某工厂仓库火灾后结构安全鉴定与修复

杨龙江，白伟亮，2，张 超，翟传明，王娟娟，张 婧

（1.中电投工程研究检测评定中心有限公司，北京 100142；2.中国电子工程设计院有限公司，北京 100142）

0 引言

发生火灾的建筑结构中，其中少量发生倒塌的建筑或十分危险应立即拆除的建筑可以立即确定处理方案，而某些建筑结构经历火灾后仍具有一定的承载能力，是拆除还是修复加固后重新利用是火灾后应该立即解决的问题。现实中，多数火灾后幸存的建筑首先需要进行全面系统的检测和评估。由于火灾情况比较复杂，不同位置构件遭受火灾损伤的大小并不相同，因此，需要进行详细的现场检测和调查，并进行火灾后结构和构件安全性计算。在此基础上，提出不同受火构件的火灾后结构加固处理方案。本文以某工厂仓库火灾后安全鉴定为例，介绍了火灾后钢筋混凝土框架结构检测与鉴定的方法，可为类似工程火灾后结构安全鉴定提供参考。

1 火灾后建筑结构鉴定程序［1］

建筑物发生火灾后应及时对建筑物进行结构检测鉴定工作，鉴定工作流程分为：初步鉴定和详细鉴定两部分，火灾后结构鉴定流程图如图 1 所示。

图1 火灾后结构鉴定流程图

2 工程概况

本工程为地上 1 层，局部 2 层钢筋混凝土框架结构，本工程框架结构柱距为 6.6 m×7.8 m，其中南北向 5 跨，东西向 8 跨；北侧边跨为地上 2 层，属于员工办公区；其余区域为地上 1 层，作为公司仓库使用，建筑面积约为 2 470 m2。仓库的平面布置图如图 2 所示。

3 结构初步检测鉴定

3.1 火灾现场调查

检测前，通过观察火灾影响范围内的结构构件损伤概况，检查确定现场无危及检测人员人身安全的危险构件，确保检测鉴定期间的人员安全［2-5］。

根据现场调查结果，起火点位于轴 5-6～D-E 区域，库房内构件受到火灾作用均出现不同程度的损伤。板钢筋外露，框架梁柱以及隔墙底部均被黑烟覆盖，墙体玻璃遭受高温作用后破坏，如图 3 所示。少数混凝土柱（3～E、4～D、5～D、6～D、8～D）角部混凝土脱落；少数混凝土梁（1-2～E、2-3～E、2-3～D、2～D-E）梁底角部混凝土脱落；楼板（5-6～D-E）板底混凝土表面脱落。如图 4 所示，混凝土柱表面无火灾裂缝或者存在轻微火灾裂缝网；混凝土梁表现为表面轻微裂缝网，少数构件出现较宽裂缝（5～A-B、8～A-B、6～D-E、2～DE），最大裂缝宽度可达 0.4 mm；混凝板表面未发现明显裂缝。

图2 结构平面布置图（单位：mm）

表1 混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系

图3 塑钢门窗和片状玻璃

图4 框架结构火灾后图片

3.2 火灾温度判定

通过对现场的详细调查，火灾后混凝土构件调查结果如下。

1）混凝土构件表面颜色大多为浅灰白色，部分构件略带粉红色；少量构件呈现浅黄色。

2）构件表面粉刷层大面积剥落，个别构件角部混凝土剥落、露筋；一处楼板表面剥落、露筋。

3）梁、柱表面多处出现微细裂缝，部分梁构件裂缝较多。

4）构件锤击反应声音普遍较为响亮，表面未留下明显痕迹。

通过对火灾现场混凝土表面颜色、混凝土剥落程度以及锤击反应进行调查并结合火灾后建筑结构的判定标准采用可知，混凝土构件表面经历过的最高温度＞800 ℃。

火场温度的理论推算根据国际标准 ISO834［6］标准升温曲线进行计算，见式（1）：

式中：T0为环境温度，取为 20 ℃；通过现场询问，明火持续时间大约为 1 h，t 为燃烧时间，取为 60 min。按此公式计算该火场最高温度应在 935 ℃ 左右。

3.3 主要检测结果

3.3.1 受损构件的混凝土力学性能检测

依据 CECS：03－2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》［7］对受火框架中的框架柱和框架梁进行取芯检测，取芯后切除表层损伤混凝土，对试块进行力学性能试验，并通过计算，得出该构件的混凝土强度。根据芯样抗压强度试验结果，火灾后混凝土柱的抗压强度平均值为 44 MPa，火灾后混凝土梁的抗压强度平均值为 34.2 MPa，均高于设计强度 C30；同时应用回弹法对框架中框架柱、框架梁和楼板进行了抽样检测，根据回弹检测结果，框架柱批量强度推定值为 28.4 MPa，框架梁批量强度推定值为 29.6 MPa，楼板批量强度推定值为 26 MPa，根据回弹法检测结果，框架梁和框架柱混凝土略低于设计强度 C30，混凝土板混凝土强度略高于设计值 C25。

