火灾后主体结构的安全性鉴定研究

唐家云

(四川省建筑科学研究院有限公司, 四川成都 610081)

遭受火灾后的建筑，结构构件受到严重损伤，其承载力和构造连接均有不同程度削弱[1-2]，从而影响建筑结构的安全性。目前对遭受高温损伤结构的研究基本上局限在构件层次[3-5]；同时，实际工程结构火灾后的安全鉴定[6-8]，大多依据CECS 252:2009《火灾后建筑结构鉴定标准》[9]对受损构件进行评估，而该标准的评估范围也针对结构构件，使得火灾后结构的损伤评估和鉴定过于简单和不全面，甚至会导致后续相关处理措施无法满足结构安全性和使用性要求。因此，如何快速科学地对遭受高温损伤的建筑结构进行鉴定，是工程实践中迫切需要解决的实际问题。本文以遭受火灾后的某框架结构商业楼为背景，详细阐述了现场检测和鉴定的内容及分析方法，为类似工程鉴定提供参考。

1 工程概况

某商业楼建于2007年，为地下一层地上五层框架结构房屋，作为小商品批发市场使用，建筑总面积为83 117 m2。该建筑于2018年6月1日发生火灾事故，后经查实起火原因系地下室仓库电线路故障。由于建筑体量大、可燃物品多，加之部分消防通道堵塞、未设置防火分隔装置等原因，火势蔓延，燃烧了60余小时，过火面积达51 000 m2。该建筑主体结构烧损严重，天井受损情况如图1所示。

图1 天井受损情况

2 结构损伤状态初步评级

2.1 地基基础

该建筑基础采用人工挖孔桩，基底置于微风化泥岩层。经现场检查表明，该建筑地基基础未直接受火灼烧，且未发现由于地基基础沉降或损坏引起的上部结构变形和裂缝等现象，地基基础稳定。

2.2 上部主体结构

根据CECS 252：2009《火灾后建筑结构鉴定标准》，对该建筑钢筋混凝土结构构件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，从油烟和烟灰、混凝土颜色改变、火灾裂缝宽度、锤击反应、混凝土脱落、受力钢筋外露、受力钢筋粘结性能和变形等方面进行全数检查，并根据烧灼损伤、变形、开裂程度评定每根构件损伤状态等级。本工程钢筋混凝土柱、主梁、次梁和板在负一层至五层初步鉴定评级为Ⅱa级、Ⅱb级、Ⅲ级、Ⅳ级所占比例分别见表1。本文列举一些受损构件评级情况，见图2～图4。

图2 柱混凝土保护层脱落，钢筋外露，锤击声音发闷，Ⅲ级

2.3 围护结构承重部分

经现场检查表明，该建筑屋盖采用钢网架，钢网架多数支座节点螺栓连接破坏，部分杆件有明显变形，依据CECS 252：2009《火灾后建筑结构鉴定标准》，该建筑屋盖网架构件评为Ⅳ级。见图5、图6。

2.4 现场火场温度调查判定

依据CECS 252：2009《火灾后建筑结构鉴定标准》，结合现场残留物(如铝合金、玻璃等)烧损程度和构件外观特征判断构件的受火温度表明，Ⅱa级构件表面曾达到的温度小于200 ℃；Ⅱb级构件表面曾达到的温度范围在300～500 ℃之间；Ⅲ级构件表面曾达到的温度范围在500～800 ℃之间；Ⅳ级构件表面曾达到的温度范围大于800 ℃。

表1 该建筑各层柱、主梁、次梁、板初步鉴定评级占比情况 %

图3 主梁混凝土颜色灰白，钢筋外露，较大变形，Ⅲ级

图4 次梁、板保护层混凝土大面积脱落，钢筋外露，明显变形，Ⅳ级

图5 支座节点螺栓连接破坏

图6 网架杆件变形

3 安全性鉴定

3.1 构件实体检测

现场采用钻芯法对初步鉴定评为Ⅲ级的受损钢筋混凝土柱、梁的混凝土抗压强度进行抽样检测表明，柱芯样的混凝土强度换算值在29.6～52.6 MPa之间；梁芯样的混凝土强度换算值在36.3～49.1 MPa之间。

现场截取部分评为Ⅳ级的钢筋混凝土板板底钢筋(直径为8 mm的冷轧扭钢筋)进行力学性能实验检测表明，钢筋的抗拉强度分别为375 MPa、365 MPa、440 MPa，伸长率分别为15 %、14 %、14 %。

