某高層住宅火災受損后的檢測鑒定與修復加固研究

李載紅

（中國建材檢驗認證集團廈門宏業(yè)有限公司，福建 廈門 361015）

近年來，隨著國家城鎮(zhèn)化建設的不斷推進，高層建筑越來越多，高層火宅事故時有發(fā)生，除了給住戶帶來較大人身財產(chǎn)損失，還對火災所在樓層和相鄰層的結(jié)構(gòu)造成不同程度的破壞。如何消除相關(guān)方對于建筑結(jié)構(gòu)安全的擔心，降低社會負面影響，成為人們普遍關(guān)注的問題。

高層住宅的火災發(fā)生具有不可預測性，也難以回避?；诖?，筆者針對采取有效措施降低火災造成的危害和損失進行研究，提出：除了提高建筑結(jié)構(gòu)防火設計標準，盡可能減少火災損失，還可以對災后建筑結(jié)構(gòu)進行準確的檢測鑒定，客觀評估建筑結(jié)構(gòu)的安全隱患，并采取有效的修復加固措施，恢復受損建筑的使用功能。

1 火災對建筑材料結(jié)構(gòu)的危害分析和評級標準

1.1 危害分析

混凝土在持續(xù)高溫作用下，其內(nèi)部將發(fā)生一系列物理、化學變化，其中的脫水變化及化合物分解反應將導致混凝土發(fā)生碳化反應。具體來說，就是混凝土遭遇高溫作用后，水泥漿體的脫水、疏松及骨料晶型的轉(zhuǎn)變、疏化，將直接導致混凝土力學性能發(fā)生退化。另外，在火災過程中，構(gòu)件內(nèi)部鋼筋經(jīng)歷了高溫—降溫冷卻的過程，其力學性能將發(fā)生變化，需要加以關(guān)注。

建筑火災的發(fā)生除了會給人們帶來生命財產(chǎn)的巨大損失，還會對建筑結(jié)構(gòu)安全造成影響?；馂漠a(chǎn)生的高溫效應會對建筑物結(jié)構(gòu)材料如鋼筋、砌體、混凝土的性能造成弱化和劣化，結(jié)構(gòu)較薄的樓板會出現(xiàn)開裂甚至坍塌。鋼筋和混凝土在高溫作用后可能誘發(fā)結(jié)構(gòu)混凝土的開裂，嚴重影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性能。同時，經(jīng)驗表明：通過準確有效地檢測鑒定，可以合理利用災后結(jié)構(gòu)材料的剩余強度，對災后建筑物采取補強加固措施，實現(xiàn)重新投入使用的目的。

1.2 鑒定評級的標準

火災后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評級，應根據(jù)構(gòu)件燒灼損傷、變形、開裂（斷裂）程度按下列標準評定損傷狀態(tài)等級[1]。

I 級：未遭受燒灼作用，未發(fā)現(xiàn)火災及高溫造成的損傷，構(gòu)件材料、性能及安全狀況未受到火災影響。

IIa級：輕微燒灼，未發(fā)現(xiàn)火災及高溫造成的損傷，構(gòu)件材料、性能及其安全狀況受火災影響不大。

IIb級：輕度燒灼，構(gòu)件材料及性能受到輕度影響，火災尚不明顯影響構(gòu)件安全。

III 級：中度燒灼，構(gòu)件材料及性能受到明顯影響，火災不明顯影響構(gòu)件安全。

IV 級：嚴重燒灼或破壞，結(jié)構(gòu)倒塌或構(gòu)件倒塌，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力完全喪失或大部分喪失，危及結(jié)構(gòu)安全。

2 工程案例概況

本文所述工程案例所在樓盤位于某市中心。該樓盤為地上49 層的高層住宅建筑，其結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，樓蓋、屋蓋均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系，于2015 年12 月竣工。

2021 年某日，該建筑19 層發(fā)生火災，起火部位為某戶次臥，而后火勢快速向其他房間蔓延成災，火災持續(xù)時間約4 h，過火面積約113 m2。

3 災后檢測鑒定

為了解本次火災對該層及相鄰層建筑結(jié)構(gòu)造成的損傷及影響程度，對其進行火災后工程結(jié)構(gòu)初步鑒定，并根據(jù)該建筑火災后的現(xiàn)場調(diào)查及對受損混凝土構(gòu)件的檢測結(jié)果，對該建筑過火區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行受損構(gòu)件的初步鑒定評級，為后續(xù)加固維護提供準確可靠的設計依據(jù)。

