火災(zāi)后房屋結(jié)構(gòu)的檢測(cè)
1、工程概況
某建筑物為六層框架結(jié)構(gòu)，建于20世紀(jì)90年代，建筑面積約2760m2，樓板為預(yù)制鋼筋混凝土板。該建筑物首層為生產(chǎn)車間，二層至五層為庫房。2017年6月25日晚18時(shí)左右，該建筑物首層由于工人操作不當(dāng)引發(fā)火災(zāi)，火災(zāi)對(duì)該建筑物首層主體結(jié)構(gòu)造成不同程度的損傷，為了給建筑物的后續(xù)使用提供可靠依據(jù)，對(duì)火災(zāi)后建筑物的安全性進(jìn)行檢測(cè)鑒定。
2、檢測(cè)鑒定基本流程
接受受災(zāi)單位委托→到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初步查勘，了解火災(zāi)原因，最初著火點(diǎn)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)燃燒物，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，消防救火時(shí)間等，同時(shí)調(diào)閱該建筑物的設(shè)計(jì)施工檔案→根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步查勘制定火災(zāi)檢測(cè)鑒定方案，確定檢測(cè)鑒定方法→檢測(cè)鑒定方案和業(yè)主單位，后續(xù)加固設(shè)計(jì)及施工單位進(jìn)行溝通，這點(diǎn)非常重要，我們鑒定的目的就是為了后續(xù)加固施工服務(wù)的，因此檢測(cè)鑒定方案最好得到他們的認(rèn)可，否則可能會(huì)對(duì)后續(xù)加固設(shè)計(jì)施工產(chǎn)生不利影響→檢測(cè)鑒定前的再次現(xiàn)場(chǎng)查勘，主要是了解現(xiàn)場(chǎng)是否進(jìn)行了相關(guān)的卸載，有無比較緊急的安全隱患等，一般建議要先把相關(guān)荷載卸除，同時(shí)對(duì)安全隱患進(jìn)行臨時(shí)處理，確保在鑒定過程中檢測(cè)人員的安全→檢測(cè)鑒定工作按制定的方案實(shí)施→出具檢測(cè)鑒定報(bào)告，并同時(shí)和加固設(shè)計(jì)單位進(jìn)行充分溝通交流。
3、火宅后房屋檢測(cè)鑒定
3.1檢測(cè)內(nèi)容
根據(jù)該房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、火災(zāi)后構(gòu)件實(shí)際情況以及相關(guān)規(guī)范的要求，制定詳細(xì)的檢測(cè)方案，主要檢測(cè)內(nèi)容如下：對(duì)火場(chǎng)最高溫度進(jìn)行推定；抽樣檢測(cè)混凝土損傷深度及抗壓強(qiáng)度等；房屋損傷破壞狀況調(diào)查及火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評(píng)級(jí)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果和有關(guān)資料對(duì)結(jié)構(gòu)受損情況進(jìn)行評(píng)估；提供包含上述內(nèi)容的檢測(cè)與評(píng)估報(bào)告。
3.2火場(chǎng)溫度推定
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，分別從燃燒時(shí)間、結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面特征、燃燒殘留物燒損特征三個(gè)方面對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行推斷：火災(zāi)持續(xù)了1.5h左右，取旺火燃燒時(shí)間為45min～60min。根據(jù)ISO834火災(zāi)時(shí)間-溫度曲線估算火災(zāi)室內(nèi)溫度應(yīng)該在800℃～900℃；部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土表面顯粉紅色、淺黃色，鋼筋外露，殘留混凝土表面起鼓、局部疏松，根據(jù)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)表面特征判斷火災(zāi)溫度>800℃；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)鋼支架扭曲變形，由材料的變態(tài)溫度可以推定火災(zāi)溫度≥800℃。根據(jù)以上綜合分析判斷，火災(zāi)室內(nèi)最高溫度應(yīng)在800℃～900℃。
3.3混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)
