浅谈过火建筑构件分析 检测与验算

梁泉恩 袁君

摘要：建筑火灾对建筑结构和耐火性能造成破坏，带来重大隐患，也对过火建筑受损构件分析、检测、结构安全鉴定以及加固修复、耐火处理提出难题，具有较大实践意义。本文主要说明如何正确分析、判定和检测，在一定程度上决定着过火建筑受损构件的加固、修复效果。

关键词：受损构件;判定火场温度;受损等级;混凝土强度检测;钢筋性能检测;剩余承载力计算

火灾对建筑物造成的损伤具有不确定性的特点，对标相关国家规范和行业标准，结合实际情况，如何正确分析构件过火程度、判定受损情况，检测构件强度，这既是过火建筑查勘实施难点，也对受损建筑构件进行相应的加固和耐火技术处理起着导向性作用。

1 判定火场温度

因混凝土构件在火灾中承受的温度复杂多变，混凝土材料承载能力下降。当温度大于350℃以后，抗压强度明显下降，破坏形态显著变化，出现上下两端的裂缝和边角缺损，并随升温而渐趋严重;当温度达到900℃时，混凝土的抗压强度几乎不到常温下的10%。故需先确定火场温度。

1.1 火灾荷载法和ISO834曲线法

采取现场调研和事后估算的方法，先用火灾荷载计算法求得火灾燃烧持续时间后，再按照国际标准化组织推定火场温度的标准温度与时间的ISO834曲线公式——即，估算过火一定时间后某时刻火场最高温度，由于火场温度往往要略高于混凝土结构和构件表面的温度，故做参考。

1.2 观察、对标、直观判定火场温度

依据《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS252-2009附录B-1混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系，直接判定过火建筑的火场温度，以某一过火框剪结构建筑现场为例，分析如下表所示：

2 判定构件受损等级

整体过火建筑结构鉴定和检测参考对标《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-2014），将各类构件外观检查结果和初步判定的火场温度，对标判定构件受损等级，由轻至重可分为IIa级、IIb级、III级、IV级。

3 受损构件混凝土强度检测

在火灾异常高温作用下，会造成混凝土严重损伤，大幅降低混凝土的抗压、抗拉、粘结强度等承载力指标。因消防水骤冷处理作用，造成混凝土强度比自然冷却的要降低约30%～35%。故要对火灾后构件混凝土强度进行检测。

建筑结构检测方法参照国标《建筑结构检测技术标准》（GB/T50344-2004）。

一是使用相对精确的钻芯法对构件表层混凝土强度检测。

参照地方标准《火灾后混凝土构件评定标准》（DBJ08-219-1996），采用钻取高径比小于1.0的芯样，分别按0.95和1.15面积折算系数和标准试块15×15×15cm3计算抗压强度，抽检过火建筑损伤评定等级IIb级和III级的构件的表层混凝土抗压强度。

二是为提高检测准确性，使用钻芯法对构件内部混凝土强度检测。

按照《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03-2007），钻取高径比约等于1.0的芯样检测过火建筑IIb和III级构件及其相邻构件内部一定深度范围的混凝土抗压强度。

4 钢筋力学及工艺性能检测

钢筋的力学性能主要是强度和刚度。当温度升高时，钢筋的抗拉强度和屈服强度随之降低，但在不同的温度范围内，强度降低的幅度、方式、变化有所差别。

针对混凝土保护层脱落，对过火建筑露筋构件，截取至少一组相应规格和数量的钢筋，按照国标进行取样、加工和抗拉试验和冷弯实验等性能试验，得出钢筋强度，判断其力学性能。

5 构件剩余承载力计算

由于火灾后建筑构件受损鉴定的复杂性，为了提高准确性，减少单一从钢筋混凝土材料的强度检测结果来判断和确定构件强度和复核构件的承载力的偏差，混凝土受损构件的承载力鉴定应根据火灾现场材料强度检测结果和火场温度值，用受损构件的剩余承载力计算结果来判断和确定。实践中需对混凝土抗压强度检测达不到原设计强度的构件进行剩余承载力计算。

由于火灾后结构的剩余承载力的计算原理与火灾前原钢筋混凝土结构承载力（抗压、正截面抗弯、斜截面抗剪）计算相同，不同之处在于火灾后混凝土各项强度数值降低和构件截面缩小。故以降低和缩小后的各项数值代入《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（以下简称“《混规》”）中的公式，计算得到火灾后结构的剩余承载力。

按照《混规》、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）进行结构验算。以某过火建筑受损梁的混凝土强度等级取其检测的最低强度值26.7N/mm2为例，即取C25。经现场查勘，该过火建筑的梁受损区域主要集中在梁的截面受拉区，抗弯验算时仍按照原结构尺寸进行驗算，并仅需进行抗弯验算，计算过程如下：

火灾前，按照原设计为筋矩形截面梁，L=600mm，b×h=180mm×400mm，原混凝土强度设计等级C30，混凝土轴心抗压强度设计值为fc=14.3N/mm2，混凝土轴心抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2，该梁使用的主筋216、箍筋及间距8@100/200（2），钢筋截面积AS=1608mm2，纵向受拉钢筋强度设计值。实测混凝土等级C25，，，，，箍筋强度设计值fyv=270N/mm2。

该梁属于双筋矩形截面，梁截面受弯的实际截面积，有效高度h0=400-45=355mm，烧灼减小宽度as=30mm，抗弯承载力计算如下：

5.1 火灾前，由力的平衡得出受压区高度：

按照《混规》第6.2.7条规定相对界限受压区高度主要和选用的钢筋有关， HRB400级取0.518。

5.3 抗弯能力损失：

同理可计算得出其他梁等受损构件的抗弯能力损失。

抗弯能力损失大于5%，说明跨中正截面抗弯强度损失较大，故不需进一步的抗剪承载力计算，必须进行加固处理。若计算出其他梁抗弯承载力损失小于5%，此时需进一步计算梁的抗剪承载力，若抗剪承载力损失大于5%，也必须进行加固处理。按照《混规》之“构件承载能力偏小于设计值5%以上”规定，凡是达不到要求的构件，必须采取相应的加固措施。故该过火建筑结构需对受损构件进行修复和加固处理。

6 结语

针对过火建筑受损构件，对标一系列国家规范标准，结合实践经验，逐步分析、判定受损建筑构件的严重等级，针对受损的建筑构件，科学分析、检测、验算，本文所提供的分析步骤、判定应用、检测方法、验算验证，提供了一些实践参考。

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