錘擊反應聲音較悶，嚴重混凝土脫落及露筋的梁，初步鑒定評級為Ⅲ級，如?軸交⑩軸 ～ ?軸之間的梁。

樓板的初步鑒定評級:對于基本未變色或被熏黑，有輕度裂縫，錘擊反應聲音響亮，無混凝土脫落且無鋼筋外露的板，評為Ⅰ級;對于顏色呈粉紅，表面存在輕微裂縫網(wǎng)，錘擊反應聲音較悶，有輕微混凝土脫落及露筋現(xiàn)象的板，評為Ⅱ級;對顏色呈土黃色或灰白色，存在粗裂縫網(wǎng)，錘擊反應聲音較悶，嚴重混凝土脫落及露筋的板，評為Ⅲ級。

3．2 詳細鑒定評級

對初步鑒定損失等級為Ⅱ，Ⅲ級的柱、梁構件進行詳細鑒定。按CECS 252∶2009火災后建筑結(jié)構鑒定標準附錄E根據(jù)結(jié)構構件的截面形式、材料熱性能、構件表面最高溫度和火災持續(xù)時間，判定各構件的火災截面溫度場，進而根據(jù)構件截面溫度場按CECS 252∶2009火災后建筑結(jié)構鑒定標準附錄F，G判定火災后混凝土和鋼筋的力學性能指標，對結(jié)構構件進行承載力計算，并根據(jù)計算結(jié)果對各構件進行承載能力評定。承載能力評定分為a，b，c，d 級，其中 b，c，d 級構件需要加固處理。

經(jīng)計算，?軸交⑩軸柱火災后承載力與作用效應的比值大于0．85且小于0．9，評定為c級;其余各構件火災后承載力與作用效應的比值均大于0．9，評定為b級。

4 加固建議及結(jié)論

本建筑物遭受火災破壞后，經(jīng)全面細致調(diào)查、測評和綜合分析，⑤軸與⑦軸之間的部分受火災影響甚微;2/A軸～1/B軸交⑧軸～?軸區(qū)域，受火災影響最為嚴重，主要表現(xiàn)為:部分梁、柱表面混凝土爆裂，鋼筋、石子外露，板的底面混凝土爆裂，鋼筋、石子外露;其他區(qū)域受災情況介于兩者之間，構件個別部位出現(xiàn)酥松。

鑒于以上情況，提出如下幾點建議:

1)對于受損最為嚴重的?軸交⑩軸柱要剔除燒損混凝土，清潔表面后用高強復合性能灌漿料進行截面修復，進行結(jié)構補強。因截面損失嚴重，在施工過程中要對周圍梁進行合理支撐。

2)對于其余評定為Ⅱ級及Ⅲ級構件，要剔除燒損混凝土，清潔表面后用高強復合性能灌漿料進行截面修復，在梁底、板底或柱側(cè)粘貼碳纖維布進行結(jié)構補強。

3)對于評定結(jié)果為Ⅰ級構件，視其具體情況可不進行處理或?qū)⑹軗p表面混凝土清除，對保護層采取有效措施進行復原，達到耐久性要求。對火災后的建筑進行安全性鑒定并合理加固后，建筑結(jié)構可繼續(xù)使用，與拆除重建相比，施工周期短且經(jīng)濟性好。但對于火災后損傷嚴重的建筑，則只能拆除重建。本文結(jié)合工程實例簡單分析了火災后鑒定及加固方法，為處理火災后建筑的鑒定及加固提供一種思路方法。

［1] GB 50153-2008，工程結(jié)構可靠性設計統(tǒng)一標準［S］．

［2] 陳 華，夏 燕．淺析混凝土結(jié)構火災后的安全性鑒定與加固［J］．四川建筑科學研究，2008(4):112-113．

［3] 曾躍飛．某廠房火災溫度的判定和火災分區(qū)［J］．重慶建筑，2007(8):36-38．

［4] CECS 252∶2009，火災后建筑結(jié)構鑒定標準［S］．