3.1 火作用調(diào)查與分析

3.1.1 火作用調(diào)查

火災起火部位為該戶次臥，而后火勢快速向其他房間蔓延，持續(xù)時間約為4 h?；馂脑斐稍搼舻难b修裝飾、家具家電、建筑構(gòu)件等均有不同程度煙熏和損壞，所有房間部位均有過火燃燒現(xiàn)象，過火面積約113 m2。本次火災由消防隊采用冷水噴灑方式滅火。

3.1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面溫度推斷

火災起火點處的次臥樓板、剪力墻構(gòu)件混凝土酥松，大面積剝落，且出現(xiàn)明顯開裂，錘擊聲發(fā)?。恢髋P、客廳出現(xiàn)混凝土較大范圍剝落、構(gòu)件開裂等現(xiàn)象；廚房家具家電、吊頂及混凝土構(gòu)件被熏黑燒損，部分混凝土構(gòu)件角部剝落。根據(jù)火場殘留物狀況等資料，以及各部位混凝土構(gòu)件火災后表面特征，依據(jù)《火災后工程結(jié)構(gòu)鑒定標準》 T/CECS 252-2019 規(guī)定[2]，進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件（19 層剪力墻、20層混凝土梁板）的表面溫度推定，結(jié)果為：次臥＞800℃，主臥700～800℃，客廳700～800℃，餐廳500～700℃。

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)狀檢測

3.2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件燒灼損傷狀況檢查

火災期間，火災溫度呈一定角度向上分布，因此該戶內(nèi)部各構(gòu)件表面溫度分布規(guī)律為：19 層樓面溫度最低，19 層墻次之，20 層梁底、板底、門窗洞口過梁處溫度最高，因此火災區(qū)域內(nèi)頂板通常受損最嚴重，不同火災溫度區(qū)域內(nèi)頂板的損傷程度也不一樣。根據(jù)此特點，結(jié)合殘留物燒損特征，對該戶各區(qū)域的墻、梁、板構(gòu)件進行了構(gòu)件燒灼損傷狀況檢查[3]。

3.2.2 結(jié)構(gòu)材料性能檢測、評估

3.2.2.1 混凝土強度鉆芯檢測

根據(jù)火災受損的不同程度，在該戶室內(nèi)抽取4 個剪力墻、2 根梁及2 塊樓板，采用鉆芯法對火災后構(gòu)件的砼強度進行檢測，試驗前剔除芯樣外表面15 mm 以上厚度。

根據(jù)試驗結(jié)果，本次所取8 個混凝土芯樣的抗壓強度換算值在39.6～59.6 MPa，剔除表面損傷層后的抗壓強度仍可滿足對應構(gòu)件部位設計值要求。

3.2.2.2 鋼筋力學性能檢測

現(xiàn)場勘測結(jié)果顯示，部分樓板板底混凝土有較大面積脫落、鋼筋外露。在現(xiàn)場抽取1 組4 根鋼筋，進行鋼筋力學性能試驗，檢測結(jié)果為：屈服強度339 MPa、抗拉強度461～468 MPa、斷后伸長率40.5%～41%，彎曲性能合格，試驗檢測結(jié)果符合該建筑設計時HPB235 鋼筋性能要求。

3.2.3 混凝土性能受影響層厚度檢測

根據(jù)相關(guān)研究資料，結(jié)合規(guī)范規(guī)定，可采用碳化深度測試的方法來進行火災后混凝土性能受影響層厚度的檢測。現(xiàn)場鉆取部分代表性混凝土芯樣，對中破開后檢測其碳化深度平均值，作為芯樣所在部位混凝土性能受影響層厚度的判定值：20 層梁（F，3～4）構(gòu)件混凝土性能受影響層厚度的判定值取為10.4 mm，20 層梁（D，4～5）構(gòu)件混凝土性能受影響層厚度判定值取為10.2 mm，二者均未超過梁構(gòu)件設計保護層厚度。

3.2.4 火災后受影響層抗壓強度和鋼筋強度的折減系數(shù)