3.3.2 受损构件的钢筋力学性能检测

火灾造成仓库起火点位置顶层钢筋混凝土板部分钢筋外露；直接受火区域范围内框架柱和框架梁均发生不同程度的混凝土剥落。高温会使钢筋力学性能产生了一定程度的降低，因此需要对过火后钢筋的力学性能进行详细的检测。在损伤严重的屋面板、框架梁等区域部位截取材质为 B10、C25 钢筋进行钢筋力学性能试验，结果表明：所取钢筋屈服强度、极限强度和伸长率均合格，符合现行规范要求。

图5 Ⅱa 级、Ⅱb 级混凝土构件位置图（单位：mm）

3.3.3 结构变形检测

采用全站仪对过火影响范围不同区域的混凝土，框架梁、框架柱进行了变形测量。根据检测结果可知，火灾影响程度不同部位混凝土梁变形基本一致，且未发现明显下挠现象，框架柱也未发现明显变形现象，故本次火灾对混凝土构件变形未产生较大影响。

3.4 初步鉴定结论

如图 5 所示，经初步鉴定后，库房内柱 4～D、梁 2～D-E、梁 3～D-E、梁 4～D-E、梁 2-3～D、梁1-2～E（顶层）、梁 2-3～E（顶层）、梁 5～A-B、梁 8～A-B、板 5-6～D-E 评定为 Ⅱb级，即构件遭受轻度～中度烧灼，未对结构材料及结构性能产生明显影响，尚不影响结构安全，应采取提高耐久性或局部处理和外观修复措施。

对于鉴定结论为 Ⅱb级重要结构构件，应进行详细鉴定评级，根据鉴定程序，需进一步进行结构构件专项检测分析以及结构分析与构件校核。

4 结构详细检测鉴定

4.1 结构承载力验算

4.1.1 模型概况

对于火灾后的结构分析与校核，应考虑火灾后结构残余状态的材料力学性能、连接状态、结构几何形状变化和构件的变形和损伤等进行结构分析与构件校核。模型中框架梁和框架柱均采用梁单元建立，边跨框架梁主要截面尺寸为 350 mm×750 mm、中间跨框架梁主要截面尺寸为 350 mm×650 mm；框架柱主要截面尺寸为 600 mm×600 mm，框架梁、柱配筋均与设计文件相同。厂房一层楼面活荷载为 2 kN/m2，屋顶活荷载为 2 kN/m2。厂房总建筑高度为 7.5 m，1 层建筑高度为 3.8 m，框架梁、柱配筋均按照现场检测结果进行，建筑所处场地类别为 Ⅱ 类，抗震设防烈度 8 度（0.2 g），受火仓库三维模型如图 6 所示。

图6 仓库三维分析模型

4.1.2 材料强度折减

钢筋混凝土结构遭受火灾作用后，结构性能均发生不同程度的损伤，混凝土和钢筋材料均有不同程度强度和弹性模量的降低，起火区和直接受火区由于受火灾影响较大，混凝土构件表面受损区域强度降低较为明显，因此该部分结构承载能力验算时，当实测混凝土强度高于设计值时，采用设计值，否则采用实测值进行计算；截面尺寸按照原设计考虑。

4.1.3 承载力计算结果

图 7 为火灾后钢筋混凝土框架梁和框架柱承载力验算比。由图可知，仓库梁柱构件火灾后承载力均满足设计要求。

图7 火灾后框架梁、柱验算比

4.2 详细检测鉴定结论

结合图 7 框架验算比结果和表 2 火灾后混凝土构件承载能力评定等级标准，火灾后框架梁柱构件可评为 b 级。

表2 火灾后混凝土构件承载能力评定等级标准

5 加固处理建议

对于评定为 b 级的混凝土构件基本符合国家现行行标下限水平要求，尚不影响安全，尚可正常使用，宜采取适当措施。对于本工程主要修复方案为对楼板露筋区域重新灌浆，对角部混凝土脱落、露筋的构件进行补强处理，对裂缝明显构件进行修补加固。另外在火灾作用下，混凝土构件面层大部分脱落，构件表面接触较高温度，耐久性有所降低，建议对本工程所有受火构件采用聚合物砂浆耐久性修复做法进行处理。

6 结语

1）对火灾后建筑结构进行安全性鉴定，需要制定专业的检测指导书进行作业，同时需要确定危险源和危险构件，当具有危险情况时，应首先采用实际的安全保障措施。

2）在火灾后建筑物安全鉴定过程中，针对初步鉴定损伤为 Ⅱb级、Ⅲ 级的重要构件需要进行详细鉴定，详细鉴定应进行结构分析和构件校核，计算分析时需要考虑结构材料损伤、结构几何形状变化和构件的变形损伤。