某大劇院火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性鑒定

羅美芳，呂偉榮，戚菁菁，藍(lán)聲寧

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湘潭 411201)

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某大劇院火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性鑒定

羅美芳，呂偉榮，戚菁菁，藍(lán)聲寧

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湘潭 411201)

由大跨度鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架組成的大劇院建筑，過(guò)火后不同結(jié)構(gòu)部分損毀情況大不相同.介紹了某大劇院遭受火災(zāi)后，結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的檢測(cè)和鑒定.通過(guò)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳盡的調(diào)查后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)損毀及構(gòu)件表觀情況溫度調(diào)查，結(jié)合《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[1](CECS 252-2009)進(jìn)行了不同區(qū)域結(jié)構(gòu)受熱溫度的判斷及劃分；根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[1]和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)不同溫度區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土、鋼筋材料的強(qiáng)度進(jìn)行折減，運(yùn)用PKPM軟件對(duì)火災(zāi)區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行了承載力分析和安全性鑒定，并提出了該結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的處理建議.

火災(zāi)；受熱溫度；檢測(cè)；安全性鑒定

0 引 言

近年來(lái)，大跨度鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架的混合結(jié)構(gòu)如劇院、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等的數(shù)量不斷增多，而且多數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜、單層面積巨大，而上述場(chǎng)所又多屬于人員密集或者可燃物質(zhì)多、貨物囤積的場(chǎng)所，這些都增加了火災(zāi)發(fā)生的幾率.雖然鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)性能好、施工快、自重輕、非燃材料等優(yōu)點(diǎn)，但其本質(zhì)耐火性差，一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)在高溫下，其力學(xué)性能大幅下降，容易倒塌，損失嚴(yán)重.相比鋼結(jié)構(gòu)部分，組合結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分過(guò)火后，承載損失相對(duì)較小.

建筑結(jié)構(gòu)抗火性能研究是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此展開(kāi)大量試驗(yàn)研究和理論分析，并取得了豐碩的成果，李國(guó)強(qiáng)等總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)計(jì)算方法[2]，余志武等分析了我國(guó)現(xiàn)有防火設(shè)計(jì)規(guī)范的特點(diǎn)以及工程應(yīng)用情況,指出了現(xiàn)有研究的不足[3]，韓林海等也從抗火設(shè)計(jì)方法、耐火性能和防護(hù)保護(hù)措施等方面介紹了鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的原理[4].

但鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火性能在試驗(yàn)研究中, 構(gòu)件試驗(yàn)較多, 對(duì)節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)體系試驗(yàn)較少在試驗(yàn)方法上缺乏統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn), 使得試驗(yàn)結(jié)果難以比較.而且國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有高溫下和高溫后有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究也集中在單個(gè)構(gòu)件上，有關(guān)整體的研究成果很少，結(jié)構(gòu)災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估、整體結(jié)構(gòu)數(shù)值火災(zāi)試驗(yàn)方法、基于結(jié)構(gòu)性能的抗火設(shè)計(jì)方法都需深入研究.

1 工程概況

湖南省某大劇院于2003年元月開(kāi)工，2003年12月建成開(kāi)業(yè).總建筑面積為13220 m2(包括半地下層4872 m2)，為一類(lèi)建筑，耐火等級(jí)為一級(jí).該建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，非抗震設(shè)防；外圍護(hù)墻體為240 mm厚的普通粘土磚砌體，采用C30的灌注樁基礎(chǔ).

2007年5月16日凌晨3時(shí)45分大劇院發(fā)生火災(zāi)，消防支隊(duì)經(jīng)過(guò)半個(gè)多小時(shí)的緊張撲救，大火于4時(shí)50分被徹底撲滅.在本次火災(zāi)中，該建筑一樓觀眾大廳過(guò)火面積達(dá)900 m2以上，大廳的1000多個(gè)觀眾座位及音響、燈光等所有設(shè)施均被燒毀.其鋼架結(jié)構(gòu)的頂棚也被燒得嚴(yán)重變形，絕大部分坍塌損毀.本次著火區(qū)域以及煙氣彌漫區(qū)域?yàn)檩S8～16/B～J軸.火災(zāi)影響區(qū)域見(jiàn)圖1.

