（中冶建筑研究總院華東分院 上海 冷超群 金立贊  200910）
[摘  要]： 某化纖廠房遭受火災(zāi)后，結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重。通過現(xiàn)場殘留物的形態(tài)推定火災(zāi)范圍和火災(zāi)溫度場，并根據(jù)混凝  土、鋼筋等材料災(zāi)后性能測試結(jié)果，對構(gòu)件和結(jié)構(gòu)做出損傷等級評定，并依據(jù)評定結(jié)果提出結(jié)構(gòu)加固方案。
[關(guān)鍵詞]：結(jié)構(gòu)檢測； 火災(zāi)后廠房結(jié)構(gòu)鑒定； 損傷評估
 
Structure Assessment of a Chemical Fiber Factory After Fire
 
Leng Chaoqun, Jin Lizan
(1. Civil Engineering Department of Tongji University, Shanghai, 200092;
2. East China Branch of Central Research Institute of Building and Construction Co., Ltd., MCC Group
  Shanghai  200433)
 
Abstract：The structure of a fiber factory building was damaged seriously after a fire accident. Temprature scope and distribution was deduced based on debris in scene of fire. The damage of structure was evaluated based on the detection result of concrete, steel bar, and the structure reinforcement proposal was put forword.
Keywords：structure detection；Structure assessment after fire；damage evaluation
 

1 工程概況

    某化纖廠房，建于2009年上半年，于2009年11月29日10時發(fā)生火災(zāi)，據(jù)現(xiàn)場反映，于當(dāng)日約11時30分火勢基本熄滅，12時完全撲滅。為了解火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受損狀況，為維修、加固提供技術(shù)依據(jù)，需對其進(jìn)行火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全檢測鑒定。
    該建筑為2層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)屋面，東西方向長411.3m，南北方向?qū)?43.5m，一層層高7m，二層層高6.5m，主體結(jié)構(gòu)高13.7m，軸網(wǎng)尺寸為7mx7.5m、7mx7.7m、7mx7.75m。該建筑東西向共設(shè)有5道伸縮縫、南北向共設(shè)有1道伸縮縫，根據(jù)伸縮縫設(shè)置位置，共分12個區(qū)，本次著火區(qū)域及煙氣彌漫區(qū)域為1~11軸/A~K軸、12~22軸/A~K軸、1~11軸/L~V軸、12~22軸/L~V軸區(qū)域，火災(zāi)區(qū)域平面布置見圖1。
                                                         
                                                                                                      圖1
   構(gòu)件截面尺寸：混凝土柱500x500、600x600、650x650(未注明單位均為mm，下同)，南北向框架梁為300x750，東西向框架梁為200x600，二層樓面次梁200x600，屋面為鋼結(jié)構(gòu)。
梁、柱、板混凝土設(shè)計強(qiáng)度：C30，梁、柱主筋采用HRB335和HRB400鋼筋。現(xiàn)澆樓板板厚100、120，鋼筋采用HRB400鋼筋，雙層雙向配筋。外墻為240厚KP1多孔磚，內(nèi)墻為200厚輕質(zhì)加氣混凝土砌塊。
地基基礎(chǔ)：采用樁基基礎(chǔ)。
   樓面活荷載設(shè)計值：4.0kN/m²、5.0kN/m²、6.0kN/m²，不上人屋面活荷載設(shè)計值：0.8kN/m²。

