1、2007年第9期 煤炭工程某大厦火灾后的受损鉴定与修复加固设计杨晓光，张晓丹，郝永池(河北工业职业技术学院，河北石家庄050091)摘要：以某大厦火灾为例，介绍了火灾现场调查内容厦检测结果。根据检测结果对该工程受损结构构件进行损伤度承栽力可靠性鉴定，提出了修复加固原则，并进行了加固方案设计，可为日后的建筑火灾工程研究和加固设计提供借鉴。关键词：火灾；钢筋混凝土框架；检测；损伤等级；加固中图分类号：Tu3754 文献标识码：B 文章编号：167l一0959(2007)09枷3lJ041概况某综合性商贸大厦建于1987年，为钢筋混凝土框架结构。总建筑面积8600m2。该建筑为三个功能分区，体型不规
2、则(见图1)。A区为4层；B区为局部6层；c区是平面六边形的4层建筑，且顶层中央为球节点空问网架结构。大厦一至三层作为营业厅，四层为批发、展销或办公用房，局部五至六层为办公用房。田l某大厦标准层结构平面布置及分区示意图火灾当天关门停业后，晚21时大火由大厦西部(c区)北侧二楼燃起，并迅速向西部三楼及B区和A区蔓延。由于水源不足，灭火历时十多个小时，直接受火面积达85。该大厦B区和c区二至四层货架上摆放的易燃物品和可燃物品全部烧毁。大部分铝台金窗框被烧熔断，玻璃软化卷曲；角钢货架严重扭曲；吊顶的石膏板烧成粉末脱落，收稿日期：2007一05一作者简介：杨晓光(1967一)女，湖南常德人，国家一级注
3、册结构工程师，硕士，副教授，现从事教学科研工作。3l万方数据煤炭工程 2007年第9期轻钢龙骨严重扭曲；B区和c区部分梁、柱混凝土大范围爆裂、露筋；c区屋顶球节点尉架起火后因变形较大而整个倒塌，最后全部砸落在三层的楼板上。火灾造成直接经济损失400多万元，所幸现场无人员伤亡。2火灾现场检测火灾后，相关检测部门和设计单位对该大厦的结构受损情况进行了现场检测，检测范围包括：对所有受火区域逐个构件进行外观检测，根据初步检测状况按火灾严重程度划分区域再分区选择典型受损构件进行抽样强度检测或试验。21外观检测火灾直接受火区域所有的混凝土承重构件逐个进行了外观检测，主要内容有：观察受不同温度后混凝土表面颜
4、色的变化；用小锤锤击构件表面辨别损伤混凝土的声音；测量混凝土剥落面积及烧伤深度；检测构件表面产生裂缝的宽度、走向及长度；测量构件垂直和侧向变形等等。22强度检测混凝土构件采用超声波法检测烧伤程度，用钻芯取样法测试其残余强度；钢筋采用取样进行标准试验，以检验火灾后钢筋的力学性能变化。1)超声波检测结果；超声检测汇总见表l。2)钻芯取样检测结果：混凝土芯样抗压强度检测结果见表2。表l超声检测汇总表(不同部位构件烧损情况蓬 平均声速叫_15 10 15 20 25 30 35 测点数n所测构件数量A二LB三LB四LC三LC四LA二Z三Z3930 40533174 33153333 376722972
5、699 3捌3964361438593117 32393366 3524 堋4070B四Z 42313976377538163694“157撕卯撕12146l618141211237B二L1620B三L四一18距16柱2 9m处距18柱3 4m处芯样较完整芯样取出即四分五裂 取不出完整芯样B二z13 距楼板223m处 182 芯样有明显裂缝：柱面有空鼓声c四z14 距楼面0 7m左右 140 芯样显徽黄，似有微红；有裂缝c三Ll7 距7柱15m处 172 芯样混凝土不密实c四髓6 距梁芯样处04m 338 芯样上部完整，下部石子过大 因石子粒径偏大，芯样强度偏高注：柱均水平钻取；板均垂直钻取；
6、粱：A、B区水平钻取，c区垂直钻取。3)钢筋力学性能检测结果：粱、板、柱内钢筋的取样部位为构件烧伤外露的钢筋或构件受损严重处截取标准试件。检测结果表明，受火后钢筋强度较施工检测时稍有所降低，并且进一步验证得出：钢筋受高温作用后冷却到常温时，强度有较大幅度恢复，火灾对混凝土结构常用的I、级钢筋的强度影响不大，其各项物理、力学性能指标均能满足工程要求。3检测结果分析及鉴定结论31火灾温度的判定火灾温度和持续时问是直接影响火灾后建筑结构承载力的重要因素，因此对受损建筑物火灾温度的判定是十分32重要的。火灾温度与火灾现场堆放的可燃物种类、数量、火灾蔓延的火向等均有关系。依据有关文献资料，火灾温度可由火
