火灾后高层建筑钢筋混凝土结构检测鉴定

谢静

(山西五建集团有限公司，山西太原 030013)

火灾后高层建筑钢筋混凝土结构检测鉴定

谢静

(山西五建集团有限公司，山西太原 030013)

结合某高层建筑火灾案例，对火灾后建筑进行了检测鉴定，通过综合检查初步判定出建筑受火区域及受火温度，基于综合检查结果划分了过火区域，并对各过火区域构件损伤程度作了分级，根据不同的受火损伤等级提出相应的加固修复建议。

火灾，高层建筑，结构检测，修复措施

0 引言

进入21世纪以来，随着我国综合国力的不断增强、经济快速发展，国内各大城市涌现出大量高层、超高层建筑，其中一部分成为该城市的地标性建筑。超高层建筑设计往往相对复杂，高层建筑很大程度提高了城市空间的利用率，但与此同时却给火灾等突发灾害的逃生及救援带来较大困难，此类建筑出现火灾时，通常规模较大、影响甚广、后果严重，比较典型的如美国世贸中心，其为两座超高层双子楼，在飞机撞击后引起爆炸及燃烧，不断燃烧的大火熔化了钢架而导致坍塌，整个火灾造成大量人员伤亡及财产损失。

建筑结构抗火性能的研究已经有较多成果，建筑防火性能的研究主要集中在火灾发生时火灾的行为，建筑结构防火设计方法以及火灾后建筑物建筑安全鉴定及修复等，基于上述研究成果，各国也出台了建筑抗火设计的相关规范［1，2］。国内相关专家对建筑结构抗火设计进行了充分研究，李国强等［3］基于试验得出了钢结构及钢与混凝土组合结构抗火设计的相关方法;韩林海等［4］对钢管混凝土火灾后力学性能做了较多研究，给出了火灾作用下钢管混凝土承载力计算方法。此外，计算机仿真的日趋成熟也大力促进了国内外建筑抗火领域的研究，包括火灾作用下高层、超高层建筑的连续性倒塌等均得到了很好的验证。尽管直至今天，建筑结构抗火理论已经较为成熟，但对于一些超高层建筑结构灾后的鉴定评估等仍有待完善，相应的实际工程案例仍然缺乏，对于此类结构灾后的损伤评估也没有通用的流程及标准，不同机构的评价结果不具备比较价值。

近年以来，部分研究人员开始尝试将一些较为新颖的数学模型引入到灾后建筑结构的评价鉴定体系中。李敏等基于模糊数学采用混凝土强度、耐久性、爆裂、裂缝等作为参数建立了灾后混凝土的评价方法;方崇等基于投影寻踪回归理论以及遗传算法提出了混凝土损伤的评价方法;王威等采用可拓理论提出了混凝土灾后评价的模型。不同的灾后评价模型均在不同程度上促进了灾后建筑结构鉴定理论体系的发展，然后上述定量评价模型均有可能会因为指标量值不定、权重选取、级别区分等存在人为的偏差，进而在现实工程中，建筑结构的损伤评定仍基于检测人员的经验，评价体系未起到主要决定性的作用。

本文基于高层建筑火灾结构检测鉴定案例，阐述高层钢筋混凝土建筑灾后的损伤评估流程及鉴定方法，同时给出本工程灾后修复的相关建议，研究成果可为今后类似建筑结构的灾后检测鉴定提供一定参照。

1 案例

北京某高层建筑，地下2层，地上30层，主体结构为带钢支撑的框剪结构，建筑高度为159.68 m，分为主楼和裙楼两部分，主楼、裙楼屋面均采用大跨度钢结构屋盖。

该楼在使用过程中，因燃放烟花坠落的火星引起火灾，随后引发建筑外墙装饰的燃烧，并且不断向四周蔓延，过火面积达到8 500 m2，整个火灾持续6 h。火灾呈现的特点:高层建筑，布局复杂，救援困难;火灾沿外墙蔓延迅速，火灾涉及的范围广。

2 灾后检测

针对上述火灾，建立灾后建筑的检测步骤如图1所示。

图1 火灾检测步骤

2.1 综合检查

灾后建筑物检测最先开始建筑物的综合检查工作，其主要内容包括如下方面:

1)火灾现场的基本概况。对火灾现场进行详细检查，掌握火灾发生的大致范围、过火面积、持续时间等信息，灭火所采用的方法，建筑物受火损失的情况，燃烧物品的种类及其堆放位置，在勘察过程中同时注意拍摄相关区域的图片。

2)总结火灾温度。根据灾后建筑物各构件的表观状况，如表观颜色、裂缝宽度及数量、表观是否爆裂、爆裂深度等参数，结合受火时间等因素，根据标准的火灾温度—时间曲线综合判断不同区域位置的火灾温度。目前较为普遍采用的是ISO834标准温度—时间曲线，如式(1)所示:

其中，T为t时刻温度;T0为初始温度。

基于上述分析，得出该建筑火灾时最高温度为1 194℃。

3)火灾分区。根据现场检查判断，将过火的区域进行分级，主要分为三个等级:a.较轻过火区域，混凝土表面仅熏黑，未见表皮脱落，表面受火温度不超过300℃;b.一般过火区域，混凝土表面仅局部出现轻微脱落，表面有裂缝产生，受火温度为300℃ ～600℃;c.严重过火区域，混凝土表面出现严重剥落，敲击可听见空鼓声，表面裂缝较多，宽度较大，受火温度高于600℃。