火災(zāi)時(shí)混凝土柱、梁表面溫度迅速升高，在滅火過程中，框架柱、梁表面溫度驟降，造成部分框架柱、梁表面混凝土出現(xiàn)酥裂、脫落，因此不適于采用回彈法檢測(cè)混凝土柱、梁混凝土強(qiáng)度。依據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：2007），采用鉆芯法對(duì)該建筑物首層混凝土構(gòu)件過火后混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取芯樣15組。芯樣切除燒傷區(qū)域，通過試驗(yàn)，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度最低值為17.5MPa，最大值34.9MPa，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果離散型較大。
3.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、鋼筋配置及受損構(gòu)件鋼筋力學(xué)性能檢測(cè)
現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取12個(gè)混凝土構(gòu)件，經(jīng)過對(duì)鋼筋混凝土柱、梁截面尺寸進(jìn)行復(fù)核，原構(gòu)件尺寸符合設(shè)計(jì)要求；利用喜利德鋼筋測(cè)定儀，通過無損檢測(cè)與剔鑿檢測(cè)結(jié)合對(duì)構(gòu)件鋼筋型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明其鋼筋配置滿足設(shè)計(jì)要求?；馂?zāi)造成首層框架柱、混凝土梁混凝土剝落，鋼筋嚴(yán)重外露。為了解火災(zāi)對(duì)構(gòu)件鋼筋性能的影響，檢測(cè)過程中對(duì)框架柱、梁部分鋼筋進(jìn)行了取樣，對(duì)鋼筋進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明鋼筋的伸長率及冷彎試驗(yàn)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，鋼筋屈服強(qiáng)度相比鋼筋設(shè)計(jì)值有所降低，受損嚴(yán)重的構(gòu)件，鋼筋屈服強(qiáng)度損失最大達(dá)12%。
3.5預(yù)制板及構(gòu)件變形、構(gòu)件表面損傷深度檢測(cè)
該建筑物樓板采用預(yù)制混凝土樓板，火災(zāi)時(shí)預(yù)制樓板升溫較快，主筋為低碳冷拔鋼絲，冷加工中所提高的鋼筋抗拉強(qiáng)度，隨著溫度的升高而逐漸減少，產(chǎn)生了應(yīng)力損失，同時(shí)燒傷導(dǎo)致混凝土板底碳化深度增大，鋼筋和混凝土的粘結(jié)力降低。現(xiàn)場(chǎng)部分預(yù)制板出現(xiàn)混凝土爆裂、脫落，樓板出現(xiàn)裂縫和變形，已嚴(yán)重影響了預(yù)制樓板的承載力及耐久性。
檢測(cè)過程中，對(duì)首層嚴(yán)重?fù)p傷區(qū)的混凝土框架梁進(jìn)行了變形測(cè)量，為了消除施工偏差影響，對(duì)火災(zāi)最嚴(yán)重部位混凝土梁與火災(zāi)影響較小部位混凝土梁的撓度進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明受災(zāi)嚴(yán)重部位的混凝土梁撓度滿足規(guī)范規(guī)定的撓度限值。對(duì)受損較嚴(yán)重部位的柱、梁的損傷深度進(jìn)行檢測(cè)，一方面通過構(gòu)件上鉆取的小芯樣中表面與內(nèi)部混凝土的顏色及外觀差異進(jìn)行判斷，另一方面敲掉構(gòu)件表面的疏松層至質(zhì)地堅(jiān)硬處，采用角磨機(jī)去掉疏松層后的構(gòu)件表面進(jìn)行打磨處理至正常混凝土顏色，量取構(gòu)件的損傷深度。經(jīng)檢測(cè)，混凝土梁表面最大深度為50mm，框架柱表面最大損傷深度為55mm，均超過鋼筋保護(hù)層厚度。
3.6承載力驗(yàn)算及鑒定分析
由于火災(zāi)造成構(gòu)件混凝土強(qiáng)度降低，鋼筋抗拉強(qiáng)度損失，部分構(gòu)件混凝土表面損傷造成截面損失，因此造成部分構(gòu)件甚至整體結(jié)構(gòu)的承載能力降低。為了分析火災(zāi)對(duì)整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的影響程度，根據(jù)本次火災(zāi)中構(gòu)件的實(shí)際損傷狀況、構(gòu)件剩余混凝土強(qiáng)度、構(gòu)件鋼筋配置及鋼筋性能檢測(cè)結(jié)果，按照國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的“PKPM”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)該建筑物上部結(jié)構(gòu)承載力按照受火災(zāi)前和受火災(zāi)后分別進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，以判定結(jié)構(gòu)承載力受損后的下降程度，為后續(xù)的加固處理提供可靠的依據(jù)。