2 火災(zāi)現(xiàn)場調(diào)查及火場溫度判斷
   火災(zāi)后現(xiàn)場調(diào)查與勘察的內(nèi)容包括：大火燃燒范圍與位置，燃燒時間，可燃物質(zhì)，滅火或熄火方式，大火后現(xiàn)場殘留物變形形態(tài)以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形形態(tài)，收集判定火災(zāi)曾經(jīng)產(chǎn)生的最高溫度的依據(jù)。
大火燃燒范圍與位置：起火區(qū)位于一層1~16/E~N軸區(qū)域；火災(zāi)影響至1~22/A~V軸區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果，火災(zāi)影響區(qū)劃分為火焰燃燒區(qū)、高溫?zé)煔鈴浡^(qū)、煙氣彌漫區(qū)等不同程度火災(zāi)影響區(qū)域。
燃燒時間：從2009年11月29日10時左右起火到11時30分左右結(jié)束，歷時約1.5小時。可燃物質(zhì)：包裝泡沫材料等；滅火方式：消防水；火災(zāi)后殘留物狀態(tài)：整個廠房火焰燃燒區(qū)堆放的包裝泡沫材料燃燒殆盡，部分地面木支架未燃燒完全，部分懸掛鋼水管彎曲、變形，N軸處防火墻南側(cè)（火焰燃燒區(qū)側(cè)）粉刷層大面積脫落、局部嚴(yán)重處磚表面面層脫落、防火卷簾門框變形、扭曲軸火；靠近火焰燃燒區(qū)，伸縮縫處柱側(cè)木條，上部燃燒殆盡、下部熏黑；煙氣彌漫區(qū)域部分吊燈外露電線外皮燒焦、里面銅絲完好，伸縮縫處柱側(cè)木條均完好（外表熏黑），21~22軸間防火墻除熏黑外，基本完好。
    結(jié)構(gòu)構(gòu)件形態(tài)：火焰燃燒區(qū)大部分樓板板底粉刷層和混凝土脫落、鋼筋外露；靠近火焰燃燒區(qū)，部分樓板底粉刷層脫落、個別部位樓板混凝土脫落、鋼筋外露；煙氣彌漫區(qū)域樓板板底熏黑，部分板底粉刷層裂縫。火焰燃燒區(qū)大部分混凝土柱、梁粉刷層脫落、部分梁底、角部混凝土脫落，部分柱側(cè)面、角部混凝土脫落，個別部位梁、柱鋼筋外露；靠近火焰燃燒區(qū)，部分梁、柱粉刷層脫落；煙氣彌漫區(qū)域，梁、柱粉刷層熏黑。N軸防火墻和10~11/L~M軸處樓梯間墻體開裂、表面酥松嚴(yán)重。其中受火災(zāi)影響最顯著區(qū)域的柱上端、梁、板敲擊聲音發(fā)悶。
基于現(xiàn)場調(diào)查得到的火場特征，綜合判斷認(rèn)為，火災(zāi)主要影響區(qū)域為廠房西南側(cè)防火墻內(nèi)區(qū)域，火焰燃燒區(qū)大致為1~16/E~N軸區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)場檢測大致描述的火焰燃燒區(qū)示意見圖1。由于可燃物主要為包裝泡沫材料，材料堆放面積較大，且現(xiàn)場部分窗戶未安裝，室內(nèi)通風(fēng)較快，可燃材料燃燒速度較快、較充分，廠房內(nèi)火焰燃燒區(qū)構(gòu)件（柱上端、二層樓面梁、板底）表面溫度一般在500~700℃左右，最高處大于800℃，接近1000℃左右，煙氣彌漫區(qū)域構(gòu)件表面溫度一般在100~300℃左右。