圖1 火災(zāi)影響區(qū)域示意圖(陰影部分)

2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘及結(jié)構(gòu)受熱溫度分析

(1)火災(zāi)后殘留物質(zhì)狀態(tài)：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，整個(gè)過(guò)火區(qū)域包裝材料全部燃燒，粉刷層大面積脫落，一樓大廳的觀眾座位及音響、燈光等所有設(shè)施均被燒毀；二樓貴賓間陽(yáng)臺(tái)裝飾及吊頂大部分燒毀，其鋼架結(jié)構(gòu)的頂棚被燒得嚴(yán)重變形，大部分發(fā)生坍塌，頂部外隔墻部分倒塌砸到一層觀眾廳樓板上；前廳及舞臺(tái)區(qū)域及其上空為臨近過(guò)火區(qū)域，主要受到濃煙熏黑.鋼結(jié)構(gòu)屋架燒毀殘留照片見(jiàn)圖2.

圖2 鋼結(jié)構(gòu)屋架燒毀殘留照片

圖3 樓板保護(hù)層脫落鋼筋露出

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損情況：如圖3、圖4所示，該劇院的大火主要集中在一樓觀眾廳、控制室、票務(wù)室、寄存室以及二樓四周的貴賓室，其中大部分樓板板底鋼筋裸露現(xiàn)象嚴(yán)重、粉刷層和混凝土脫落，墻體垮塌、爆裂、大幅變形、砂漿大面積脫落，其中以二樓的貴賓室受火最為嚴(yán)重：墻體砂漿粉飾層變形垮塌、頂板混凝土爆裂剝以及露筋隨處可見(jiàn).過(guò)火區(qū)域大部分混凝土梁、柱砂漿大面積脫落，部分柱、梁的混凝土脫落，極個(gè)別柱、梁鋼筋外露.煙熏區(qū)域梁、柱、板粉刷層熏黑.過(guò)火區(qū)域大部分二層貴賓間陽(yáng)臺(tái)底板和二層貴賓間陽(yáng)臺(tái)弧梁錘擊聲音較響或較悶，混凝土表面留下較明顯痕跡或局部混凝土酥碎，部分頂層貴賓間陽(yáng)臺(tái)底板錘擊聲音發(fā)悶，混凝土粉碎或塌落.火災(zāi)區(qū)域部分一層柱子大部分被煙熏成黑色，錘擊聲音響亮，混凝土表面不留下痕跡；二層柱子絕大部分有較厚的砂漿層(除了梁底附近區(qū)域以及個(gè)別部分暴露外)，火災(zāi)對(duì)其影響較小.

(3)火災(zāi)區(qū)域結(jié)構(gòu)受熱溫度區(qū)劃：如圖4所示，據(jù)踏勘結(jié)果和結(jié)合《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 252-2009)[1]判定頂層貴賓間陽(yáng)臺(tái)底板附近表面溫度一般在600～700 ℃左右；頂層貴賓間陽(yáng)臺(tái)底板附近表面溫度接近500～600 ℃；一層墻體和柱過(guò)火溫度一般在200～400 ℃；其他煙熏區(qū)域構(gòu)件表面溫度一般在200 ℃以下.根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS252:2009)[1]“附錄 B 混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系”判斷火災(zāi)最高溫度，二層9-11～D-F軸板及頂層(三層)混凝土板溫度最高約為600～700 ℃，具體火災(zāi)溫度分區(qū)詳見(jiàn)圖4.

說(shuō)明：1區(qū)溫度：600～700 ℃；2區(qū)溫度：500～600 ℃；3區(qū)溫度：200～400 ℃；4區(qū)溫度：200 ℃以下；

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

3.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

采用回彈法[5]、超聲回彈綜合法[6]和鉆芯法[7]對(duì)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果[8]詳見(jiàn)表1.

表1 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

說(shuō)明：對(duì)于存在損傷的部位，采用回彈法或超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度作為參考數(shù)據(jù)，具體強(qiáng)度以芯樣強(qiáng)度為準(zhǔn).

3.2 材料性能折減

根據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS252:2009)[1]和圖4所列的溫度區(qū)劃，分別對(duì)混凝土和鋼筋的強(qiáng)度進(jìn)行了折減；折減系數(shù)詳見(jiàn)表2.