在對(duì)受損后的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中，首層混凝土強(qiáng)度按照C20進(jìn)行計(jì)算，另外根據(jù)受災(zāi)部位鋼筋檢驗(yàn)結(jié)果，雖然鋼筋的伸長率及冷彎試驗(yàn)等力學(xué)性能仍滿足有關(guān)規(guī)范要求，但是鋼筋屈服強(qiáng)度相比鋼筋設(shè)計(jì)值有所降低，受損嚴(yán)重的構(gòu)件，鋼筋屈服強(qiáng)度損失最大達(dá)12%，因此驗(yàn)算時(shí)鋼筋強(qiáng)度按12%的損失考慮。此外，首層混凝土構(gòu)件尺寸按減去損傷厚度后考慮，驗(yàn)算的其它參數(shù)與原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范的要求相同。結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算結(jié)果表明，受損后首層部分框架柱承載力不滿足規(guī)范要求，部分混凝土梁跨中受彎承載力不滿足規(guī)范要求。
4、結(jié)語
通過對(duì)該建筑物火災(zāi)后的檢測(cè)鑒定，我們充分認(rèn)識(shí)了火災(zāi)在導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度及鋼筋力學(xué)性能降低的同時(shí)，還會(huì)使混凝土局部開裂，使鋼筋防銹能力下降，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力減小等等，這些不利因素均給建筑結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性產(chǎn)生非常不利的影響。通過鑒定，能可靠地對(duì)火災(zāi)后建筑物的整體性能作出評(píng)價(jià)，這為火災(zāi)后該建筑物的加固處理提供了可靠的依據(jù)，還對(duì)決策者果斷處理災(zāi)后建筑物、盡快恢復(fù)其使用功能有重要意義，同時(shí)，大量工程實(shí)踐積累起來的經(jīng)驗(yàn)，可以進(jìn)一步促進(jìn)國家相關(guān)火災(zāi)鑒定標(biāo)準(zhǔn)的制定實(shí)施。
某建筑物為六層框架結(jié)構(gòu)，建于20世紀(jì)90年代，建筑面積約2760m2，樓板為預(yù)制鋼筋混凝土板。該建筑物首層為生產(chǎn)車間，二層至五層為庫房。2017年6月25日晚18時(shí)左右，該建筑物首層由于工人操作不當(dāng)引發(fā)火災(zāi)，火災(zāi)對(duì)該建筑物首層主體結(jié)構(gòu)造成不同程度的損傷，為了給建筑物的后續(xù)使用提供可靠依據(jù)，對(duì)火災(zāi)后建筑物的安全性進(jìn)行檢測(cè)鑒定。
2、檢測(cè)鑒定基本流程
接受受災(zāi)單位委托→到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初步查勘，了解火災(zāi)原因，最初著火點(diǎn)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)燃燒物，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，消防救火時(shí)間等，同時(shí)調(diào)閱該建筑物的設(shè)計(jì)施工檔案→根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步查勘制定火災(zāi)檢測(cè)鑒定方案，確定檢測(cè)鑒定方法→檢測(cè)鑒定方案和業(yè)主單位，后續(xù)加固設(shè)計(jì)及施工單位進(jìn)行溝通，這點(diǎn)非常重要，我們鑒定的目的就是為了后續(xù)加固施工服務(wù)的，因此檢測(cè)鑒定方案最好得到他們的認(rèn)可，否則可能會(huì)對(duì)后續(xù)加固設(shè)計(jì)施工產(chǎn)生不利影響→檢測(cè)鑒定前的再次現(xiàn)場(chǎng)查勘，主要是了解現(xiàn)場(chǎng)是否進(jìn)行了相關(guān)的卸載，有無比較緊急的安全隱患等，一般建議要先把相關(guān)荷載卸除，同時(shí)對(duì)安全隱患進(jìn)行臨時(shí)處理，確保在鑒定過程中檢測(cè)人員的安全→檢測(cè)鑒定工作按制定的方案實(shí)施→出具檢測(cè)鑒定報(bào)告，并同時(shí)和加固設(shè)計(jì)單位進(jìn)行充分溝通交流。
3、火宅后房屋檢測(cè)鑒定
3.1檢測(cè)內(nèi)容