3、現(xiàn)場檢查結(jié)果及分級評定

3.1 廠房完損狀況檢測
3.1.1圍護(hù)系統(tǒng)
（1）門窗系統(tǒng)：現(xiàn)場檢查，一層部分門窗未安裝，防火墻卷簾門損壞嚴(yán)重，窗框扭曲、變形。
（2）墻體：N軸處防火墻體，處于火焰燃燒區(qū)，受框架結(jié)構(gòu)在溫度作用下膨脹的推拉作用，破壞明顯，斜裂縫較多，大部分粉刷層脫落、局部砌塊表面酥松、脫落。西側(cè)外墻（1軸）近火焰燃燒區(qū)，部分墻體斜裂縫，梁、柱和墻體連接處發(fā)現(xiàn)開裂。21~22軸間防火墻體除粉刷層熏黑外，無明顯結(jié)構(gòu)損傷，南側(cè)外墻受框架結(jié)構(gòu)變形影響，局部發(fā)現(xiàn)斜裂縫。10~11/L~M軸處樓梯間墻體受損嚴(yán)重，表面酥松、脫落，開裂嚴(yán)重。
（3）屋面：因火勢未蔓延至二層，二層所有結(jié)構(gòu)（除樓面外）未受火災(zāi)直接影響。
3.1.2主體框架
火焰燃燒區(qū)一層梁、柱粉刷層脫落、部分角部和側(cè)面混凝土脫落、鋼筋外露，大部分梁、柱外露混凝土顏色為淺灰白，柱上端和梁側(cè)敲擊聲略顯發(fā)悶；近火焰燃燒區(qū)一層梁、柱粉刷層大部分脫落、個別部位角部和側(cè)面混凝土脫落，大部分梁、柱外露混凝土顏色為淺灰白、淺灰；煙氣彌漫區(qū)域一層梁、柱粉刷層部分脫落，外露粉刷層顏色為黑色、灰青，敲擊聲較響亮。
3.1.3樓板
火焰燃燒區(qū)二層樓板面層（上部約60厚建筑做法）上拱、開裂（呈龜狀裂紋），伸縮縫處面層上拱、變形較大（伸縮縫現(xiàn)場未封閉，火災(zāi)時為通風(fēng)口）。經(jīng)局部敲開樓板面層檢查，混凝土樓板自身裂縫較少，面層裂縫主要為溫度作用下自身變形所形成。火焰燃燒區(qū)二層樓板底部混凝土大面積脫落、鋼筋外露，粉刷層全部脫落，均不同程度喪失承載能力，外露混凝土顏色淺灰白、灰白、淺黃；靠近火焰燃燒區(qū)二層樓板底部混凝土部分脫落，粉刷層大部分脫落，承載能力有所降低，外露混凝土顏色淺灰、淺灰白；煙氣彌漫區(qū)域二層樓板底部混凝土粉刷層局部脫落、裂縫，承載能力略有影響，粉刷層外表顏色為黑色、淺灰。
 

 
3.2 廠房傾斜

根據(jù)現(xiàn)場條件，采用經(jīng)緯儀垂直投點法對房屋凸角棱線進(jìn)行了傾斜測量，由傾斜測量結(jié)果分析，廠房傾斜率較小，南北方向傾斜一致，整體朝南傾斜，由北朝南最大廠房傾斜率為1.8‰；由東向西最大傾斜率為2.3‰，最大傾斜率均小于規(guī)范允許值4‰。
經(jīng)現(xiàn)場檢測，該建筑傾斜率尚在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.3 樓面高差、二層樓面梁撓度、柱變形測量

現(xiàn)場采用水準(zhǔn)儀對二層樓面高差進(jìn)行測量。測量結(jié)果和現(xiàn)場檢查顯示，由于火災(zāi)影響，導(dǎo)致部分板面面層上拱變形明顯，樓板自身變形較小，面層上拱變形最嚴(yán)重處在近伸縮縫處。
現(xiàn)場在一層處采用水準(zhǔn)儀塔尺反頂法測量二層樓面梁撓度。測量結(jié)果顯示，樓面梁表現(xiàn)為輕微下?lián)希馂?zāi)嚴(yán)重區(qū)域下?lián)陷^為明顯，梁撓度最大為1/226，為中等變形。
現(xiàn)場在一層采用經(jīng)緯儀垂直投點法對部分檢測區(qū)域內(nèi)柱凸角棱線進(jìn)行了傾斜測量，由檢測結(jié)果分析，火焰燃燒區(qū)一層柱，東西方向總體朝西傾斜；南北方向總體以K軸處伸縮縫為界，縫北側(cè)柱朝北、縫南側(cè)柱朝南傾斜。初步判斷為火災(zāi)時，溫度作用下框架整體變形所致。

