第九章 火灾后建筑结构鉴定与加固

第九章火灾后建筑结构鉴定与加固•第一节火灾后建筑结构鉴定的程序与内容•第二节火灾对建筑结构性能的影响•第三节火灾后建筑结构检测•第四节火灾后损伤结构的修复与加固返回第一节火灾后建筑结构鉴定的程序与内容•一、火灾后建筑结构鉴定的程序•建筑物发生火灾后应及时进行鉴定，检测人员应到现场调查所有过火房间和整体建筑物。对有垮塌危险的结构构件，应首先采取防护措施。建筑结构火灾后的鉴定程序，可根据结构鉴定的需要，分为初步鉴定和详细鉴定两个阶段，如图９-１所示。•二、火灾后建筑结构鉴定的内容•１．初步鉴定•初步鉴定应包括下列内容：•（１）现场初步调查。现场勘察火灾残留状况；观察结构损伤严重程度；了解火灾过程；制订检测方案。下一页返回第一节火灾后建筑结构鉴定的程序与内容•（２）火灾作用调查。根据火灾过程、火场残留物状况初步判断结构所受的温度范围和作用时间。•（３）查阅分析文件资料。查阅火灾报告、结构设计和竣工等资料，并进行核实。对结构所能承受火灾作用的能力作出初步判断。•（４）结构观察检测、构件初步鉴定评级。根据结构构件损伤状态特征进行结构构件的初步鉴定评级。•（５）编制鉴定报告或准备详细检测鉴定。对损伤等级为级、级的重要结构构件，应进行详细鉴定评级。对不需要进行详细检测鉴定的结构，可根据初步鉴定结果直接编制鉴定报告。•２．详细鉴定•详细鉴定应包括下列内容：上一页下一页返回第一节火灾后建筑结构鉴定的程序与内容•（１）火灾作用详细调查与检测分析。根据火灾荷载密度、可燃物特时间曲线；也可根据材料微观特征判断受火温度。•（２）结构构件专项检测分析。根据详细鉴定的需要做受火与未受火结构的材质性能、结构变形、节点连接、结构构件承载能力等专项检测分析。•（３）结构分析与构件校核。根据受火结构的材质特性、几何参数、受力特征进行结构分析计算和构件校核分析，确定结构的安全性和可靠性。上一页下一页返回第一节火灾后建筑结构鉴定的程序与内容•（４）构件详细鉴定评级。•根据结构分析计算和构件校核分析结果进行结构构件的详细鉴定评级。•（５）编制详细检测、鉴定报告。对需要再做补充检测的项目，待补充检测完成后再编制最终鉴定报告。•３．鉴定报告•鉴定报告应包括下列内容：•（１）建筑、结构和火灾概况。•（２）鉴定的目的、内容、范围和依据。上一页下一页返回第一节火灾后建筑结构鉴定的程序与内容•（３）调查、检测、分析的结构（包括火灾作用和火灾影响调查检测分析结果）。•（４）结构构件烧灼损伤后的评定等级。•（５）结论与建议。•（６）附件。上一页返回第二节火灾对建筑结构性能的影响•一、火灾后对建筑结构火灾温度的确定•（１）取构件表面混凝土的烧伤层，在电镜下进行混凝土内部结构和矿物成分变化分析，判定火灾温度。•（２）根据现场残留物和混凝土结构颜色的调查结果判定火灾温度。•（３）根据混凝土结构内钢筋的强度损失和混凝土烧伤深度判定火灾温度。•二、火灾温度对建筑结构的影响•在火灾（高温）作用下，建筑材料的性能会发生重大的变化，从而导致构件变形和结构内力重分布，大大降低结构的承载力。下一页返回第二节火灾对建筑结构性能的影响•因此，总结、完善火灾对钢筋及混凝土材料物理力学性能的退化规律，是开展混凝土结构抗火性能及火灾后损伤评估与修复研究的基础。•１．高温对混凝土性能的影响•（１）强度。在进行初步调查后，根据火场温度确定的混凝土构件灼烧温度，可按表９-１~表~９-３的抗压强度折减系数确定火灾后混凝土构件的实际强度。