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阅读 2267 次 建筑物火灾后结构安全性鉴定与加固

摘要:近年来,由于防护措施不到位或疏忽而导致的燃气泄漏,电器线路老化、易燃物存放不当以及施工现场的一些火灾隐患,使得大量建筑物遭受到了火灾的严重破坏,为了查明建筑物的破坏程度,必须对建筑物的受损情况进行详细检查,弄清建筑物受损部位和受损程度。根据现场检查,分析灾害前后结构的受力状况,对结构受损程度提出正确评估,以便确定建筑物的修复加固方案,保证结构的安全。...

建筑物火灾后结构安全性鉴定与加固

李斌  张鹏  沈林凤  商钰  王龙海

1西安印钞有限公司,西安7100772陕西省建筑科学研究院,西安710082

    近年来,大部分地区的建筑物遭到火灾、爆炸等人为灾害破坏,特别是大中城市中人流密集的区域是这些人为灾害最易发生的地方,这些地方一旦发生灾害,其损失不言而喻,那么为了将损失程度降到最小就要及时对建筑物进行安全性鉴定与加固修复。根据灾后建筑结构遭到损害程度的不同,有的需要简单修复或需要进行加固,有的则需要拆掉重建,而在工作实践中经常要接触到类似情况。本文简单的介绍目前常用的建筑结构的检测与加固方法和程序。

一、建筑物火灾损伤和破坏机理

    对建筑结构实施科学的鉴定和加固,首先必须了解灾害对建筑结构造成的损伤和破坏机理。

    在火灾中,混凝土构件在高温条件下其混凝土和钢筋都会受到影响。影响程度不仅取决于混凝土构件的材料性能和设计因素,,水泥品种、水灰比、骨料种类、水泥含量和钢筋保护层厚度等,而且还取决于火灾的温度和其持续时间的长短。在温度达到300℃时,混凝土构件的损伤并不严重,强度没有大幅度降低,但在更高温度时将会有很大影响。当温度超过500℃时强度损失很严重。在一般的火灾中温度通常都达到或超过800~900,此时混凝土表面严重破坏,将出现表面混凝土剥落现象,剥落程度取决于受热表面与内部冷区的温度差的大小(和灭火方式也有很大关系)。通常火灾后混凝土表面会发黄、变黑,将表层剥去后就会露出白色混凝土和许多随机裂缝,大多数裂缝较浅,但有些却很深甚至穿过骨料,这是由于钢筋的热膨胀系数大于混凝土的热膨胀系数,致使钢筋膨胀使混凝土开裂,特别是配筋密集的构件和部位这种现象更为明显。

    同时,过火后混凝土会显示颜色变化,这种变化不是永久的,它能反映出火灾时所达到的最高温度。这样,依据颜色也大致能判断出其残余强度。通常混凝土颜色显浅粉色时其强度就值得怀疑,显浅灰色时很可能表现脆性并多孔。在钢筋受热膨胀及施工荷载作用下,结构水平构件很可能出现较大位移,并且钢筋的力学性能也可能变化。

二、建筑结构火灾后鉴定

    建筑结构加固前的鉴定工作十分重要,它可以避免加固中的盲目性。但是,通过检测所作的鉴定只能大概地确定结构的现状。为此,鉴定检测工作必须尽可能多的调查、实测资料,以便对结构的现状作出较客观的判断。鉴定工作包括资料收集、现状的检测、抗力的验算和加固的建议。

    2.1资料收集

    对建筑物的情况详细地进行调查,包括建筑结构图纸、建造年代、上部结构概况、基础结构及地质资料、荷载状况、施工概况、火作用的调查等。

    2.2现状的检测具体到建筑结构材料的检测

    回弹法:用回弹仪弹击混凝土表面,由反射面的硬度决定回弹值。在混凝土表面存在石子、水泥石和水泥胶体,当水泥标号较高时,水泥石强度高,回弹值也高,混凝土强度也高。

    拉拔法:通过专门的工具锚人混凝土中,通过抗压强度推算抗拉强度以评定其质量。

    超声法:在正常混凝土中弹性模量与强度有稳定的关系,超声波通过发射、接收装置测出波速,波速可以通过材料弹性模量进而评定其强度。

    钻进法:在恒压下用等速冲击钻钻入混凝土表面,由钻进速度确定混凝土的内在质量。

    岩芯取样法:是一种较好的强度测量方法,但取芯太小影响测量,取芯太大易加大损害。

    动力法:通过激振或脉冲动测出结构的动力特性,由频率可以确定弹性模量,进而评定其强度:

    现场结构加载试验:是一种费用较高的检测方法,一般要加到超过设计荷载的5%~10%,但要小于极限荷载,否则易引起结构损坏。

    敲击法: 回弹法和钻芯法是基本的检测方法,可以定量地测出混凝土的强度变化数值,在具体确定加固范围、加固深度时,又采用敲击法验证。

    上述方法,由于检测工具、操作方法等原因,检测结果往往有较大差异,需要采用“综合评定”和“对比评定”的方法来提高检测效率和可靠性。

    2.3抗力的验算 

    对现有结构的抗力进行验算,以确定加固的水平:

    (1)结构材料的现有强度,灾后要考虑材料的强度折减和沿截面分布。

    (2)结构现有的实际刚度.这对确定超静定结构的弯矩分布至关重要。

    (3混凝土结构以实际配筋按规范验算抗力和提供允许荷载值.用混凝土加固砌体结构时,按砌体规范验算其抗力。

    (4)当结构无法测定其配筋时,可根据现有荷载及结构裂缝和变形状况进行抗力验算各项资料及检测数据收集齐全后,才能根据加固要求、结构现状的可能性、施工场地及条件、材料供应的可能性等,作出鉴定结论.提出一个或几个方案,从而进行加固设计。

三、建筑结构的加固和修复

    3.1损伤程度大致可以分为下列几类:

    (1)轻度损害:在局部范围内的表面损害,边沿剥落和产生裂缝;

    (2)中度损害:结构部件没有塑性变形,但有严重的截面损害以及钢筋强度降低;

    (3)在单个建筑部件和结构范围中的严重损害:承重构件部分或完全失去作用,但不致倒塌。

    3.2受损构件的修复加固

    修复加固设计应简单易行、安全可靠、经济合理;要注意被加固构件的节点构造和施工方法,保证加固部分与原结构共同工作并考虑加固对建筑物总体应力变化的影响。

    在确定方案时有两种倾向值得注意:

    (l)掉以轻心。认为灾后构件并未完全丧失承载力,未考虑隐患对构件长期使用的影响,不予认真处理。

    (2)过于保守。任意加大处理范围,任意决定“打掉重建”。其实,“打掉重建”有时是不安全的,比如连续梁,随意打掉某一跨就会对相邻跨的内力分布产生不利影响。

    由于修复加固的构造及施工方法与正常建设时不同,故必须强调精心施工,确保质量。如某一框架梁用“加大截面法”修复加固,要求在原构件表面外包5cm左右一层混凝土,施工难度较大,需采用专门的施工设备和工艺,如用小直径振捣棒振捣或用人工插捣等。

    3.3结构加固方法

    (1)各种结构加固方法的原则是,铲除损坏的混凝土,必要时加钢筋来保证结构部件具有完全的承载力,按照需要的尺寸用相应的混凝土给截面复原,加固可采用置换、绕丝、粘钢和粘玻璃钢等方式。对于不影响结构部件的承载能力的轻度损害,只要铲除松弛的混凝土部分,再进行填补,作好混凝土表面,以保证钢筋不受锈蚀。如果钢筋强度降低,需要置放附加钢筋。最后用相应强度的新混凝土给截面复原。新、旧混凝土之间必须有良好结合,钢筋必须有良好结合,并且握裹力强另外采用粘结钢和玻璃钢结合的方法有很大的优越性,根据结构部件的不同。大多采用喷射混凝土或者模板浇注,严重损害应该根据现场情况个别处理。

    (2)各类建筑部件的加固有不同的特点

    柱,柱子的加固一般是采用安放圈套进行的,圈套尺寸的选择应保证能有足够地方放置附加钢筋,并能顺利浇灌混凝土:圈套大都做成模板,柱子较高时可分节制作,加固时铲去全部受损松弛的混凝土,保证柱子中不留内部裂缝,必要时采取加支架等安全措施。柱子的加固还应按照应力要求放置附加钢筋,要采用细钢筋做箍筋,布置密度要大。

    梁,特别是板梁大多总是在底部开裂,即破坏主要在受拉区。由于混凝土层剥落,常使钢筋外露,加固时应加必要的附加钢筋。在铲除松弛受损的混凝土层后,再将附加筋放置到梁上,保证附加钢筋的良好锚接:另外在梁上应优先采用喷射混凝土。

    板,在板上可能有两种情况:一是混凝土覆盖层不能保持住;二是下面的钢筋可能外露,在一些地方混凝土与钢筋之间不存在任何联接。这两种情况下都应高度注意钢筋的强度,要配置足够的附加钢筋,或采用碳纤维布对受拉区加固。砌体等其它建筑构件的加固也应按类似的方法进行。

四、结束语

    本文简单的介绍了火灾对建筑结构造成损害的机理和破坏作用,阐述了建筑结构火灾后的鉴定和检测方法,以及建筑结构加固和修复的方法,为类似的灾后检测鉴定及加固修复工作提供借鉴依据和参考。

    [1] 王布斗;建筑物经火灾后的破坏机理及检测和修复技术;山西科源建筑科研检测有限公司; 科技情报开发与经济;2005

    [2] 张鑫李安起赵考重; 建筑结构鉴定与加固改造技术的进展; 山东建筑大学建筑结构鉴定加固与改造省重点实验室; 工程力学 2011

    [3] 陆添华; 建筑结构灾后检测与加固; 江苏省南通市建筑工程质量检测中心; 中华民居 ;2010

(本文来源:陕西省土木建筑学会     文径网络:吕琳琳  尹维维 编辑    刘真 文径 审核)

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