3.4 鋼筋抽查

現(xiàn)場截取火焰燃燒區(qū)12~13/L~(1/L)軸、12~13/J~(1/J)軸、3~4/(1/L)~(2/L)軸間二層樓板底部鋼筋、一層12/J軸處柱角部鋼筋、4/L~M軸、6/H~J軸處二層樓面梁底部鋼筋進(jìn)行拉伸試驗。鋼筋試驗結(jié)果顯示，原設(shè)計為HRB335直徑為18的鋼筋（柱鋼筋），其試驗結(jié)果屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求；原設(shè)計HRB400直徑為8和25的鋼筋（梁、板鋼筋），其試驗結(jié)果屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度均有不同程度降低，且均小于規(guī)范要求值，偏差在7.5%~36%之間。分析認(rèn)為，受混凝土保護(hù)層保護(hù)下的鋼筋，被火災(zāi)影響較小，驗算分析時可按照原設(shè)計強(qiáng)度考慮；保護(hù)層混凝土脫落處鋼筋被火災(zāi)影響較大，鋼筋抗拉強(qiáng)度均有不同程度降低。鋼筋拉伸試驗結(jié)果見表1。

表1 鋼筋拉伸試驗結(jié)果

構(gòu)件名稱	構(gòu)件位置	現(xiàn)場情況	屈服段拉力(kN)		極限抗拉強(qiáng)度(kN)		鋼筋直徑、型號
			實測值(MPa)	偏差(+/-)	實測值(MPa)	偏差(+/-)
板主筋	二層樓面 12~13/L~(1/L)軸	板底裸露鋼筋	255	-36%	395	-34%	?8
板主筋	二層樓面 12~13/J~(1/J)軸	板底裸露鋼筋	345	-14%	555	-7.5%	?8
板主筋	二層樓面 3~4/(1/L)~(2/L)軸	板底裸露鋼筋	305	-24%	490	-18%	?8
梁主筋	二層樓面 4/L~M軸	被混凝土包覆，混凝土略顯酥松	450	+13%	590	-1.7%	?25
梁主筋	二層樓面 6/H~J軸	被混凝土包覆，混凝土略顯酥松	455	+14%	620	+3.3%	?25
柱主筋	二層樓面  12/J軸	被混凝土包覆，混凝土略顯酥松	455	+36%	570	+12%	?18
注：鋼筋屈服強(qiáng)度，?為235 MPa、?為335MPa、?為400MPa；極限強(qiáng)度，?為310 MPa、?為510MPa、?為600MPa。表中“-”表示強(qiáng)度減弱，反之表示強(qiáng)度有富余

3.5混凝土強(qiáng)度、碳化情況檢測

現(xiàn)場采用回彈取芯綜合法對未過火區(qū)域、過火區(qū)域的梁、柱、板混凝土均進(jìn)行了測試，以了解混凝土在過火后的強(qiáng)度退化情況。現(xiàn)場測試時間為2009年12月7日~2009年12月9日，測試結(jié)果見表2~表3。根據(jù)加固改造設(shè)計資料，混凝土強(qiáng)度設(shè)計值為C30，根據(jù)現(xiàn)場實測，火焰燃燒區(qū)構(gòu)件表面混凝土退化較明顯，近火焰燃燒區(qū)次之，煙氣彌漫區(qū)域無明顯影響。從測試結(jié)果來看，混凝土強(qiáng)度受影響較明顯構(gòu)件為火焰燃燒區(qū)梁、樓板及柱上端。
受火災(zāi)影響的混凝土碳化深度，火焰燃燒區(qū)平均為4mm，煙氣彌漫區(qū)域構(gòu)件混凝土因未受明顯影響，且該混凝土為近期施工，其碳化深度平均為0~4mm左右。
從測試結(jié)果分析，受火災(zāi)影響，一層梁、板及柱上端表面混凝土回彈值降低較明顯，部分構(gòu)件表面混凝土已經(jīng)酥松、脫落；而構(gòu)件內(nèi)部混凝土受影響程度較小，其芯樣測試值較高，受火災(zāi)影響最明顯區(qū)域，原設(shè)計C30的混凝土芯樣抗壓試驗結(jié)果均在C25以上。受火災(zāi)影響，在火焰燃燒區(qū)，部分樓板底部大部分混凝土脫落，大部分梁、柱（上端）表面影響較明顯的混凝土厚度為25mm左右，加固時，需鑿除該部分混凝土。