7、灾持续时间、火灾现场残留物的烧损特征、受损混凝土结构的外观特征及混凝土结构烧损层厚度等多种方祛进行综合判定。本工程由外观检查及火灾现场残留物的烧损特征(如铝合金窗框变形、玻璃软化或熔化)等可推测火灾最高温度在800左右。32结构构件损伤程度综合簦定从整体上看，火灾造成该大楼各分区的损伤程度不一样，B、c区的三、四层楼损伤是为严重，区次之，一层受火较轻。火灾对各类钢筋混凝土构件的损伤情况也是各不相同的，其损伤部位主要与火源、可燃物及构件的受火万方数据2007年第9期 煤炭工程面有关。从调查结果进一步分析如下：1)框架梁：火灾时。钢筋混凝土粱一般都是处于三面受火状态，而且均是粱底部(受拉区)直接受
8、火。遭受火灾后，往往沿梁的主筋方向出现纵向裂缝及跨中出现横断裂缝。从外观特征看，粱的受损程度比柱子要严重些。2)框架柱：根据其受火灾时的特点有单面受火(外墙柱)、两侧受火(角柱)及三面、四面受火等多种状态，一般情况下是柱的中上部受损严重。3)楼板：在火灾中楼板处于最不利的位置，一般在515nlirI内板底的表面温度可从20上升到6。由于板底的混凝土表面温度急剧上升，而板的保护层一般为15mm，比粱的保护层厚度更少，因此对板下部受力钢筋保护作用较差。当火焰上升时热气流要绕过梁角而集中到板跨的中部，形成灼热点。一般情况下楼板的破坏比粱、柱更为严重，表面更易爆裂。按照文献5给出的混凝土构件火灾受损程
9、度的评定标准，并结合本工程的现场检测结果，将结构构件的损伤程度划分为轻度受损构件、中度受损构件、严重受损构件厦危险构件四个等级。本工程结构构件火灾受损程度的鉴定标准见表3。表3混凝土构件火灾损伤程度的综合鉴定结果4修复加固总体方案钢筋混凝土结构的加固方法很多，但应根据各种结构形式的特点及火灾受损程度，园地制宜地采用不同的修复与加固方法。通过对现场检测与鉴定资料加以分析和研究，并经过各相关专业技术组专家综台论证，确定出修复加固总体方案。首先应确保结构的安全性。采用等强原则对构件进行加固，保证构件的原有承载力(恢复到原抗震设计规范(c砌11一朗)的要求)；加固方案还应确保加固部分和被加固部分的紧密
10、结合及结构的整体性。并且加固施工要安全、方便、快速，以争取尽早恢复开业，降低工程加固费用。修复设计总体方案如下：1)建筑部分。由于整幢建筑物大部分受灾在结构加固施工的同时，按业主要求考虑进一步完善原有建筑物使用功能，在保证原有结构安全性的前提下，改进建筑布局和装修标准，并配合新增消防系统进行相关建筑设计。2)消防部分。由于原设计执行的是当时的旧规范此次修复设计时新规范已颁布，因而严格按照高层民用建筑设计防火规范)(GB 5004595)，增设防火隔墙、防火门、自动报警、自动喷淋灭火系统等消防设施。3)结构部分。根据检测和鉴定结果，对所有结构构件进行受力分析及复核验算，选择相应的加固设计方案和构
11、造措施。本着最大限度地利用结构火灾后残余承载力，除严重损坏的危险构件更新制作外，其它均采用装饰修补、结构修补及加固补强的方法进行修复设计。5结构加固设计该建筑在受火长达十几个小时的情况下，大部分损伤构件的混凝土保护层脱落、露筋，混凝土烧伤层深度在30一左右，原来的框架粱、柱截面面积明显减小。设计时，凡需加固构件均采用喷射混凝土(强度等级较原来提高一缀)恢复到原构件的断面尺寸。按现场混凝土芯样检测结果。计算时混凝土抗匪强度取值采用各测区抽检批混凝土强度推定值(如表2)，钢筋强度检测结果仍符合原设计规范要求，其强度设计值可依据原混凝土设计规范取值。火灾后受损结构构件加固设计的重点是中度受损构件和严
12、重受损构件。本工程依据现场具体情况及火灾后钢筋混凝土板、梁、柱的不同损伤情况，分别采用不同的结构加固设计方案。51框架柱的加固1)对轻度受损构件，如A区各层柱、B区部分柱、c区底层柱，采用环氧树脂灌缝、修补处理。对于构件表面裂缝宽度02枷时，必须采用环氧树脂压力灌缝；当裂缝宽度n 2mm时可采用毛刷反复涂抹环氧树脂直至抹平。对于损伤轻微的柱表面，需喷射C25细石混凝土填补孔洞恢复原断面。2)对中度受损构件，如B区和c区二至四层大部分柱，采用结构修补。首先凿掉剥落的饰面层和疏松的混凝土烧伤层，露出未损坏的坚硬混凝土，然后附加8200箍筋与主筋绑扎或焊接，最后喷射c25细石混凝土恢复至原断面尺寸。
