淺談過火建筑構(gòu)件分析 檢測與驗(yàn)算

梁泉恩 袁君

摘要：建筑火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和耐火性能造成破壞，帶來重大隱患，也對(duì)過火建筑受損構(gòu)件分析、檢測、結(jié)構(gòu)安全鑒定以及加固修復(fù)、耐火處理提出難題，具有較大實(shí)踐意義。本文主要說明如何正確分析、判定和檢測，在一定程度上決定著過火建筑受損構(gòu)件的加固、修復(fù)效果。

關(guān)鍵詞：受損構(gòu)件;判定火場溫度;受損等級(jí);混凝土強(qiáng)度檢測;鋼筋性能檢測;剩余承載力計(jì)算

火災(zāi)對(duì)建筑物造成的損傷具有不確定性的特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)相關(guān)國家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況，如何正確分析構(gòu)件過火程度、判定受損情況，檢測構(gòu)件強(qiáng)度，這既是過火建筑查勘實(shí)施難點(diǎn)，也對(duì)受損建筑構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的加固和耐火技術(shù)處理起著導(dǎo)向性作用。

1 判定火場溫度

因混凝土構(gòu)件在火災(zāi)中承受的溫度復(fù)雜多變，混凝土材料承載能力下降。當(dāng)溫度大于350℃以后，抗壓強(qiáng)度明顯下降，破壞形態(tài)顯著變化，出現(xiàn)上下兩端的裂縫和邊角缺損，并隨升溫而漸趨嚴(yán)重;當(dāng)溫度達(dá)到900℃時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎不到常溫下的10%。故需先確定火場溫度。

1.1 火災(zāi)荷載法和ISO834曲線法

采取現(xiàn)場調(diào)研和事后估算的方法，先用火災(zāi)荷載計(jì)算法求得火災(zāi)燃燒持續(xù)時(shí)間后，再按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推定火場溫度的標(biāo)準(zhǔn)溫度與時(shí)間的ISO834曲線公式——即，估算過火一定時(shí)間后某時(shí)刻火場最高溫度，由于火場溫度往往要略高于混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件表面的溫度，故做參考。

1.2 觀察、對(duì)標(biāo)、直觀判定火場溫度

依據(jù)《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》CECS252-2009附錄B-1混凝土表面顏色、裂損剝落、錘擊反應(yīng)與溫度的關(guān)系，直接判定過火建筑的火場溫度，以某一過火框剪結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)場為例，分析如下表所示：

2 判定構(gòu)件受損等級(jí)

整體過火建筑結(jié)構(gòu)鑒定和檢測參考對(duì)標(biāo)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-2014），將各類構(gòu)件外觀檢查結(jié)果和初步判定的火場溫度，對(duì)標(biāo)判定構(gòu)件受損等級(jí)，由輕至重可分為IIa級(jí)、IIb級(jí)、III級(jí)、IV級(jí)。

3 受損構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測

在火災(zāi)異常高溫作用下，會(huì)造成混凝土嚴(yán)重?fù)p傷，大幅降低混凝土的抗壓、抗拉、粘結(jié)強(qiáng)度等承載力指標(biāo)。因消防水驟冷處理作用，造成混凝土強(qiáng)度比自然冷卻的要降低約30%～35%。故要對(duì)火災(zāi)后構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測。

建筑結(jié)構(gòu)檢測方法參照國標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50344-2004）。

一是使用相對(duì)精確的鉆芯法對(duì)構(gòu)件表層混凝土強(qiáng)度檢測。

參照地方標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ08-219-1996），采用鉆取高徑比小于1.0的芯樣，分別按0.95和1.15面積折算系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)試塊15×15×15cm3計(jì)算抗壓強(qiáng)度，抽檢過火建筑損傷評(píng)定等級(jí)IIb級(jí)和III級(jí)的構(gòu)件的表層混凝土抗壓強(qiáng)度。

二是為提高檢測準(zhǔn)確性，使用鉆芯法對(duì)構(gòu)件內(nèi)部混凝土強(qiáng)度檢測。

按照《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03-2007），鉆取高徑比約等于1.0的芯樣檢測過火建筑IIb和III級(jí)構(gòu)件及其相鄰構(gòu)件內(nèi)部一定深度范圍的混凝土抗壓強(qiáng)度。

4 鋼筋力學(xué)及工藝性能檢測

鋼筋的力學(xué)性能主要是強(qiáng)度和剛度。當(dāng)溫度升高時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨之降低，但在不同的溫度范圍內(nèi)，強(qiáng)度降低的幅度、方式、變化有所差別。