                                                             表2 鉆芯檢測混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果

                                                              表3  混凝土碳化深度測量結(jié)果
 

3.6 廠房火災(zāi)后承載能力驗算與分析

3.6.1  驗算結(jié)果與分析
根據(jù)驗算結(jié)果，在混凝土強(qiáng)度略有降低情況下（C25以上），主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力均能滿足規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，二層樓板受火災(zāi)影響產(chǎn)生明顯開裂、上拱、混凝土脫落，部分構(gòu)件基本喪失承載能力；部分梁、柱構(gòu)件表面混凝土脫落、鋼筋外露，承載能力有所降低，需局部加固處理。
火災(zāi)影響較嚴(yán)重區(qū)域，梁負(fù)彎矩區(qū)段，由于梁底混凝土強(qiáng)度降低，使梁負(fù)彎矩區(qū)段的承載能力降低較顯著。該區(qū)域混凝土脫落現(xiàn)象不明顯，僅混凝土強(qiáng)度退化對梁段承載能力產(chǎn)生影響。負(fù)彎矩區(qū)段梁底混凝土應(yīng)適當(dāng)涂抹鋼絲網(wǎng)樹脂砂漿等修補(bǔ)材料，并適當(dāng)加大涂層厚度。鋼絲網(wǎng)面層應(yīng)與原結(jié)構(gòu)可靠拉接。
從驗算配筋與實際配筋分析，梁實際配筋比所需配筋量一般高10%以上，柱的配筋富余度更大一些。從試驗結(jié)果分析，火災(zāi)后梁、柱的鋼筋性能和混凝土性能，火焰燃燒區(qū)略有影響，近火焰燃燒區(qū)和煙氣彌漫區(qū)無明顯影響。

3.7 結(jié)構(gòu)構(gòu)件鑒定評級

根據(jù)現(xiàn)場檢查的情況、火場溫度判斷情況，及結(jié)構(gòu)安全分析結(jié)果，綜合評判火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全與完損程度。其中一層火焰燃燒區(qū)柱、頂部的梁，評級為Ⅱ_b，對火焰燃燒區(qū)域二層樓板，評級為Ⅱ_b~Ⅳ；對一層靠近火焰燃燒區(qū)柱、頂部的梁、二層樓面板，均評級為Ⅱ_a、Ⅱ_b；對煙氣彌漫區(qū)梁、柱、板均評級為Ⅱ_a。對一層圍護(hù)墻體，N軸處防火墻和10~11/L~M軸樓梯間墻體評級為Ⅲ，對火焰燃燒區(qū)處西側(cè)外墻評級為Ⅱ_b，對其余過煙處墻體評級為Ⅱ_a。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)火災(zāi)造成的影響主要表現(xiàn)在：火焰燃燒區(qū)墻體、門窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)受損明顯，樓板底部混凝土脫落、鋼筋外露，部分梁、柱角部、側(cè)面混凝土脫落；煙氣彌漫區(qū)域部分樓板底粉刷層脫落、裂縫，梁、柱、墻體粉刷層熏黑。
(2)由于火災(zāi)影響，導(dǎo)致部分樓面面層上拱變形明顯，樓板自身變形較小，面層上拱變形最嚴(yán)重處為伸縮縫處；樓面梁表現(xiàn)為輕微下?lián)希馂?zāi)嚴(yán)重區(qū)域下?lián)陷^為明顯，為中等變形；火焰燃燒區(qū)一層柱，東西方向總體朝西方向傾斜；南北方向總體以K軸處伸縮縫為界，縫北側(cè)柱朝北、縫南側(cè)柱朝南傾斜。
(3)驗算分析表明，二層樓板受火災(zāi)影響產(chǎn)生明顯開裂、上拱、混凝土脫落，部分構(gòu)件基本喪失承載能力；部分梁、柱構(gòu)件表面混凝土脫落、鋼筋外露，承載能力有所降低，需局部加固處理；火災(zāi)影響較嚴(yán)重區(qū)域，梁負(fù)彎矩區(qū)段，由于梁底混凝土強(qiáng)度降低，使梁負(fù)彎矩區(qū)段的承載能力降低較顯著，需局部加固處理。除火焰燃燒區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)件外，主體結(jié)構(gòu)承載能力可滿足規(guī)范要求。
(4) 一層火焰燃燒區(qū)柱、頂部的梁，評級為Ⅱ_b，對火焰燃燒區(qū)域二層樓板，評級為Ⅱ_b~Ⅳ；對一層靠近火焰燃燒區(qū)柱、頂部的梁、二層樓面板，均評級為Ⅱ_a、Ⅱ_b；對煙氣彌漫區(qū)梁、柱、板均評級為Ⅱ_a。對一層圍護(hù)墻體，N軸處防火墻和10~11/L~M軸樓梯間墻體評級為Ⅲ，對火焰燃燒區(qū)處西側(cè)外墻評級為Ⅱ_b，對其余過煙處墻體評級為Ⅱ_a。