依據(jù)《火災后工程結(jié)構(gòu)鑒定標準》 T/CECS 252-2019 規(guī)定[2]，結(jié)合前述構(gòu)件表面最高溫度推斷結(jié)果，對該戶各部位混凝土受影響層抗壓強度折減系數(shù)進行推定，并對該戶各部位混凝土構(gòu)件鋼筋高溫冷卻后屈服強度進行評估，給出相應強度折減系數(shù)，供后續(xù)加固設計參考，見表1。

表1 混凝土受影響層抗壓強度和鋼筋強度的折減系數(shù)

3.3 檢測鑒定結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場檢查及統(tǒng)計分析結(jié)果，該戶過火區(qū)域范圍內(nèi)共計包含18 根梁、9 塊板、7 段剪力墻，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損初步鑒定結(jié)果如下。

初步鑒定評為IIa級的構(gòu)件為：20 層梁（1/D，1～1/1）（4，1/C～D）；20 層板（1～1/1，D～1/D），對該類構(gòu)件，可不采取措施或僅采取提高耐久性的措施。

初步鑒定評為IIb級的構(gòu)件為：20 層梁（0/1，C～D）（C，1～2），對該類構(gòu)件，應根據(jù)受損程度采取提高耐久性或局部處理和外觀修復措施。

其余混凝土構(gòu)件的初步鑒定評級均為III 級、IV級，對該類構(gòu)件，應根據(jù)受損程度采取相應加固措施。對于20 層板(4～5，E～F），其初步鑒定評級為IV級，建議拆除該塊樓板后重新澆筑。

4 火災鑒定后的修復加固

4.1 優(yōu)選修復加固方法

高層建筑火災后的補強加固方法主要有加大截面加固法、外部粘貼鋼板加固法、粘貼纖維增強復合材料加固法等[4]，見表2。不管運用哪種方法，都應結(jié)合火災后結(jié)構(gòu)的實際受損情況，注重現(xiàn)場使用的有效性，必要時可以組合使用不同的加固設計方案。

表2 高層建筑火災后的補強加固方法及其優(yōu)缺點

4.2 合理確定修復加固方案

為確保補強加固的效果，應委托具有相應資質(zhì)的設計單位與施工單位對該戶過火區(qū)域范圍內(nèi)的受損構(gòu)件進行處理，根據(jù)構(gòu)件初步鑒定評級結(jié)果，分別實施相應的修復加固措施。

4.2.1 梁結(jié)構(gòu)的修復加固

本項目梁結(jié)構(gòu)鑒定評級結(jié)果、對應的構(gòu)件部位及修復加固方案見表3。

表3 梁結(jié)構(gòu)的修復加固方案

4.2.2 板、墻結(jié)構(gòu)修復加固方案

本項目板、墻結(jié)構(gòu)鑒定評級結(jié)果、對應的構(gòu)件部位及修復方案見表4。

表4 板、墻結(jié)構(gòu)的修復加固方案

4.3 火災后修復加固效果評價

該高層住宅建筑遭受火災后，相應的受損構(gòu)件綜合采用上述修復加固方案進行處理。

完成現(xiàn)場施工作業(yè)后，各項指標經(jīng)檢測均能滿足設計要求，達到了預期的處理效果。受災建筑樓層按期恢復使用，降低了社會負面影響，各相關(guān)方評價良好。

5 結(jié)束語

房屋建筑在遭受火災后，應及時開展相應的調(diào)查和檢測鑒定工作，以了解火災對建筑結(jié)構(gòu)造成的損傷及影響程度，給出明確的鑒定結(jié)論和處理建議，為后續(xù)修復加固提供可靠的設計依據(jù)。準確有效地檢測鑒定有利于編制因地制宜、科學合理的修復加固方案；同時，嚴格執(zhí)行和落實修復加固方案，可讓遭受火災導致?lián)p壞的建筑有效恢復正常使用功能，盡快重新投入使用。

提高結(jié)構(gòu)防火設計的等級標準，加強材料耐火性能檢測，對降低住宅建筑特別是高層建筑的火災受損風險而言至關(guān)重要。選用耐火等級高的施工和裝修材料，有助于延緩火災的發(fā)展速度，減輕對建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度，將事故影響降到最低。