針對(duì)混凝土保護(hù)層脫落，對(duì)過火建筑露筋構(gòu)件，截取至少一組相應(yīng)規(guī)格和數(shù)量的鋼筋，按照國標(biāo)進(jìn)行取樣、加工和抗拉試驗(yàn)和冷彎實(shí)驗(yàn)等性能試驗(yàn)，得出鋼筋強(qiáng)度，判斷其力學(xué)性能。

5 構(gòu)件剩余承載力計(jì)算

由于火災(zāi)后建筑構(gòu)件受損鑒定的復(fù)雜性，為了提高準(zhǔn)確性，減少單一從鋼筋混凝土材料的強(qiáng)度檢測結(jié)果來判斷和確定構(gòu)件強(qiáng)度和復(fù)核構(gòu)件的承載力的偏差，混凝土受損構(gòu)件的承載力鑒定應(yīng)根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場材料強(qiáng)度檢測結(jié)果和火場溫度值，用受損構(gòu)件的剩余承載力計(jì)算結(jié)果來判斷和確定。實(shí)踐中需對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測達(dá)不到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度的構(gòu)件進(jìn)行剩余承載力計(jì)算。

由于火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的剩余承載力的計(jì)算原理與火災(zāi)前原鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力（抗壓、正截面抗彎、斜截面抗剪）計(jì)算相同，不同之處在于火災(zāi)后混凝土各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)值降低和構(gòu)件截面縮小。故以降低和縮小后的各項(xiàng)數(shù)值代入《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010（以下簡稱“《混規(guī)》”）中的公式，計(jì)算得到火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的剩余承載力。

按照《混規(guī)》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。以某過火建筑受損梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取其檢測的最低強(qiáng)度值26.7N/mm2為例，即取C25。經(jīng)現(xiàn)場查勘，該過火建筑的梁受損區(qū)域主要集中在梁的截面受拉區(qū)，抗彎驗(yàn)算時(shí)仍按照原結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行驗(yàn)算，并僅需進(jìn)行抗彎驗(yàn)算，計(jì)算過程如下：

火災(zāi)前，按照原設(shè)計(jì)為筋矩形截面梁，L=600mm，b×h=180mm×400mm，原混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)C30，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fc=14.3N/mm2，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft=1.43N/mm2，該梁使用的主筋216、箍筋及間距8@100/200（2），鋼筋截面積AS=1608mm2，縱向受拉鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。實(shí)測混凝土等級(jí)C25，，，，，箍筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fyv=270N/mm2。

該梁屬于雙筋矩形截面，梁截面受彎的實(shí)際截面積，有效高度h0=400-45=355mm，燒灼減小寬度as=30mm，抗彎承載力計(jì)算如下：

5.1 火災(zāi)前，由力的平衡得出受壓區(qū)高度：

按照《混規(guī)》第6.2.7條規(guī)定相對(duì)界限受壓區(qū)高度主要和選用的鋼筋有關(guān)， HRB400級(jí)取0.518。

5.3 抗彎能力損失：

同理可計(jì)算得出其他梁等受損構(gòu)件的抗彎能力損失。

抗彎能力損失大于5%，說明跨中正截面抗彎強(qiáng)度損失較大，故不需進(jìn)一步的抗剪承載力計(jì)算，必須進(jìn)行加固處理。若計(jì)算出其他梁抗彎承載力損失小于5%，此時(shí)需進(jìn)一步計(jì)算梁的抗剪承載力，若抗剪承載力損失大于5%，也必須進(jìn)行加固處理。按照《混規(guī)》之“構(gòu)件承載能力偏小于設(shè)計(jì)值5%以上”規(guī)定，凡是達(dá)不到要求的構(gòu)件，必須采取相應(yīng)的加固措施。故該過火建筑結(jié)構(gòu)需對(duì)受損構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)和加固處理。

6 結(jié)語

針對(duì)過火建筑受損構(gòu)件，對(duì)標(biāo)一系列國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐步分析、判定受損建筑構(gòu)件的嚴(yán)重等級(jí)，針對(duì)受損的建筑構(gòu)件，科學(xué)分析、檢測、驗(yàn)算，本文所提供的分析步驟、判定應(yīng)用、檢測方法、驗(yàn)算驗(yàn)證，提供了一些實(shí)踐參考。

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