框架结构办公楼火灾后安全性检测鉴定研究

2021-06-05徐迎春刘永成

工程建设与设计 2021年8期

关键词：办公楼基座冷却塔

徐迎春，刘永成

（中国建筑科学研究院天津分院，天津300000）

1 引言

在实践过程中，对框架结构办公楼火灾后安全性检测鉴定工作的开展，应基于建筑结构设计进行具体分析，有效搜集相关资料，准确计量构件强度，根据构件强度分析其安全性。本文以某建筑工程为例，结合国家相关规定，进行火灾后安全性鉴定。

2 案例工程概述

2.1 工程介绍

某办公楼建筑，地下1层，地上6层，属于钢筋混凝土框架结构，所处场地为Ⅱ类。柱墙所用材料如下：-1层～3层使用的材料为C40混凝土；3层以上使用的材料为C35混凝土；梁板所用材料皆为C40混凝土。建筑物总体高度为37.05 m，建筑面积为15 000 m2。建筑物于2009年3月开始设计，按照8度地震设防。基础为预应力管桩，地基较为牢固。

2.2 火灾概况

火灾发生在办公楼的天面层冷却塔处，燃烧时间长达25 min，属于室外燃烧。通过现场勘查，准确定位了过火区域：屋面冷却塔下部混凝土基座、飘板、顶部钢结构架梁、冷却塔北部混凝土架构。过火面积为55 m2，火场采取自然冷却模式。

3 检测资料搜集

框架结构办公楼火灾后安全性检测鉴定研究工作开展，应注重资料的搜集，资料搜集是否及时、是否全面、是否精准，皆会影响到强度检测评定工作开展[1]。建议如下：（1）及时性方面。在火灾发生后，待完成自然冷却便进行信息搜集，如果信息搜集时间间隔较久，会导致构件强度受到累积效应和其他相关因素影响，无法准确地反映火灾的影响。（2）全面性方面。对于火灾现场应详细勘察，准确定位过火区域，避免产生遗漏，造成测评不全面的问题。（3）精准性方面。对火灾现场的资料搜集与处理必须体现精准性的特点，合理选择相关测评方法和标准，规范操作，得出有效的数据，作为分析依据。

4 框架结构办公楼火灾后构件强度检测

4.1 火灾后构件混凝土强度检测评定

4.1.1 强度检测方案

对于火灾之后冷却塔基座混凝土的强度检测，采取了钻芯法，主要是因为这一方法便于操作，且检测结果较为精准。应用时，应合理确定钻芯位置和数量，便于反映基座，开展检测工作。本次检测钻芯位置为冷却塔下部混凝土基座梁位置，共计3个测试点；冷却塔北侧架构柱及飘板混凝土强度检测时，受到检测部位所处操作环境的影响，选择回弹法，便于实施。回弹部位的选定必须科学合理，应尽量以靠近火点附近的构架柱和飘板为主，回弹数量选择不宜过多，各1处即可。

4.1.2 强度评定方法

进行构件混凝土强度评定时，应注重混凝土强度评定值的选择。根据相关经验，采取钻芯法检测时，由于芯样数量较多，为了增加安全性，应选择芯样中检测得出的最小数值作为混凝土基座火灾后强度评定标准[2]。使用回弹法进行混凝土强度测评时，选择火灾后结构或构件混凝土平均强度的最低值作为依据，即fct1、fct2。

式中，fct1为所选择的试样混凝土强度评定第一条件值的最小值，MPa；fct2为所选择的试样混凝土强度评定第二条件值的最小值，MPa；fct为混凝土平均强度评定值；K为判定系数，混凝土强度合格的判定系数取值为K=1.7；S为试样混凝土强度标准差；fcti为不同区域火灾之后的抗压强度。与此同时，还需要考虑混凝土构件受火温度T的情况，本项目取值为560℃。在火灾后，混凝土构件发生炭化，炭化深度为L，取0 mm。基于此计算回弹修正系数，即Kcn=1.272-6.66×10-4T+2.72×10-2L=0.905 4。接下来，还需要计量不同区域火灾之后的抗压强度，即fcti=Kcnifi（N，L）（其中，Kcni为火灾后各区域回弹修正系数；fi（N，L）为火灾后不同区域抗压强度与回弹值N及碳化深度L的函数关系），推导得出混凝土构件抗压强度评定值如下：

式中，n为芯样数量。为了体现检测的精准性，选择多个芯样，取平均值作为混凝土构件抗压强度的评定值。

4.2 火灾后钢构件强度检测评定

根据火灾的具体情况，选择建筑的钢构件作为研究对象，并将其划分为未过火、轻度过火、重度过火3类，强度检测依据与混凝土构件不同，具体为洛氏硬度。但具体的检测结果不可直接使用，需要根据GB/T 1172—2000《黑色金属硬度及强度换算值》中的相关规定换算得出相应强度数值，并与设计强度进行对比分析，评价其安全性。

5 框架结构办公楼火灾后安全性鉴定

5.1 初步鉴定

发生火灾后，可以对相应的构件受损情况进行初步评定，作为后续精准评定的依据，如果初步评定结果为受损轻微，则无须进行复杂的评定，以节约人力、物力消耗。

5.1.1 冷却塔下部混凝土基座

经过现场勘查，冷却塔下部混凝土基座未变色、混凝土表面未开裂、表层混凝土未脱落，使用锤子敲击火损部位，音质响亮。对基座板靠近火场下方位置进行锤击，存在空鼓声音，分析这一声音产生原因，确定是由板面垫层松动引发的。基于此鉴定冷却塔下部混凝土基座柱、梁、板火灾后状态，结果为Ⅰ级。

5.1.2 冷却塔北侧混凝土构件

通过现场勘查，这一位置混凝土被烟熏黑，但并不明显。不存在结构性裂缝和露筋的情况，且未发生混凝土脱落问题。但在柱面部分存在抹灰层脱落的情况，使用锤子敲击抹灰层脱落位置，声音响亮。基于此进行评价，结果为Ⅰ级。

5.2 再次鉴定

进行再次鉴定工作，以火灾后混凝土构件承载能力为依据，并根据GB 50292—1999《民用建筑可靠性鉴定标准》、DBJ 08-219—1996《火灾后混凝土构件评定标准》相关规定，具体划分为4个级别：A——完好；B——轻度损伤；C——受损较严重；D——严重受损或危险构件，划分标准见表1。其中，本项目中，所有火损构件划分如下：冷却塔下部混凝土基座为重要构件；混凝土构架柱、飘板、钢构架梁为次要构件。通过实践研究，火灾损伤可以通过结构构件残余承载力来反映，有关方面的计算可以采用平均强度折减系数法，评定不同火损构件的承载力，结果如表2所示。具体要点如下：（1）以火灾后构件初步评定结果为依据，基于火灾温度的大小对截面混凝土平均抗压强度、构件内钢筋抗拉强度进行折减；（2）基于相关规范和要求，分析受到火灾影响之后，钢筋与混凝土之间黏结强度减弱情况；（3）鉴定过程中，计算应精准，选定结构构件的有效截面作为依据。