13、3)对严重受损构件，如c区柱口、z3损伤严重，采用增大截面法进行加固。框架柱增大截面后，外包混凝土一方面可以帮助原柱承担荷载，同时对原柱产生环箍效应，提高其承载力。具体设计为：首先凿掉烧疏和空鼓的混凝土，其余部分凿毛，外包40哪厚c25细石混凝土(强度等级较原来提高一级)，然后加设12根直径20的纵筋和101箍筋，增设的纵向钢筋中6根角部主筋(六边形柱角)33万方数据煤炭工程 2007年第9期穿过楼板与上层柱筋焊接，其余钢筋在梁底截断节点区增设的箍筋要加密。加固后柱断面配筋示意图见图2所示。图2严重掼伤框架柱的加固增大蕺面52框架梁的加固1)轻度受损构件：采用环氧树脂灌缝，修补处理。2)中度受
14、损构件：采用结构补强。首先凿掉烧疏和空鼓的混凝土(主要为受拉区混凝土)，露出未损坏的坚硬混凝土，视其验算结果，如剩余承载力足够，可仅喷射c25细石混凝土恢复原断面尺寸而不加钢筋。若剩余承载力不足，可采用附加钢筋加固法。即在受损粱受拉区附加纵向受力筋以提高梁的抗弯承载力，但仅适用于跨中截面。一般将梁高增加50一100姗，并增设钢筋，且附加钢筋应与原有钢筋焊接牢固。3)严重受损构件：采用侧面加厚法进行加固。把烧损严重的混凝土铲除后。在梁两侧用混凝土对称加厚截面，并在粱底面增设构造钢筋(见图3)，施工时应注意新旧混凝土结合面的处理。53楼板的加固A区楼板因受火较轻，仅对楼板做装修处理，即凿掉原装修面
15、层，喷射c25细石混凝土修补孔洞后重新做面层。受火严重的B区和c区的各层楼板。损坏较严重，混凝土剥落、爆裂，但板中钢筋强度降低较少，仍能满足结构设计要求。加固方法为：增加30岫厚钢筋网后浇层进行结构补强。即凿掉原楼板装修面层及烧疏的混凝土，露出坚硬混凝土层，刷素水泥浆，铺设4150双向钢丝网，浇筑30咖厚a5细石混凝土，最后再重新做装修面层。洱磐+l， LL ，此区域内用 2中12c25混凝土 ， ，喷注斜线凿除 弋气 巾8500此筋与松散混凝土、 原配腰筋可靠莲接滚中8150L 2中20围3严重损伤框架粱的加固(侧面加厚】6结语钢筋混凝土梁、板、柱等承重构件，在火灾高温作用下其性能将发生变化
16、，其中荷载位置及大小、构件和结构受火部位、构件表面最高温度、火灾持续时间、混凝土类型、构件截面尺寸与配筋率、构件保护层厚度等是影响火灾后混凝土结构构件力学性能的主要因素。钢筋混凝土结构的加固方法很多，在实际工程应用中应根据火灾后结构受损情况，结合各种结构类型特点按照构件火灾损伤评定等级以及所需加固的部位，因地制宜地采用不同的加固设计方案。由于钢筋混凝土结构的抗火性能和火灾后剩余承载力的计算十分复杂，目前我国尚无明确的规范或规程可循，因此火灾后结构受损检测及灾后鉴定、加固等方面还有许多问题有待进一步探讨和研究。参考文献：1 cEcs 25：90混凝土结构加固技术规范s2 杨晓光火灾后钢筋混凝土结
17、构的受损鉴定与惨复加固D天津：天津大学，0晰3 王学谦建筑防火M北京：中国建筑工业出版社，204 陈荣毅，沈祖毙钢筋混凝土结构抗火设计述评J工业建筑。199929(8)：13165 季延和，闻明保火灾后建筑结构受损程度的诊断方法J】南京建工学院学报。1995。34(3)：7一14(责任鳊辑章新教)信息资讯技术信息 大倾角强力带式输送机研制成功由山西煤机制造公司自主研发制造的暗斜井大倾角、大运量、大功率、多机驱动的DTcl4010n3 x 800s大倾角强力带式输送机，日前通过了山西省煤炭工业局的专家评定。评定认为该机完全满足了年产300万t矿井主运输系统的运量要求。据了解。该输送机输送带宽14
18、m，每小时输送量在1000t以上；可在大于18。的倾角实施输送；在停电停机时可保证输送带不因自重而下滑；在井下运输物料时，可大大减少巷道的开拓量。节约基建投资。该机的研制成功，标志着山西煤机制造公司在皮带机制造领域已处于国内领先水平。 阮宣】万方数据某大厦火灾后的受损鉴定与修复加固设计作者： 杨晓光， 张晓丹， 郝永池作者单位： 河北工业职业技术学院,河北,石家庄,050091刊名： 煤炭工程英文刊名： COAL ENGINEERING年，卷(期)： 2007(9)参考文献(5条)1.李延和;闵明保 火灾后建筑结构受损程度的诊断方法 1995(03)2.陈荣毅;沈祖炎 钢筋混凝土结构抗火设计述评期刊论文-工业建筑 1999(08)3.王学谦 建筑防火 20004.杨晓光 火灾后钢筋混凝土结构的受损鉴定与修复加固 20065.CECS 25-1990.混凝土结构加固技术规范本文链接：http:/
