火災(zāi)后主體結(jié)構(gòu)的安全性鑒定研究

唐家云

(四川省建筑科學(xué)研究院有限公司, 四川成都 610081)

遭受火災(zāi)后的建筑，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到嚴(yán)重?fù)p傷，其承載力和構(gòu)造連接均有不同程度削弱[1-2]，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性。目前對(duì)遭受高溫?fù)p傷結(jié)構(gòu)的研究基本上局限在構(gòu)件層次[3-5]；同時(shí)，實(shí)際工程結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的安全鑒定[6-8]，大多依據(jù)CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[9]對(duì)受損構(gòu)件進(jìn)行評(píng)估，而該標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估范圍也針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使得火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)估和鑒定過(guò)于簡(jiǎn)單和不全面，甚至?xí)?dǎo)致后續(xù)相關(guān)處理措施無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)安全性和使用性要求。因此，如何快速科學(xué)地對(duì)遭受高溫?fù)p傷的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，是工程實(shí)踐中迫切需要解決的實(shí)際問(wèn)題。本文以遭受火災(zāi)后的某框架結(jié)構(gòu)商業(yè)樓為背景，詳細(xì)闡述了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和鑒定的內(nèi)容及分析方法，為類似工程鑒定提供參考。

1 工程概況

某商業(yè)樓建于2007年，為地下一層地上五層框架結(jié)構(gòu)房屋，作為小商品批發(fā)市場(chǎng)使用，建筑總面積為83 117 m2。該建筑于2018年6月1日發(fā)生火災(zāi)事故，后經(jīng)查實(shí)起火原因系地下室倉(cāng)庫(kù)電線路故障。由于建筑體量大、可燃物品多，加之部分消防通道堵塞、未設(shè)置防火分隔裝置等原因，火勢(shì)蔓延，燃燒了60余小時(shí)，過(guò)火面積達(dá)51 000 m2。該建筑主體結(jié)構(gòu)燒損嚴(yán)重，天井受損情況如圖1所示。

圖1 天井受損情況

2 結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)初步評(píng)級(jí)

2.1 地基基礎(chǔ)

該建筑基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，基底置于微風(fēng)化泥巖層。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查表明，該建筑地基基礎(chǔ)未直接受火灼燒，且未發(fā)現(xiàn)由于地基基礎(chǔ)沉降或損壞引起的上部結(jié)構(gòu)變形和裂縫等現(xiàn)象，地基基礎(chǔ)穩(wěn)定。

2.2 上部主體結(jié)構(gòu)

根據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)該建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，從油煙和煙灰、混凝土顏色改變、火災(zāi)裂縫寬度、錘擊反應(yīng)、混凝土脫落、受力鋼筋外露、受力鋼筋粘結(jié)性能和變形等方面進(jìn)行全數(shù)檢查，并根據(jù)燒灼損傷、變形、開(kāi)裂程度評(píng)定每根構(gòu)件損傷狀態(tài)等級(jí)。本工程鋼筋混凝土柱、主梁、次梁和板在負(fù)一層至五層初步鑒定評(píng)級(jí)為Ⅱa級(jí)、Ⅱb級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)所占比例分別見(jiàn)表1。本文列舉一些受損構(gòu)件評(píng)級(jí)情況，見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 柱混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋外露，錘擊聲音發(fā)悶，Ⅲ級(jí)

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)承重部分

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查表明，該建筑屋蓋采用鋼網(wǎng)架，鋼網(wǎng)架多數(shù)支座節(jié)點(diǎn)螺栓連接破壞，部分桿件有明顯變形，依據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，該建筑屋蓋網(wǎng)架構(gòu)件評(píng)為Ⅳ級(jí)。見(jiàn)圖5、圖6。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)火場(chǎng)溫度調(diào)查判定