根據(jù)該房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、火災(zāi)后構(gòu)件實(shí)際情況以及相關(guān)規(guī)范的要求，制定詳細(xì)的檢測(cè)方案，主要檢測(cè)內(nèi)容如下：對(duì)火場(chǎng)最高溫度進(jìn)行推定；抽樣檢測(cè)混凝土損傷深度及抗壓強(qiáng)度等；房屋損傷破壞狀況調(diào)查及火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初步鑒定評(píng)級(jí)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果和有關(guān)資料對(duì)結(jié)構(gòu)受損情況進(jìn)行評(píng)估；提供包含上述內(nèi)容的檢測(cè)與評(píng)估報(bào)告。
3.2火場(chǎng)溫度推定
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，分別從燃燒時(shí)間、結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面特征、燃燒殘留物燒損特征三個(gè)方面對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行推斷：火災(zāi)持續(xù)了1.5h左右，取旺火燃燒時(shí)間為45min～60min。根據(jù)ISO834火災(zāi)時(shí)間-溫度曲線估算火災(zāi)室內(nèi)溫度應(yīng)該在800℃～900℃；部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土表面顯粉紅色、淺黃色，鋼筋外露，殘留混凝土表面起鼓、局部疏松，根據(jù)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)表面特征判斷火災(zāi)溫度>800℃；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)鋼支架扭曲變形，由材料的變態(tài)溫度可以推定火災(zāi)溫度≥800℃。根據(jù)以上綜合分析判斷，火災(zāi)室內(nèi)最高溫度應(yīng)在800℃～900℃。
3.3混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)
火災(zāi)時(shí)混凝土柱、梁表面溫度迅速升高，在滅火過程中，框架柱、梁表面溫度驟降，造成部分框架柱、梁表面混凝土出現(xiàn)酥裂、脫落，因此不適于采用回彈法檢測(cè)混凝土柱、梁混凝土強(qiáng)度。依據(jù)《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS03：2007），采用鉆芯法對(duì)該建筑物首層混凝土構(gòu)件過火后混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取芯樣15組。芯樣切除燒傷區(qū)域，通過試驗(yàn)，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度最低值為17.5MPa，最大值34.9MPa，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果離散型較大。
3.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸、鋼筋配置及受損構(gòu)件鋼筋力學(xué)性能檢測(cè)
現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取12個(gè)混凝土構(gòu)件，經(jīng)過對(duì)鋼筋混凝土柱、梁截面尺寸進(jìn)行復(fù)核，原構(gòu)件尺寸符合設(shè)計(jì)要求；利用喜利德鋼筋測(cè)定儀，通過無損檢測(cè)與剔鑿檢測(cè)結(jié)合對(duì)構(gòu)件鋼筋型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明其鋼筋配置滿足設(shè)計(jì)要求?；馂?zāi)造成首層框架柱、混凝土梁混凝土剝落，鋼筋嚴(yán)重外露。為了解火災(zāi)對(duì)構(gòu)件鋼筋性能的影響，檢測(cè)過程中對(duì)框架柱、梁部分鋼筋進(jìn)行了取樣，對(duì)鋼筋進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明鋼筋的伸長率及冷彎試驗(yàn)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，鋼筋屈服強(qiáng)度相比鋼筋設(shè)計(jì)值有所降低，受損嚴(yán)重的構(gòu)件，鋼筋屈服強(qiáng)度損失最大達(dá)12%。
3.5預(yù)制板及構(gòu)件變形、構(gòu)件表面損傷深度檢測(cè)