现场对柱、梁、板构件的截面尺寸和钢筋配置情况抽样检测表明，所检测构件的截面尺寸和钢筋配置情况满足设计要求。

现场对评为Ⅱb级和Ⅲ级的柱、梁、板裂缝分布情况和宽度进行检查表明，柱表面裂缝呈网状，最大裂缝宽度约1.2 mm；梁端有斜裂缝，跨中有多条U型竖向裂缝，且伴有网状裂缝，最大竖向裂缝宽度约1.2 mm；板底分布有粗裂缝网，最大裂缝宽度约1.5 mm。

现场采用局部剔凿和钻芯取样方法对受损构件的混凝土损伤深度抽样检测，检测结果见表2。

表2 构件最大损伤深度 mm

3.2 构件剩余承载力计算

由于评为Ⅳ级的梁、板构件严重破坏，存在不适于承载的变形和裂缝，其承载能力严重不足，故仅对评为Ⅱa级、Ⅱb级和Ⅲ级的钢筋混凝土柱梁板进行承载能力计算。在计算受损构件的剩余承载力时，构件混凝土强度、截面尺寸和配筋按及荷载根据现场检测和竣工图取值，并考虑火灾作用对结构受力性能的不利影响，对钢筋强度分别按0.95、0.9、0.8进行折减，按构件最大损伤深度采用截面缩减进行计算。

3.3 构件安全性鉴定评级

依据GB 50292-2015《民用建筑可靠性鉴定标准》[10](以下简称“《鉴定标准》”)，对该建筑主体结构构件，按柱系、主梁系、次梁系和板系，从承载能力、构造、变形、裂缝损伤方面对初步评级为Ⅱa级、Ⅱb级、Ⅲ级和Ⅳ级构件进行构件安全性评级。

以Ⅲ级主梁系为例:此类梁抗力与作用效应比R/(γ0S)>0.90，依据《鉴定标准》第5.2.2条，此类梁的承载能力项评定为cu级；此类梁连接方式正确，构件有明显缺陷，依据《鉴定标准》第5.2.3条，此类梁的构造项评定为cu级；此类梁有较大变形，依据《鉴定标准》第5.2.4条，此类梁的变形项评定为cu级；此类梁的梁端有斜裂缝、跨中范围内有多条U型竖向裂缝、且沿跨度范围内分布有粗裂缝网，最大裂缝宽度约1.2 mm，依据《鉴定标准》第5.2.5条、第5.2.6条，此类梁的裂缝项评定为cu级。依据《鉴定标准》第5.2.1条、第7.3.3～7.3.8条，此类梁的安全性评为cu级。

3.4 子单元安全性鉴定评级

3.4.1 地基基础

该建筑基础采用人工挖孔桩，地基基础未直接受火灼烧，且未发现由于地基基础沉降或损坏引起的上部结构变形和裂缝等现象，地基基础稳定。依据《鉴定标准》第7.2.2条～第7.2.4条、第7.2.7条，该建筑地基基础的安全性综合评为Au级。

3.4.2 上部承重结构

3.4.2.1 结构承载功能等级

依据《鉴定标准》第7.3.5条、第7.3.6条、第7.3.7条，根据构件集内每一受检构件的评级结果，对该建筑代表层的安全性等级进行鉴定评级。见表3。依据《鉴定标准》第7.3.8条，该建筑上部结构承载功能的安全性等级评为Cu级。

表3 该建筑代表层的安全性等级

3.4.2.2 结构整体牢固性等级

该建筑结构布置合理，形成完整的体系，火灾后部分构件有连接失效和严重缺陷现象，依据《鉴定标准》第7.3.8条，该建筑结构整体牢固性等级评为Cu级。

3.4.2.3 上部承重结构安全性等级

依据《鉴定标准》第7.3.11条，该建筑上部承重结构安全性等级评为Cu级。

3.4.3 围护系统承重部分

该建筑钢网架多数支座节点螺栓破坏，部分杆件出现明显变形，多处网架玻璃破碎，根据《鉴定标准》第7.4.4～第7.4.6条，该建筑围护系统承重部分的安全性等级评为Du级。

3.5 鉴定单元安全性评级

该建筑地基基础的安全性评为Bu级，上部承重结构的安全性评为Cu级，围护系统的安全性评为Du级。《鉴定标准》第9.1.1条、第9.1.2条，该建筑综合鉴定评级为Csu级。

4 结论

目前对火灾后结构的研究和检测鉴定，往往仅针对构件层次，而未对整体结构的安全性进行研究和评价。本文以某框架结构商业楼火灾后安全性鉴定为例，在应用CECS 252:2009《火灾后建筑结构鉴定标准》初步评估构件安全性的基础上，结合国家现行标准GB 50292-2015《民用建筑可靠性鉴定标准》对该建筑整体结构的安全性进行综合评定，并详述了检测、鉴定分析过程，为今后类似工程提供参考。