4.2 處理意見及建議

(1)恢復(fù)建筑的圍護(hù)系統(tǒng)，包括墻體、門窗等。其中損壞的門窗需更換。
對受損可采用清除墻體粉刷層后用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿罩面的方法加固，對受損嚴(yán)重的墻體拆除后重新砌筑。
(2)對受損嚴(yán)重、評級為Ⅳ級的的樓板直接拆除后重新施工處理，重新施工時，板底鋼筋應(yīng)加強(qiáng)；對受損嚴(yán)重評級為Ⅲ級的樓板（鋼筋暴露、板面開裂），可采取拆除后重新施工或去除表面酥松混凝土后加固處理等方案。對受損明顯的樓板（評級為Ⅱ_b），可采取除污后修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)，并在板底適當(dāng)粘貼碳纖維布，以提高其承載能力，對其余樓板可去除表面污漬后粉刷修復(fù)使用。對發(fā)現(xiàn)變形和開裂處二層樓面面層進(jìn)行鏟除后重新施工處理，重新施工時，新做面層需和原有樓板板面結(jié)合牢靠。
(3)對受損嚴(yán)重的梁、柱（評級為Ⅱ_b），可采取清除表面酥松混凝土后采用修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)表面，并可適當(dāng)貼梁底碳纖維布及U型箍和柱側(cè)碳纖維布箍，提高其耐久性及表面抗裂能力，對受損較嚴(yán)重梁、柱（角部混凝土脫落較多，局部露筋）可采取鑿除表面強(qiáng)度退化較嚴(yán)重混凝土后擴(kuò)大截面或涅式包鋼法加固。受火災(zāi)影響顯著的梁負(fù)彎矩區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)涂抹鋼絲網(wǎng)樹脂砂漿等修補(bǔ)材料，并適當(dāng)加大涂層厚度，鋼絲網(wǎng)面層應(yīng)與原結(jié)構(gòu)可靠拉接。對受損較輕的梁、柱（評級為Ⅱ_a）進(jìn)行粉刷層修復(fù)。
(4)對其余框架柱、梁、板，混凝土粉刷層脫落的予以重新粉刷；清除表面污物，按原設(shè)計要求恢復(fù)裝飾面。

5 結(jié)語

1)火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的影響主要在火焰燃燒區(qū)，鋼材影響最明顯，混凝土影響較小。
2)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)鑒定主要通過災(zāi)后現(xiàn)場殘留物的形態(tài)判斷火災(zāi)溫度場，并通過對結(jié)構(gòu)材料性能的變化和理論計算等對結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行綜合評定并制定合理、經(jīng)濟(jì)的加固方案。