火灾后混凝土结构的评估和加固

缪娟娟 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

火灾后混凝土结构的评估和加固

缪娟娟 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）

通过对厂房火灾后的调查，分析火灾对混凝土构件的影响；对混凝土构件的受损程度进行鉴定，在此基础上，选择合理的加固处理措施，包括加大截面和更换构件等，以保证结构的正常使用。

火灾；混凝土结构；结构评定；结构加固

合肥市某公司的三层框架厂房，于2009年建成使用，建筑面积约为22800m2。在一层局部区域发生火灾，发生火灾区域的结构横向跨度12000mm，纵向跨度6000mm；横向框架梁截面500mm×900mm，纵向框架梁截面为350mm×600mm，次梁截面250mm×450mm；边柱截面600mm×800mm，中柱截面700mm×700mm；现浇板厚120mm，混凝土等级均为C40。由于火灾持续时间较长，需要对结构评定后，选择合适的加固方案，才能继续使用。

火灾发生时，建筑内的可燃物着火燃烧产生大量的热，通过热对流、辐射等方式作用于结构表面，再通过热传导传递到结构内部，使结构构件内形成一个不均匀的温度场，从而引起构件的温度反应[1]。采用ABAQUS有限元分析软件，选用ISO标准升温曲线，分析混凝土梁在火灾发生时的温度场分布情况得出结论：梁内部温度值沿着垂直于受火面方向由外向内逐渐降低；靠近中心部位，温度梯度小；靠近受火面一侧的边角位置，其温度上升得快。

由于非均匀温度场的存在，使结构产生不同程度的升温，引起一系列的物理化学反应，导致力学性能发生改变。当温度超过400℃时，混凝土的强度开始显著下降。混凝土强度折减系数Kc参考文献[2]。混凝土的弹性模量也有所降低，且比强度下降得快。

对建筑物火灾后的受损程度进行合理的分类和正确的评价，是修复加固的前提。根据结构烧伤程度、变形及裂缝大小等因素，将混凝土构件的受损程度分为Ⅱa级、Ⅱb级、Ⅲ级和Ⅳ级[3]。

通过对一层火灾区域框架柱、梁、板等构件损伤情况的调查，结构构件损伤严重。对框架柱、梁、板混凝土强度与烧伤深度进行检测鉴定，结果见表1。

混凝土强度检测结果 表1

通过对钢筋混凝土构件的检测，混凝土构件鉴定评级结果详见表2。

结构加固设计强调概念设计，以构造为主，计算为辅。根据各种结构的特点及火灾损伤程度，因地制宜采用合适的方法进行加固。其原则是：铲除严重损伤的混凝土，修补孔洞和缺损，按等强原则进行加固，确保构件的承载力。加固前尽量卸除构件的荷载，本工程加固前在框架柱四周设置临时钢柱支撑，钢柱布置于框架梁下，在楼面加固施工过程中，必须采取措施使钢柱承受计算得出的轴向力，且最大受力不超过上述限值。钢柱支撑待结构加固完毕后即可撤下。

虽然框架柱的表面混凝土烧损较严重,但其核心区混凝土强度尚可,按等强原则采用加大截面法进行加固，新增混凝土均采用C40细石混凝土（内掺10%的U型膨胀剂）浇注，加固用钢筋均采用热轧钢筋。加固前凿除原受灾框架柱混凝土疏松层，直至混凝土密实层，对原柱外露钢筋进行除锈、清理等修复工作。加固前在框架柱表面涂刷一层环氧树脂胶,封闭柱面，原框架柱每一边外包150mm厚C40细石混凝土（掺10%的U型膨胀剂），纵筋上端锚入梁内或贯穿至板顶,下端在室内地坪下500内设置混凝土环套。新增框架柱纵筋遇梁时，钻孔穿梁，待孔内钢筋固定好后对穿孔采用结构胶灌实。框架梁、柱节点处以及框架柱底部加密区加固详见图1所示。

火灾后混凝土结构构件鉴定评级结果汇总表 表2

图1 框架柱加固方法

本工程发生火灾区域的结构横向多为12m大柱网结构体系，本方案考虑在满足工艺的要求下在框架梁中增设一排钢筋混凝土框架柱,减小框架梁跨度，增加一层整体承载力。新增框架柱基础采用人工挖孔墩基础形式：新增框架柱施工时应充分卸除所支撑框架梁荷载，使框架梁荷载能够传递至框架柱上。

经鉴定，混凝土梁烧伤比较严重，除了部分采用更换处理之外，其余采用增大混凝土梁截面的方法弥补刚度和承载力的不足。原框架梁两边外包150mm厚C40细石混凝土（内掺10%的U型膨胀剂），新增底筋植锚入两端框架柱中，新增箍筋开槽穿板。（详见图2）。

火灾后的部分楼板损伤严重，根据检测报告及现场实际构件烧蚀状况，楼板质量大部分损毁严重，已不能加固使用，只能拆除后重新浇筑。但是由于车间生产时间紧迫，等不及先拆除受灾楼板，现场施工是采用在原楼板顶面重新浇筑一层200厚混凝土楼面,楼面荷载全部由新楼板承载。在新增楼板四周及中部框架梁上设置暗梁，暗梁纵筋植筋锚入端部框架柱内，暗梁新增箍筋开槽穿板，与新增梁箍筋互焊，详见图2所示。待新增楼板混凝土强度达到要求时，方可小心凿除原受灾楼板，凿除时应轻凿慢打，不得破坏相邻新增楼板以及原结构。

图2 混凝土梁加固方法

建筑物在发生火灾后，应尽快地恢复建筑物的使用功能。要恢复建筑物的使用功能，就必须对火灾后的混凝土结构进行评估与鉴定，从而确定合理的结构加固方案，以达到减少火灾损失的目的。但是目前我们国家对火灾后建筑物构件的各种性能损伤影响和损伤的复杂性等理论研究还不够深入，还没有全国性的火灾后混凝土结构的评定标准，导致建筑物火灾后的损伤评估与鉴定工作还缺乏系统、完善的评定依据。

火灾发生时，由于产生非均匀温度场，使结构不同部位、不同构件都产生不同程度的损伤，又缺乏系统、完善的评定依据，准确的评估构件的损伤程度是十分困难的。那么只有通过专业技术人员现场鉴定以及加固设计人员合理的选择加固方案，才能有效保证结构的正常使用。

[1]徐海生，王修信.火灾高温下钢筋混凝土梁截面温度场的计算与分析[J].四川建筑科学研究，36(6)：73-77.

[2]王学谦.建筑防火[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3]CECS252：2009，火灾后建筑结构鉴定标准[S].

TU375

B

1007-7359（2016）05-0217-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.077

缪娟娟（1982-），女，安徽池州人，毕业于合肥工业大学，学士，工程师。