火灾后的厂房结构安全性评价及加固方案研究

王志军

(晋城合为规划设计集团有限公司，山西 晋城 048000)

厂房遭受火灾影响以后，将造成一定经济损失。其中，建筑结构发生形变是厂房遭受火灾影响的主要表现之一，除此之外，混凝土构件强度也会出现不同程度下降情况，对厂房的使用寿命及正常运营影响较大[1]。由于火灾情况比较复杂，不同区域火势大小存在一定差异，造成的火伤程度不同[2]。为了准确检测判断厂房火灾后结构安全性影响大小，本文提出评价方案研究，并给出一些相应的加固建议。

1 火灾后的厂房结构安全性初步评价

第一，观察厂房遭受火灾现场情况，初步判断厂房结构损伤程度，设计损伤检测评价方案。

第二，以火灾残留物、火灾发生过程作为评价指标，初步分析厂房火灾持续时间，并在厂房平面分布图中圈出结构受影响的范围，给出安全性评价分析结果。

第三，以厂房火灾温度、结构构件损伤程度作为评价指标，给出火灾等级评价结果。

2 火灾后的厂房结构安全性详细调查与评价

在获取初步评价结果以后，需要详细调查火灾环境，挖掘火灾产生主要原因，分析厂房燃烧条件。与此同时，根据厂房建筑材料特性，尝试确定火灾期间的建筑温度，经过多层级检验判断，编制鉴定报告[3]。

2.1 现场勘查内容与勘查方法

为了对火灾后厂房结构安全性做出准确评价，需要现场勘查内容的支持。其中，内容除了全面以外，还要求勘查方法正确，有助于获取精准信息。查阅大量文献资料，总结以下现场勘查内容及方法。

(1)采用小锤敲击与目测结合的方法。检查火灾后厂房构件损伤情况，包括疏松脱落、表面开裂、表现颜色发生变化等，记录相关勘查信息。另外，观察火灾现场残留物状况，判断燃烧程度和火灾覆盖范围，综合各项参数推断结果，给出火灾温度判断。

(2)借助测试仪器，对构件混凝土在火灾中的损伤程度进行测试判断。本研究选取型号为NM-4B的非金属超声波检测仪器作为测试工具，同时运用凿开法，判断混凝土损伤深度。为了进一步确定表面深度，运用取芯法获取部分信息，作为损伤深度判断依据。

(3)确定的损伤深度作为判断依据，结合回弹法应用结果，对混凝土强度加以检测。

(4)检测火灾后屋面板肋梁，选取FTS832全站仪作为检测工具，采集建筑物火灾后的屋面板肋梁变化情况，生成火灾前后对比结果。

2.2 鉴定依据

(1)按照建筑结构检测技术标准GB/T50344-2004，对火灾后的建筑结构中混凝土损伤情况进行检测。

(2)按照钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS03:2007，检测火灾后混凝土强度变化情况。

(3)按照火灾后建筑结构鉴定标准CECS252:2009，确定火灾后建筑结构损伤等级、深度等。

(4)回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2011，对混凝土强度加以准确检测。

2.3 厂房火灾后结构安全性评价流程

按照国家给出的鉴定标准，对现场勘查收集到的火灾后厂房结构变化信息，对其结构安全性展开全面评价。如图1所示为厂房火灾后结构安全性评价流程。

第一步，采用现场勘查法。对厂房火灾现场进行初步调查，通过拍照、录视频等方式记录现场火灾后环境实际情况，并对现场环境信息加以整理。与此同时，并检查厂房火灾后结构损伤情况，并记录信息。

第二步，整理第一步收集到的信息，按照火灾鉴定方法，对本次火灾的等级进行初步评价，给出评价等级和评价依据。

图1 厂房火灾后结构安全性评价流程

第三步，在初步评价的基础上，对厂房火灾的状况进行深入调查，包括火作用、构件专项，同时分析厂房经历过火灾后的结构变化，校对厂房构件。

第四步，根据深入调查结果，给出详细鉴定结果，赋予评价等级。

第五步，为详细鉴定结果编制鉴定报告。

3 案例分析

3.1 工程概况

本研究以某电石技厂房扩建工程为例，对厂房火灾后结构安全性进行评价分析。该工程修建了两栋厂房，混凝土结构独立，层数设置为5层，通过栈桥连接。由于工程配料温度过高，引发了火灾。随着火势的蔓延，对5层建筑的进料口造成安全威胁。据统计，本次火灾从开始到结束持续时间大约1.5h。

本次火灾源头在西侧资材仓库，该环境仓储空间较大，顶部管道、周围存放材料均为可燃物，比较容易导致火势蔓延。由于南部存放物品中无可燃物，所以南侧通道相连的办公室并没有受到过大影响。从现场勘查情况来看，部分墙体脱落，底层建筑混凝土构件颜色发生变化，温度较高。相比之下，其他未存储可燃物的建筑室内火势较小，燃烧温度较低。

3.2 厂房结构安全性评价

3.2.1 基于温度及构件损伤的火灾后厂房结构安全性评价

关于火灾温度的判断，按照国际标准曲线ISO 834进行计算，得到火灾持续时间与当前温度的关系，计算公式如下：

T=T0+345log10(8t+1)

(1)