经过上述检查，该建筑整体受火程度较轻，局部区域受火灾影响较为严重，因此在正式加固前应当对局部区域进行防护，防止该局部区域出现坍塌。

2.2 分项检测

根据前述预先制定的检测流程，开始分项检测，包括:灾后混凝土强度、烧伤深度、钢筋检测等，在检测中重点检查火灾分区中的b和c两个等级。

1)混凝土强度及探伤深度。本项测试包括检查构件的外观状况、混凝土强度以及烧伤深度。受火后混凝土强度降低主要由于高温损伤、灭火方式、灾后龄期等因素，其中不同灭火方式对混凝土强度影响尤为明显，水冷却后混凝土强度会迅速降低，其较自然冷却方式下混凝土强度约低30%。尽管根据混凝土表观状况等可以粗略估计混凝土强度损失，但由于不同深度处混凝土受火影响程度也不尽相同，检测中不应当只依据混凝土表观状况评价混凝土强度。在实际工程中，除了记录不同构件的外观缺陷，同时也需要准确测定混凝土强度，本工程检测中采用的是钻芯法评定混凝土强度。

根据测试结果，本工程中b区域和c区域构件均存在颜色变化、裂缝、掉皮等现象，c区域少数构件出现露筋。根据芯样检测的强度，过火区域的构件受火灾作用后强度均有降低，其中c区域混凝土强度降幅较大，达到13%～32%。过火区域构件的烧伤深度为5 mm～100 mm，个别构件烧伤深度大于保护层厚度。

2)钢筋检测。本项测试的项目为:构件实际截面尺寸及配筋、构件变形、钢筋强度等。在高温作用下，钢筋强度会有所降低，同时由于混凝土内部空隙增多，钢筋与混凝土间粘结强度也降低，这些都对构件的承载能力产生影响。实际检测中采用钢筋扫描仪检查构件实际钢筋配置，采用钢卷尺检查构件截面尺寸，采用经纬仪测试测试构件变形情况，对部分构件的钢筋进行取样，测试钢筋力学性能。

根据测试结果，该建筑的构件截面尺寸及钢筋配置情况均与原设计图纸一致，少数梁构件挠度超过规范的限值，现场截取的钢筋力学性能均满足相关要求。

2.3 等级评定

目前钢筋混凝土结构火灾检测评定相关的规范主要包括1996年上海出台的地标［5］和2009年发行的协会标准［6］。上海地标基于承载力、裂缝、变形几个因素对混凝土构件评定分级，协会标准则从混凝土强度、外观、裂缝、构件变形、钢筋与混凝土粘结等因素评定构件。另外，一些行业研究人员基于实际工程也给出了不同的评定方法。尽管，构件灾后的鉴定评级已较为成熟，但具体的鉴定评级也是定性评定，其评定结果还需结合具体工程案例及检测人员的经验来综合判定。

根据现场检测结果，该建筑中28层存在受损等级为一级的构件，19层～20层，24层，26层存在受损等级为二级的构件，2层，5层，7层～13层，15层，17层，26层～27层存在受损等级为三级的构件。

3 修复建议

根据本建筑实际检测结果，结合相关类似工程的检测经验，提出如下修复建议:

1)评定受损等级为一级的构件，其损伤程度较轻，仅需对其表面进行粉刷等处理，无需采取特殊的加固修复措施;

2)评定受损等级为二级的构件，其烧伤深度小于混凝土保护层，受损的构件无露筋的现象，此类构件建议去除构件表层疏松的混凝土，对构件出现的裂缝进行封闭处理，随后采用比原设计高一个强度等级的混凝土进行修复;

3)评定受损等级为三级的构件，其受火灾影响较为严重，此类构件建议去除受损范围的混凝土，锚入附加钢筋，随后再采用比原设计高一个强度等级的混凝土进行修复。

4 结语

基于实际高层建筑火灾后检测案例，给出了灾后高层建筑检测的一般流程，即现场综合检查、判断过火区域及温度、划分受火区域、分项检测、构件等级评定等。基于完整的检测流程，可以得出不同区域不同构件的损伤情况，有针对性的提出相应构件的修复建议。另外，本文相关案例也可进一步为高层建筑抗火设计提供案例参考，推进高层建筑抗火设计不断完善。当前国内外建筑火灾后检测还没有标准的流程，在实际工程中评估结果仍具有一定的主观性、可变性，因此，完善火灾后建筑评估标准体系的研究也是本领域的进一步工作。

［1］ 范 进，吕志涛.混凝土结构抗火研究的主要内容［J］.建筑技术，1999，30(5):319-320.

［2］ GB 50016—2006，建筑设计防火规范［S］.

［3］ 李国强，韩林海，娄国彪，等.钢结构及钢—混凝土组合结构抗火设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，2006.

［4］ 韩林海，宋天诣.钢—混凝土组合结构抗火设计原理［M］.北京:科学出版社，2012.

［5］ DB J08—291—96，火灾后混凝土构件评定标准［S］.

［6］ CECS 252—2009，火灾后建筑结构鉴定标准［S］.

Detection and identification of high-rise building reinforced concrete structure after fire

Xie Jing

(Shanxi Fifth Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030013，China)

Combining with the high-rise building fire cases，the paper carries out the building detection and identification after fire.Through comprehensive examination，it preliminarily determines the building fire scope and fire temperature.Based on comprehensive examination results，it divides fire areas，and carries out component damage degree grading，and finally puts forward corresponding reinforcing and repairing suggestions according to different fire damage.

fire，high-rise building，structure detection，repairing measures

TU317

A

1009-6825(2016)35-0041-02

2016-10-09

谢 静(1982-)，女，工程师