表2 材料性能折減系數(shù)

3.3 其他結(jié)構(gòu)外觀檢查

由于頂部外隔墻部分倒塌砸到一層觀眾廳樓板上，并長(zhǎng)期堆積，因此，有必要對(duì)觀眾廳一樓的梁、板進(jìn)行外觀檢查，經(jīng)過(guò)對(duì)一層觀眾廳樓板及梁的詳細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)有明顯變形和裂縫，特別注意對(duì)被坍塌墻體砸中(堆載最大區(qū)域)區(qū)域附近地下室頂板情況(無(wú)肉眼可見(jiàn)的裂縫，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象).對(duì)頂部墻體以及未坍塌的屋蓋，出現(xiàn)傾斜和嚴(yán)重變形，存在安全隱患，應(yīng)防止坍塌以及高空落物.

4 結(jié)構(gòu)剩余承載力分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示，該建筑只有局部火燒比較嚴(yán)重，其它部分影響很小，甚至不受影響；同時(shí)考慮到該建筑設(shè)有溫度伸縮縫.為此，本次校核將綜合考慮建筑物過(guò)火區(qū)域和溫度伸縮縫的位置，對(duì)⑧～交○B(yǎng)～(詳見(jiàn)圖1)的框架梁、板、柱(受力情況發(fā)生變化)進(jìn)行PKPM結(jié)構(gòu)建模分析，如圖5所示，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的材料檢測(cè)強(qiáng)度值對(duì)各構(gòu)件的安全性能進(jìn)行評(píng)定.

圖5 樓層組裝3D模型

4.1 火災(zāi)區(qū)域承載力校核

4.1.1 框架柱承載力校核

根據(jù)表2的材料折減強(qiáng)度，結(jié)合PKPM計(jì)算結(jié)果，對(duì)柱的配筋面積和軸壓比進(jìn)行承載能力校核，如表3所示.

表3 柱承載力驗(yàn)算

由表3結(jié)可知柱的軸壓比均小于1.0，其計(jì)算配筋均小于折減后實(shí)配鋼筋的面積，故柱在受火后其承載力滿(mǎn)足規(guī)范要求[6].

4.1.2 框架梁承載力校核

表4 梁承載力驗(yàn)算

由表4可知梁的理論計(jì)算配筋均小于折減后的實(shí)配鋼筋值，故梁在火災(zāi)后其承載力滿(mǎn)足規(guī)范要求[6].

4.1.3 板承載力校核

表5為板承載力驗(yàn)算表.由現(xiàn)場(chǎng)踏勘的計(jì)算結(jié)果可知，樓板由于受火災(zāi)影響大，其承載力已不滿(mǎn)足規(guī)范要求[4]，建議進(jìn)行加固處理.

表5 板承載力驗(yàn)算

4.1.4 觀眾大廳梁板承載力情況分析

觀眾大廳地下室頂板在大火過(guò)后存在堆載堆載現(xiàn)象，堆載的最大厚度達(dá)到60 cm，但考慮到頂板的平均堆載厚度較小，堆載鐵屑磚石松散，其荷載值均遠(yuǎn)小于3.5 kN/m2的設(shè)計(jì)荷載要求；且堆載最大處的地下室頂板區(qū)域未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)裂縫和漏水現(xiàn)象，可見(jiàn)地下室頂板的承載力滿(mǎn)足要求[9].

5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[10]要求，火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)級(jí)分為初步鑒定評(píng)級(jí)和詳細(xì)鑒定評(píng)級(jí).

5.1 初步鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)表1的檢測(cè)結(jié)果以及結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變形，按照《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[7]分別將混凝土樓板、框架梁和柱評(píng)為III、IIb和IIb級(jí).

5.2 詳細(xì)鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)實(shí)際火災(zāi)區(qū)域的承載力復(fù)核計(jì)算結(jié)果，全部火災(zāi)區(qū)域框架柱的計(jì)算軸壓比和承載力驗(yàn)算均能達(dá)到安全要求，構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為b級(jí).火災(zāi)區(qū)域框架梁的承載力驗(yàn)算均大部分滿(mǎn)足安全要求，構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為b級(jí).但個(gè)別框架梁(二層G-H～9-10軸弧梁；F-G～14-15軸弧梁)不能滿(mǎn)足安全要求，構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為d級(jí).火災(zāi)區(qū)域樓板(主要為VIP包間的底板和頂板)二層C-D～11-13軸板承載力驗(yàn)算滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，評(píng)為b級(jí)，其余均不能滿(mǎn)足安全要求，其余構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為d級(jí).火災(zāi)區(qū)域的看臺(tái)底板，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，其局部堆載均未能大于設(shè)計(jì)活荷載3.5 kN/m2的要求；且相應(yīng)的承重框架梁和板均未見(jiàn)明顯裂縫，表現(xiàn)良好，可繼續(xù)使用.