公式(1)中，T代表火灾期间厂房室内温度；t代表火灾持续时间；T0代表厂房周围环境温度，测得数值为20℃。一般情况下，火灾等级为I级：温度低于250℃，几乎无影响；火灾等级为IIa级：温度范围250～450℃，轻微影响；火灾等级为IIb级：温度范围450～600℃，轻微烧灼；火灾等级为III级：温度范围600～700℃，中度烧灼。 根据现场勘测，厂房旺火燃烧大约持续40min，对应的温度最大值约为900℃。关于构件损伤的温度判断，以混凝土遭受火灾影响后的表面开裂剥落、色彩变化、锤击声音、碳化深度、烟熏痕迹、维护墙体及窗户框形变等多项指标作为判断依据，按照CECS 252建筑结构鉴定标准，判断火灾期间构件的表面温度大小，为结构受损程度判断提供数据支撑。一般情况下，火扑灭后确定无危险后，来到现场进行勘查，收集相关资料，从中提取构件损伤温度判断数据，给出厂房结构安全性评价。

3.2.2 评价结果统计

按照上述安全性评价方法，对某厂房遭受火灾后的结构安全性进行评价，结果如表1所示。该统计结果按照过火区域不同，对构件过火后特征进行了概述，按照结构损伤程度评价标准给出了火灾等级评价及界定温度范围。

表1 某厂房火灾后厂房结构安全性评价结果统计表

表1中，根据厂房受火灾影响情况，结合混凝土结构表面变化情况，对厂房受损等级进行评价。以0.6作为过火温度计算指标数据，0.9作为折减系数，经过计算，评价各个区域厂房受火灾影响烧灼程度。1-2/A-E、7-8D-F、8A-F过火区域，柱、横梁、板底均呈现黑色，存在烟熏痕迹，未出现开裂现象，环境温度低于200℃，火灾等级较低，造成的影响不严重。评价a区温度偏低，梁、楼板均呈现浅灰色，部分区域呈现粉红色，混凝土结构外表面出现了墙体脱落情况，不容易发现梁角开裂情况，墙体、窗户框未形变，环境温度300～430℃，所受影响较小；评价b区混凝土梁角部分区域出现墙体脱落，保护层爆裂严重，大面积塌落，厂房轨道支架变形，环境温度500～590℃，为轻度烧伤，厂房结构性能未遭受较大影响，需要提高耐高温性能；评价c区梁侧面和底面混凝土均出现了剥落情况，混凝土结构大面积扭曲变形,为中度烧伤。

从上述评价结果来看，不同区域在火灾后造成的影响存在一定差异。其中，部分区域厂房构造并未发生损坏，处理外观即可。对于火灾中结构受损较为严重的区域，需要根据构件损坏实际情况，采取针对性加固处理。除了采取面积外观修复措施以外，还需要提高架构整体的耐久性能。

4 火灾后的厂房结构加固方案

(1)1-2/A-E、7-8D-F、8A-F范围内的混凝土构件受火灾影响的处理，考虑到该区域受火灾影响较小，近视外墙受烟熏影响变色。所以，对于未受到影响的区域，直接对墙体表面进行简单修复即可，例如处理表面烟熏处，去除表面变色墙皮，重新刷墙。

(2)对于2-3/3//D-E、3/6-7D-F范围内的混凝土构件受火灾影响的处理，建议凿除原有的混凝土疏松层，而后采取补平处理。此处使用到的材料为高标号环氧砂浆，以原截面为标准，对混凝土截面的每一处进行补平。施工期间注意严格检查厂房外墙结构中混凝土疏松情况，利用专用设备检测混凝土，并且保证每一处混凝土皆接受检测。另外，注意新补混凝土与厂房原混凝土的缝隙处理，一般情况下选择具有加固作用的凝胶作为填充剂，从而避免混凝土开裂问题的产生。

(3)对于2-3//D-E、2/4D-F范围内的混凝土构件受火灾影响的处理，建议在去除疏松层补平以后，添加补强处理环节。该环节选取碳纤维布作为处理材料，在补平处理后的截面上黏贴，使得混凝土结构强度得以提升。为了提高碳纤维布的加固性能，建议采取大面积黏贴方法加以处理。虽然该区域烧伤不是很严重，但是覆盖面积较大，在多个区域均有分布，所以需要逐一处理，确保修复加固实施的完整性。一般情况下，在加固前需要现场勘查，准确记录每一处混凝土构件状况，根据实际勘查结果，拟定加固施工方案。

(4)对于D-F/4-6范围内的混凝土构件受火灾影响的处理，建议在补平之前先处理裂缝问题，可以采取灌浆封闭方法处理，以此提高混凝土板面结构稳定性。该环节主要是处理裂缝，可以将其看作处理裂缝的初步处理环节，在混凝土构件出现裂缝位置均加以填充。而后去除疏松层，将混凝土疏松位置作为重点处理区域，利用性能偏高的灌浆补平各个截面，检测截面平整度达到标准后，在其表面黏贴碳纤维布，达到二次加固作用。其中，碳纤维布好比一层加固薄膜，需要注意该结构的完整性，一般情况下，采取区域黏贴法，对厂房某个混凝土区域采取大面积碳纤维布黏贴处理。考虑到部分区域受损严重，建议增加外包粘型钢补墙。

5 结 语

厂房遭受火灾后的修复工作是保证厂房正常运营的前提条件，只有准确评价火灾对厂房结构安全性的影响，才能够找到正确的修复方法。本文本着“安全”的原则，以某厂房为例，分析火灾期间厂房结构性能变化情况，得出评价结果。根据多年工作经验，给出一些加固处理建议，希望对厂房火灾修复工作的开展有所帮助。