•（２）混凝土的弹性模量。试验研究表明，随着温度升高，混凝土的弹性模量一般呈线性迅速下降。因为在高温条件下，混凝土出现裂缝，组织松弛，空隙失水，造成变形过大，弹性模量降低。另外，混凝土加热并冷却到室温时测定的弹性模量比热态时测定的弹性模量要小。高温自然冷却后，混凝土弹性模量折减系数按表９-４确定。上一页下一页返回第二节火灾对建筑结构性能的影响•２．高温对钢筋性能的影响•（１）强度。•１）常用的普通低碳钢筋，温度低于２００℃时，钢筋的屈服强度没有显著下降，屈服台阶随温度的升高而逐渐减小；温度约为３００℃时，屈服台阶消失，此时其屈服强度可按０．２％的残余变形确定；温度在４００℃以下时，由于钢材在２００℃~３５０℃时的蓝脆现象，其强度比常温时略高，但塑性降低；温度超过４００℃时，强度随温度升高而降低，但是其塑性增加；温度超过５００℃时，钢筋强度降低５０％左右；温度约７００℃时，钢筋强度降低８０％以上。上一页下一页返回第二节火灾对建筑结构性能的影响•２）低合金钢在３００℃以下时，其强度略有提高，但塑性降低；超过３００℃时，其强度降低而塑性增加。低合金钢筋强度降低幅度比普通低碳钢筋小。•ＨＰＢ２３５钢筋、ＨＲＢ３３５钢筋和冷拔钢丝高温时及高温冷却后的强度折减系数按表９-５和表９-６确定。•（２）钢筋的弹性模量。试验研究表明，钢筋弹性模量是一个比较稳定的物理量，虽然随着温度的升高而降低，但与钢材的种类及钢筋的级别关系不大。已有研究表明，钢筋在火灾后的弹性模量无明显变化，可取常温时的值。上一页返回第三节火灾后建筑结构检测•一、火灾后对混凝土结构烧损程度的检测•根据火灾后对结构的检查、火灾温度及火灾持续时间的推定，可以判断构件材料的变化和承载能力。对建筑结构火灾后受损程度进行评定，是对火灾后建筑物进行修复与加固的前提。•火灾后，对混凝土结构烧损程度的检测标准如图９-３所示。•二、火灾后对砌体结构的检测•１．砌体的残余强度检测•高温会对砌体强度造成一定影响。砌体强度的检测，可直接从灾情严重的烧伤区挖取一定数量的砖块进行抗压强度试验。下一页返回第三节火灾后建筑结构检测•２．砖块损坏检测•在火灾温度不高时，砖块所受影响不大。当火灾温度大于８００℃时，砖块强度约为原强度的５４％，质地疏松。•３．灰缝损坏检测•遭受火灾时，灰缝通常比砌块更容易受损。特别是用水冲刷时，有时会把处于脱水状态下的砂浆冲下来。在实际生活中，当遭受严重火灾时，虽然灰缝损坏部分的深度一般不超过２０ｍｍ，但灰缝会变软、粉化，４００℃冷却后的残余强度为常温的７０％，８００℃冷却后的残余强度为常温的１０％。上一页下一页返回第三节火灾后建筑结构检测•４．变形检测•检测砌体结构的表面裂缝、面层剥落或其他表面损害，以确定是否对结构造成影响。总的来说，没有过度变形、挠曲、位移或大裂缝的砌体都可以修补，而无须拆除重建。若出现上述缺陷，表明构件的承载能力可能已经降低，需要换置新的构件。•三、火灾后对钢结构的检测•火灾后对钢结构的外观检测内容如下：•（１）连接与构造。火灾可能引起支承连接、节点连接损伤，高温还能导致焊缝、铆钉、螺栓产生变形、滑移、松动，这些因素对钢结构构件的整体性、承载力会产生严重影响，应仔细检查，确定损伤程度、变形程度。上一页下一页返回第三节火灾后建筑结构检测•（２）结构变形。结构变形对结构构件产生不利影响，过大的变形还会使结构丧失承载能力。