該建筑物樓板采用預(yù)制混凝土樓板，火災(zāi)時(shí)預(yù)制樓板升溫較快，主筋為低碳冷拔鋼絲，冷加工中所提高的鋼筋抗拉強(qiáng)度，隨著溫度的升高而逐漸減少，產(chǎn)生了應(yīng)力損失，同時(shí)燒傷導(dǎo)致混凝土板底碳化深度增大，鋼筋和混凝土的粘結(jié)力降低。現(xiàn)場(chǎng)部分預(yù)制板出現(xiàn)混凝土爆裂、脫落，樓板出現(xiàn)裂縫和變形，已嚴(yán)重影響了預(yù)制樓板的承載力及耐久性。
檢測(cè)過程中，對(duì)首層嚴(yán)重?fù)p傷區(qū)的混凝土框架梁進(jìn)行了變形測(cè)量，為了消除施工偏差影響，對(duì)火災(zāi)最嚴(yán)重部位混凝土梁與火災(zāi)影響較小部位混凝土梁的撓度進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明受災(zāi)嚴(yán)重部位的混凝土梁撓度滿足規(guī)范規(guī)定的撓度限值。對(duì)受損較嚴(yán)重部位的柱、梁的損傷深度進(jìn)行檢測(cè)，一方面通過構(gòu)件上鉆取的小芯樣中表面與內(nèi)部混凝土的顏色及外觀差異進(jìn)行判斷，另一方面敲掉構(gòu)件表面的疏松層至質(zhì)地堅(jiān)硬處，采用角磨機(jī)去掉疏松層后的構(gòu)件表面進(jìn)行打磨處理至正常混凝土顏色，量取構(gòu)件的損傷深度。經(jīng)檢測(cè)，混凝土梁表面最大深度為50mm，框架柱表面最大損傷深度為55mm，均超過鋼筋保護(hù)層厚度。
3.6承載力驗(yàn)算及鑒定分析
由于火災(zāi)造成構(gòu)件混凝土強(qiáng)度降低，鋼筋抗拉強(qiáng)度損失，部分構(gòu)件混凝土表面損傷造成截面損失，因此造成部分構(gòu)件甚至整體結(jié)構(gòu)的承載能力降低。為了分析火災(zāi)對(duì)整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的影響程度，根據(jù)本次火災(zāi)中構(gòu)件的實(shí)際損傷狀況、構(gòu)件剩余混凝土強(qiáng)度、構(gòu)件鋼筋配置及鋼筋性能檢測(cè)結(jié)果，按照國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的“PKPM”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)該建筑物上部結(jié)構(gòu)承載力按照受火災(zāi)前和受火災(zāi)后分別進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，以判定結(jié)構(gòu)承載力受損后的下降程度，為后續(xù)的加固處理提供可靠的依據(jù)。
在對(duì)受損后的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中，首層混凝土強(qiáng)度按照C20進(jìn)行計(jì)算，另外根據(jù)受災(zāi)部位鋼筋檢驗(yàn)結(jié)果，雖然鋼筋的伸長率及冷彎試驗(yàn)等力學(xué)性能仍滿足有關(guān)規(guī)范要求，但是鋼筋屈服強(qiáng)度相比鋼筋設(shè)計(jì)值有所降低，受損嚴(yán)重的構(gòu)件，鋼筋屈服強(qiáng)度損失最大達(dá)12%，因此驗(yàn)算時(shí)鋼筋強(qiáng)度按12%的損失考慮。此外，首層混凝土構(gòu)件尺寸按減去損傷厚度后考慮，驗(yàn)算的其它參數(shù)與原設(shè)計(jì)和現(xiàn)行規(guī)范的要求相同。結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算結(jié)果表明，受損后首層部分框架柱承載力不滿足規(guī)范要求，部分混凝土梁跨中受彎承載力不滿足規(guī)范要求。
4、結(jié)語
通過對(duì)該建筑物火災(zāi)后的檢測(cè)鑒定，我們充分認(rèn)識(shí)了火災(zāi)在導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度及鋼筋力學(xué)性能降低的同時(shí)，還會(huì)使混凝土局部開裂，使鋼筋防銹能力下降，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力減小等等，這些不利因素均給建筑結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性產(chǎn)生非常不利的影響。通過鑒定，能可靠地對(duì)火災(zāi)后建筑物的整體性能作出評(píng)價(jià)，這為火災(zāi)后該建筑物的加固處理提供了可靠的依據(jù)，還對(duì)決策者果斷處理災(zāi)后建筑物、盡快恢復(fù)其使用功能有重要意義，同時(shí)，大量工程實(shí)踐積累起來的經(jīng)驗(yàn)，可以進(jìn)一步促進(jìn)國家相關(guān)火災(zāi)鑒定標(biāo)準(zhǔn)的制定實(shí)施。