依據(jù)CECS 252：2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)殘留物(如鋁合金、玻璃等)燒損程度和構(gòu)件外觀特征判斷構(gòu)件的受火溫度表明，Ⅱa級(jí)構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度小于200 ℃；Ⅱb級(jí)構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度范圍在300～500 ℃之間；Ⅲ級(jí)構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度范圍在500～800 ℃之間；Ⅳ級(jí)構(gòu)件表面曾達(dá)到的溫度范圍大于800 ℃。

表1 該建筑各層柱、主梁、次梁、板初步鑒定評(píng)級(jí)占比情況 %

圖3 主梁混凝土顏色灰白，鋼筋外露，較大變形，Ⅲ級(jí)

圖4 次梁、板保護(hù)層混凝土大面積脫落，鋼筋外露，明顯變形，Ⅳ級(jí)

圖5 支座節(jié)點(diǎn)螺栓連接破壞

圖6 網(wǎng)架桿件變形

3 安全性鑒定

3.1 構(gòu)件實(shí)體檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鉆芯法對(duì)初步鑒定評(píng)為Ⅲ級(jí)的受損鋼筋混凝土柱、梁的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測(cè)表明，柱芯樣的混凝土強(qiáng)度換算值在29.6～52.6 MPa之間；梁芯樣的混凝土強(qiáng)度換算值在36.3～49.1 MPa之間。

現(xiàn)場(chǎng)截取部分評(píng)為Ⅳ級(jí)的鋼筋混凝土板板底鋼筋(直徑為8 mm的冷軋扭鋼筋)進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)檢測(cè)表明，鋼筋的抗拉強(qiáng)度分別為375 MPa、365 MPa、440 MPa，伸長(zhǎng)率分別為15 %、14 %、14 %。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)柱、梁、板構(gòu)件的截面尺寸和鋼筋配置情況抽樣檢測(cè)表明，所檢測(cè)構(gòu)件的截面尺寸和鋼筋配置情況滿足設(shè)計(jì)要求。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)評(píng)為Ⅱb級(jí)和Ⅲ級(jí)的柱、梁、板裂縫分布情況和寬度進(jìn)行檢查表明，柱表面裂縫呈網(wǎng)狀，最大裂縫寬度約1.2 mm；梁端有斜裂縫，跨中有多條U型豎向裂縫，且伴有網(wǎng)狀裂縫，最大豎向裂縫寬度約1.2 mm；板底分布有粗裂縫網(wǎng)，最大裂縫寬度約1.5 mm。

現(xiàn)場(chǎng)采用局部剔鑿和鉆芯取樣方法對(duì)受損構(gòu)件的混凝土損傷深度抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 構(gòu)件最大損傷深度 mm

3.2 構(gòu)件剩余承載力計(jì)算

由于評(píng)為Ⅳ級(jí)的梁、板構(gòu)件嚴(yán)重破壞，存在不適于承載的變形和裂縫，其承載能力嚴(yán)重不足，故僅對(duì)評(píng)為Ⅱa級(jí)、Ⅱb級(jí)和Ⅲ級(jí)的鋼筋混凝土柱梁板進(jìn)行承載能力計(jì)算。在計(jì)算受損構(gòu)件的剩余承載力時(shí)，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度、截面尺寸和配筋按及荷載根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和竣工圖取值，并考慮火災(zāi)作用對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的不利影響，對(duì)鋼筋強(qiáng)度分別按0.95、0.9、0.8進(jìn)行折減，按構(gòu)件最大損傷深度采用截面縮減進(jìn)行計(jì)算。

3.3 構(gòu)件安全性鑒定評(píng)級(jí)

依據(jù)GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[10](以下簡(jiǎn)稱“《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》”)，對(duì)該建筑主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，從承載能力、構(gòu)造、變形、裂縫損傷方面對(duì)初步評(píng)級(jí)為Ⅱa級(jí)、Ⅱb級(jí)、Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)件安全性評(píng)級(jí)。