6 處理意見(jiàn)及建議

(1)此次火災(zāi)過(guò)程中，火焰燃燒區(qū)產(chǎn)生的高溫對(duì)鋼結(jié)構(gòu)屋架影響最大，基本上全部損毀；對(duì)鋼筋混凝土樓板的保護(hù)層混凝土和鋼筋的影響最為顯著.

經(jīng)材料強(qiáng)度折減后，全部火災(zāi)區(qū)域框架柱的計(jì)算軸壓比和承載力驗(yàn)算均能達(dá)到安全要求，構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為b級(jí)，建議稍加修復(fù)后使用.

經(jīng)材料強(qiáng)度折減后，火災(zāi)區(qū)域框架梁的承載力驗(yàn)算均大部分滿(mǎn)足安全要求，構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為b級(jí)，建議稍加修復(fù)后使用.但個(gè)別框架梁(二層G-H～9-10軸弧梁；F-G～14-15軸弧梁)不能滿(mǎn)足安全要求，構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為d級(jí)，需進(jìn)行拆除.

經(jīng)材料強(qiáng)度折減后，火災(zāi)區(qū)域樓板(主要為VIP包間的底板和頂板)二層C-D～11-13軸板承載力驗(yàn)算滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，評(píng)為b級(jí)，其余均不能滿(mǎn)足安全要求，其余構(gòu)件評(píng)定等級(jí)為d級(jí)，需進(jìn)行拆除.

火災(zāi)區(qū)域的看臺(tái)底板，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，其局部堆載均未能大于設(shè)計(jì)活荷載3.5 kN/m2的要求；且相應(yīng)的承重框架梁和板均未見(jiàn)明顯裂縫，表現(xiàn)良好，可繼續(xù)使用.

7 結(jié) 論

本文以某大劇院為例，提出了火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和結(jié)構(gòu)鑒定的程序?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)勘探-結(jié)構(gòu)受熱溫度分析、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果、結(jié)構(gòu)剩余承載力分析、構(gòu)件鑒定評(píng)級(jí)，并給出了合理、經(jīng)濟(jì)的加固措施.科學(xué)合理的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和結(jié)構(gòu)鑒定不僅能夠準(zhǔn)確的掌握結(jié)構(gòu)的受損情況，提出可靠地結(jié)構(gòu)加固措施，還能為建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提高抗火設(shè)計(jì)方法.

[1] CECS252:2009 火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2] 李國(guó)強(qiáng)，韓林海，婁國(guó)彪，等． 鋼結(jié)構(gòu)及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)[M]． 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2006.

[3] 余志武，丁發(fā)興，等．鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火性能研究與應(yīng)用[J]．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010.

[4] 韓林海，宋天詣． 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)原理[M]． 北京: 科學(xué)出版社， 2012.

[5] JGJ/T 23-2011 回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[6] CECS02:2005 超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

[7] CECS03:2007 鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[8] GB/T50344-2004 建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[9] GB-50204-2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[10] DBJ08-219-96 火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].上海：上海市建筑科學(xué)研究院，1996.

LUO Mei-fang,Lǘ Wei-rong,QI Jing-jing,LAN Sheng-ning

(College of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology , Xiangtan 411201, China)

Structure Safety Assessment of a Grand Theatre After Fire

Theatre buildings ,formed by large span steel structure and reinforced concrete frame,show different damages in different structural parts after fire.The paper introduces structure detection and identification of residual strength of a grand theater after fire, .According to the fire damage and its apparent temperature survey of components and based on the appraisal standard of building structure after fire (CECS 252-2009)[2], the judgment and classification of heating temperature to the structure of different regions are made.According to the appraisal standard of building structure after fire[2]and field test results, the reduction to the strength of the concrete and reinforcing steel of the structure of different temperature regions is made. The bearing capacity of structure of the fire area is analyzed and the security appraisal by using PKPM software structure is done.The treatment recommendations are proposed.

fire disaster;heating temperature; detection; security appraisal

2014-09-02

湖南省自然科學(xué)基金委員會(huì)與湘潭市政府自然科學(xué)聯(lián)合基金資助(14JJ5012).

羅美芳(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)抗震.

TU378

A

1671-119X(2015)01-0080-06