对于工字形、槽形截面钢梁翼缘腹板、钢屋架，应观察其大火后可能发生的翘曲或侧向弯曲变形；对于钢屋架杆件、钢柱，应观察其可能发生的翘曲或屈曲变形。•（３）涂装层。火灾后现场检查时，应注意观察结构构件表面涂装层（如油漆）受火燃烧后的颜色变化、迎火面与背火面油漆颜色的区别，为判断大火的温度及确定钢结构材料火灾后的强度提供依据。上一页返回第四节火灾后损伤结构的修复与加固•一、火灾后损伤结构的修复与加固设计原则•（１）修复、加固设计时，要尽量保证加固措施能与原结构共同工作。•（２）对上层结构加固后，检查下层结构及地基基础等能否承受由上层加固所增加的荷载。•（３）检查按所选择的加固方案施工是否会对其他构件产生不利影响。因为施工过程中，拆卸危险构件和凿除烧酥层时的敲击振动，常常会使相邻构件损伤程度增加。•（４）修复、加固方法应简单易行、安全可靠、经济合理。修复、加固工作是在原有建筑上进行的，因此应选择施工方便的修复、加固方法。下一页返回第四节火灾后损伤结构的修复与加固•在制订修复、加固设计方案时，应考虑加固时和加固后建筑物的总体效应。•（５）检查对某些构件加固后是否会改变建筑物的动力特性，而影响整幢建筑物的抗震性能。•（６）修复、加固设计时，应尽量保留原有结构，减少拆除工程量。•二、火灾后结构修复与加固材料的选取原则•（１）加固用水泥宜选用普通硅酸盐水泥，强度等级不应低于４２．５级。•（２）加固用钢材一般选用ＨＰＢ３００级、ＨＲＢ３３５级钢；钢绞线应选用高强低松弛的１８６０级钢绞线。上一页下一页返回第四节火灾后损伤结构的修复与加固•（３）加固用混凝土强度等级应比原结构混凝土强度等级高一级，且不宜低于Ｃ２０级。•（４）粘结材料及化学灌浆料的粘结强度应高于被粘结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度。•三、火灾后结构修复与加固的施工顺序•（１）根据结构受损程度，按设计要求在梁和板底部位设置安全支撑，以免在修复、加固的施工过程中使构件受损程度增加，甚至断裂、倒塌。•（２）铲除板底原粉刷层，凿除其烧酥层，进行烧伤层处理及截面复原工作。上一页下一页返回第四节火灾后损伤结构的修复与加固•（３）铲除梁、柱原粉刷层，凿除其烧酥层，进行烧伤层处理及截面复原工作。•（４）对柱进行结构加固施工。•（５）对主梁进行结构加固施工。•（６）对连系梁进行结构加固施工。•（７）对楼板进行结构加固施工。•（８）对梁、柱、楼板底面、墙面作水泥砂浆粉刷。•（９）建筑装饰施工。上一页下一页返回第四节火灾后损伤结构的修复与加固•四、结构表面烧伤层修复处理•遭受火灾的混凝土构件表面往往存在混凝土烧酥、爆裂、剥落、露筋、开裂等损伤，对这类结构表面烧伤层的修复、加固，需按结构烧损程度进行表面处理。对轻度受损构件，火灾后仅需进行烧伤层处理；对中度和严重受损构件，先进行烧伤处理，然后进行结构加固。烧伤层处理主要包括烧酥、爆裂、剥落层处理和裂缝处理两方面的工作。上一页返回图9-1火灾后结构鉴定程序返回表9-1混凝土高温时抗压强度折减系数下一页返回表9-2高温混凝土自然冷却后抗压强度折减系数上一页下一页返回表9-3高温混凝土冷却后抗压强度折减系数上一页返回表9-4高温自然冷却后混凝土弹性模量折减系数返回表9-5高温时钢筋强度折减系数返回表9-6HRB335钢筋高温冷却后强度折减系数返回图9-3火灾后对混凝土结构烧损程度的检测标准返回