以Ⅲ級(jí)主梁系為例:此類梁抗力與作用效應(yīng)比R/(γ0S)>0.90，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.2條，此類梁的承載能力項(xiàng)評(píng)定為cu級(jí)；此類梁連接方式正確，構(gòu)件有明顯缺陷，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.3條，此類梁的構(gòu)造項(xiàng)評(píng)定為cu級(jí)；此類梁有較大變形，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.4條，此類梁的變形項(xiàng)評(píng)定為cu級(jí)；此類梁的梁端有斜裂縫、跨中范圍內(nèi)有多條U型豎向裂縫、且沿跨度范圍內(nèi)分布有粗裂縫網(wǎng)，最大裂縫寬度約1.2 mm，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.5條、第5.2.6條，此類梁的裂縫項(xiàng)評(píng)定為cu級(jí)。依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.1條、第7.3.3～7.3.8條，此類梁的安全性評(píng)為cu級(jí)。

3.4 子單元安全性鑒定評(píng)級(jí)

3.4.1 地基基礎(chǔ)

該建筑基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，地基基礎(chǔ)未直接受火灼燒，且未發(fā)現(xiàn)由于地基基礎(chǔ)沉降或損壞引起的上部結(jié)構(gòu)變形和裂縫等現(xiàn)象，地基基礎(chǔ)穩(wěn)定。依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.2.2條～第7.2.4條、第7.2.7條，該建筑地基基礎(chǔ)的安全性綜合評(píng)為Au級(jí)。

3.4.2 上部承重結(jié)構(gòu)

3.4.2.1 結(jié)構(gòu)承載功能等級(jí)

依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.5條、第7.3.6條、第7.3.7條，根據(jù)構(gòu)件集內(nèi)每一受檢構(gòu)件的評(píng)級(jí)結(jié)果，對(duì)該建筑代表層的安全性等級(jí)進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)。見(jiàn)表3。依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.8條，該建筑上部結(jié)構(gòu)承載功能的安全性等級(jí)評(píng)為Cu級(jí)。

表3 該建筑代表層的安全性等級(jí)

3.4.2.2 結(jié)構(gòu)整體牢固性等級(jí)

該建筑結(jié)構(gòu)布置合理，形成完整的體系，火災(zāi)后部分構(gòu)件有連接失效和嚴(yán)重缺陷現(xiàn)象，依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.8條，該建筑結(jié)構(gòu)整體牢固性等級(jí)評(píng)為Cu級(jí)。

3.4.2.3 上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)

依據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.3.11條，該建筑上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)評(píng)為Cu級(jí)。

3.4.3 圍護(hù)系統(tǒng)承重部分

該建筑鋼網(wǎng)架多數(shù)支座節(jié)點(diǎn)螺栓破壞，部分桿件出現(xiàn)明顯變形，多處網(wǎng)架玻璃破碎，根據(jù)《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第7.4.4～第7.4.6條，該建筑圍護(hù)系統(tǒng)承重部分的安全性等級(jí)評(píng)為Du級(jí)。

3.5 鑒定單元安全性評(píng)級(jí)

該建筑地基基礎(chǔ)的安全性評(píng)為Bu級(jí)，上部承重結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)為Cu級(jí)，圍護(hù)系統(tǒng)的安全性評(píng)為Du級(jí)。《鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第9.1.1條、第9.1.2條，該建筑綜合鑒定評(píng)級(jí)為Csu級(jí)。

4 結(jié)論

目前對(duì)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的研究和檢測(cè)鑒定，往往僅針對(duì)構(gòu)件層次，而未對(duì)整體結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。本文以某框架結(jié)構(gòu)商業(yè)樓火災(zāi)后安全性鑒定為例，在應(yīng)用CECS 252:2009《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》初步評(píng)估構(gòu)件安全性的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行綜合評(píng)定，并詳述了檢測(cè)、鑒定分析過(guò)程，為今后類似工程提供參考。