建筑加固

摘要：建筑物遭受火災(zāi)后，除查明起火原因外，還必須對(duì)建筑物的受損程序進(jìn)行詳細(xì)檢查。弄清火災(zāi)規(guī)模的大小和范圍，建筑物受損部位和受損程度，根據(jù)火場各處溫度，分析失火時(shí)和失火后結(jié)構(gòu)的狀況，對(duì)結(jié)構(gòu)受損程度提出正確評(píng)估，以便確定建筑物的修復(fù)加固方案，保證結(jié)構(gòu)的安全，本文分析了火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成損害的機(jī)理和破壞作用。介紹了鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的鑒定和檢測方法，以及不同火災(zāi)損害情況建筑結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)的方法步驟。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu) 檢測 加固 修復(fù)

引言：縱觀世界各國火災(zāi)發(fā)生規(guī)律.建筑火災(zāi)一般要占火災(zāi)總數(shù)的60%左右，而居住建筑火災(zāi)在建筑火災(zāi)中所占比例則更高，就此類火災(zāi)而言.建筑結(jié)構(gòu)均遭到不同程度的損害，有的需要簡單修復(fù)或需要進(jìn)行加固，有的則需要拆掉重建。目前，由于國際建筑結(jié)構(gòu)災(zāi)害工程學(xué)剛剛起步，現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的檢測與加固工作尚不規(guī)范，而在消防監(jiān)督工作實(shí)踐中經(jīng)常要接觸到類似情況，本文粗淺的介紹目前通用的建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的檢測與加固方法和程序。

1火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)損害的機(jī)理和破壞作用

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施科學(xué)的檢測和加固，首先必須了解火災(zāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成損害的機(jī)理和破壞作用?；炷潦且运酁槟z凝材料，加粗骨料(石子)、細(xì)骨料(砂)、摻和料、外加劑等用水和，硬化而成的人工石。它在火作用下的機(jī)理可歸納為以下三個(gè)方面:第一，表面受火處溫度升高比內(nèi)部快，內(nèi)外溫差引起混凝土開裂?；馂?zāi)時(shí)，混凝土中各種水分迅速汽化，體積明顯膨脹，沖破障礙迅速逃逸，導(dǎo)致強(qiáng)度下降;第二，水泥石受熱分解，使膠體的粘結(jié)力破壞，出現(xiàn)裂縫，表面發(fā)毛、起砂、呈蜂窩狀、出現(xiàn)龜裂、邊角潰散脫落等現(xiàn)象;第三，骨料和水泥石間的熱不相容，水泥石受拉，骨料受壓，導(dǎo)致應(yīng)力集中和微裂縫的開展。破壞的程度取決于溫度升高的速率、最高溫度和火作用持續(xù)的時(shí)間:當(dāng)溫度低于500℃時(shí)，澆水冷卻的混凝土強(qiáng)度低于自然冷卻后的強(qiáng)度，而高于600℃時(shí)，澆水冷卻后的強(qiáng)度高于自然冷卻后的強(qiáng)度火對(duì)鋼材的主要影響，表現(xiàn)在原子熱振動(dòng)加劇并擴(kuò)散.產(chǎn)生軟化，到一定程度后可抵消硬化的影響。高溫時(shí)，原子間的結(jié)合力也有所降低.從而增加滑移變形，減少了抗滑能力。在1 400℃時(shí)，鋼筋進(jìn)人液態(tài)，失去了抵抗荷載的能力。火災(zāi)時(shí)，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度隨溫度升高呈下降趨勢，且對(duì)光圓鋼筋的影響比螺紋鋼筋更為突出?；馂?zāi)對(duì)砌體的作用由磚塊材質(zhì)和砂漿性能決定，砂漿的彈性模量比磚的彈性模量小，熱膨脹比磚大，因而在高溫受壓時(shí)產(chǎn)生比磚塊更大的橫向變形。

2建筑結(jié)構(gòu)的災(zāi)后檢測

建筑結(jié)構(gòu)加固前的檢測十分重要，它可以避免加固中的盲目性。但是，通過檢測所作的鑒定只能大概地確定結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。為此，鑒定檢測工作必須盡可能多的調(diào)查、實(shí)測資料，以便對(duì)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀作出較客觀的判斷。鑒定工作包括資料收集、現(xiàn)狀的檢測、抗力的驗(yàn)算和加固的建議。

2.1資料的收集即對(duì)建筑物的情況詳細(xì)地進(jìn)行調(diào)查，包括建筑結(jié)構(gòu)圖紙、建造年代、上部結(jié)構(gòu)概況、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)資料、荷載狀況、施工概況等。

2.2現(xiàn)狀的檢測具體到建筑結(jié)構(gòu)材料的檢測，主要有:

2.2.1回彈法:用回彈儀彈擊混凝土表面，由反射面的硬度決定回彈值。在混凝土表面存在石子、水泥石和水泥膠體，當(dāng)水泥標(biāo)號(hào)較高時(shí)，水泥石強(qiáng)度高，回彈值也高，混凝土強(qiáng)度也高。

2.2.2拉拔法:通過專門的工具錨人混凝土中，通過抗壓強(qiáng)度推算抗拉強(qiáng)度以評(píng)定其質(zhì)量。

2.2.3超聲法:在正?；炷林袕椥阅Ａ颗c強(qiáng)度有穩(wěn)定的關(guān)系，超聲波通過發(fā)射、接收裝置測出波速，波速可以通過材料彈性模量進(jìn)而評(píng)定其強(qiáng)度。

2.2.4鉆進(jìn)法:在恒壓下用等速?zèng)_擊鉆鉆入混凝土表面，由鉆進(jìn)速度確定混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。

2.2.5巖芯取樣法:是一種較好的強(qiáng)度測量方法，但取芯太小影響測量，取芯太大易加大損害。

2.2.6動(dòng)力法:通過激振或脈沖動(dòng)測出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，由頻率可以確定彈性模量，進(jìn)而評(píng)定其強(qiáng)度:

2.2.7現(xiàn)場結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn):是一種費(fèi)用較高的檢測方法，一般要加到超過設(shè)計(jì)荷載的5%~10%，但要小于極限荷載，否則易引起結(jié)構(gòu)損壞。

2.2.8敲擊法: 回彈法和鉆芯法是基本的檢測方法，可以定量地測出混凝土的強(qiáng)度變化數(shù)值。由于這兩種方法的檢測點(diǎn)有限，而結(jié)構(gòu)各部位的火災(zāi)溫度相差很大，且沒有規(guī)律，所以當(dāng)測得數(shù)據(jù)后，在具體確定加固范圍、加固深度時(shí)，又往往采用敲擊法驗(yàn)證。混凝土抗壓強(qiáng)度與敲擊后的狀況見。

上述方法，由于檢測工具、操作方法等原因，檢測結(jié)果往往有較大差異，需要采用“綜合評(píng)定”和“對(duì)比評(píng)定”的方法來提高檢測效率和可靠性。

發(fā)生火災(zāi)后，首先應(yīng)由業(yè)主會(huì)同消防、設(shè)計(jì)、質(zhì)檢等部門對(duì)建筑物受損情況進(jìn)行調(diào)查及檢測，主要內(nèi)容應(yīng)包括:火災(zāi)溫度，結(jié)構(gòu)材料性能，受損結(jié)構(gòu)外觀及變形情況等見。

2.3抗力的驗(yàn)算

對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗力進(jìn)行驗(yàn)算，以確定加固的水平：

2.3.1結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)有強(qiáng)度，火災(zāi)后要考慮材料的強(qiáng)度折減和沿截面分布。

2.3.2結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的實(shí)際剛度.這對(duì)確定超靜定結(jié)構(gòu)的彎矩分布至關(guān)重要。

2.3.3混凝土結(jié)構(gòu)以實(shí)際配筋按規(guī)范驗(yàn)算抗力和提供允許荷載值.用混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)時(shí)，按砌體規(guī)范驗(yàn)算其抗力。

2.3.4當(dāng)結(jié)構(gòu)無法測定其配筋時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)有荷載及結(jié)構(gòu)裂縫和變形狀況進(jìn)行抗力驗(yàn)算各項(xiàng)資料及檢測數(shù)據(jù)收集齊全后，才能根據(jù)加固要求、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的可能性、施工場地及條件、材料供應(yīng)的可能性等，作出鑒定結(jié)論.提出一個(gè)或幾個(gè)方案，從而進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

3建筑結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)

3.1火災(zāi)損害大致可以分為下列幾類:

①輕度損害:在局部范圍內(nèi)的表面損害，邊沿剝落和產(chǎn)生裂縫;

②中度損害:結(jié)構(gòu)部件沒有塑性變形，但有嚴(yán)重的截面損害以及鋼筋強(qiáng)度降低;

③在單個(gè)建筑部件和結(jié)構(gòu)范圍中的嚴(yán)重?fù)p害:承重構(gòu)件部分或完全失去作用，但不致倒塌;

④.化學(xué)損害:目前最重要的情況是聚氯乙烯燃燒氣體對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。

3.2受損構(gòu)件的修復(fù)加固

3.2.1基本原則

修復(fù)加固設(shè)計(jì)應(yīng)簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理;要注意被加固構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工方法，保證加固部分與原結(jié)構(gòu)共同工作并考慮加固對(duì)建筑物總體應(yīng)力變化的影響。

在確定方案時(shí)有兩種傾向值得注意:

(l)掉以輕心。認(rèn)為火災(zāi)后構(gòu)件并未完全喪失承載力，未考慮火災(zāi)隱患對(duì)構(gòu)件長期使用的影響，不予認(rèn)真處理。

(2)過于保守。任意加大處理范圍，任意決定“打掉重建”。其實(shí)，“打掉重建”有時(shí)是不安全的，比如連續(xù)梁，隨意打掉某一跨就會(huì)對(duì)相鄰跨的內(nèi)力分布產(chǎn)生不利影響。

3.2.2確保施工質(zhì)量

由于修復(fù)加固的構(gòu)造及施工方法與正常建設(shè)時(shí)不同，故必須強(qiáng)調(diào)精心施工，確保質(zhì)量。如某一框架梁用“加大截面法”修復(fù)加固，要求在原構(gòu)件表面外包5cm左右一層混凝土，施工難度較大，需采用專門的施工設(shè)備和工藝，如用小直徑振搗棒振搗或用人工插搗等。

3.3結(jié)構(gòu)加固方法

3.3.1各種結(jié)構(gòu)加固方法的原則是，鏟除損壞的混凝土，必要時(shí)加鋼筋來保證結(jié)構(gòu)部件具有完全的承載力，按照需要的尺寸用相應(yīng)的混凝土給截面復(fù)原，加固可采用置換、繞絲、粘鋼和粘玻璃鋼等方式。對(duì)于不影響結(jié)構(gòu)部件的承載能力的輕度損害，只要鏟除松弛的混凝土部分，再進(jìn)行填補(bǔ)，作好混凝土表面，以保證鋼筋不受銹蝕?；馂?zāi)區(qū)混凝土在受熱后因水泥石收縮變形而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和由于火災(zāi)升溫、降溫階段的溫度分布不均勻所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力等，使其燒傷區(qū)內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列的變化，導(dǎo)致混凝l土內(nèi)部出現(xiàn)微細(xì)裂縫，降低混凝土強(qiáng)度，增大其三塑性變形。為確定混凝土被破壞的程度，采用超J聲脈沖法進(jìn)行了燒傷深度的檢測，采用拔出法輔以鉆取混凝土芯樣，對(duì)梁、柱混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測。對(duì)于能夠造成結(jié)構(gòu)承載能力降低的中度損害，應(yīng)小心地鏟去損害的混凝土層。這種混凝土層從火燒的顏色即可看出，不必對(duì)其強(qiáng)度作精確的調(diào)查，而火燒顏色因混凝土組成和達(dá)到的溫度不同而不同。一般來說，受損的混凝土呈儲(chǔ)紅色存留的混凝土表面最好利用噴砂清洗干凈并弄粗糙.如果鋼筋強(qiáng)度降低，需要置放附加鋼筋。最后用相應(yīng)強(qiáng)度的新混凝土給截面復(fù)原。新、舊混凝土之間必須有良好結(jié)合，鋼筋必須有良好結(jié)合，并且握裹力強(qiáng)另外采用粘結(jié)鋼和玻璃鋼結(jié)合的方法有很大的優(yōu)越性，根據(jù)結(jié)構(gòu)部件的不同。大多采用噴射混凝土或者模板澆注。嚴(yán)重?fù)p害應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況個(gè)別處理，常常需要局部加固或拆掉重建，上述原則也可以在這類情況下酌情處理:

3.3.2各類建筑部件的加固有不同的特點(diǎn)。

3.3.2.1柱子的加固一般是采用安放圈套進(jìn)行的，圈套尺寸的選擇應(yīng)保證能有足夠地方放置附加鋼筋，并能順利澆灌混凝土:圈套大都做成模板，柱子較高時(shí)可分節(jié)制作加固時(shí)小亡謹(jǐn)慎地鏟去全部受損松弛的混凝土，保證柱子中不留內(nèi)部裂縫，必要時(shí)采取加支架等安全措施。柱子的加固還應(yīng)按照應(yīng)力要求放置附加鋼筋，要采用細(xì)鋼筋做箍筋，布置密度要大。

3.3.2.2梁，尤其是板梁大多總是在下側(cè)被燒損，即火災(zāi)損害主要在受拉區(qū)。由于混凝土層剝落，常使鋼筋外露，加固時(shí)應(yīng)加必要的附加鋼筋。在鏟除松弛受損的混凝土層后，再將附加筋放置到梁上，保證附加鋼筋的良好錨接:另外在梁上應(yīng)優(yōu)先采用噴射混凝土。在板上可能有兩種情況:一是混凝土覆蓋層不能保持住;二是下面的鋼筋可能外露，在一些地方混凝土與鋼筋之間不存在任何聯(lián)接。這兩種情況下都應(yīng)高度注意鋼筋的強(qiáng)度，要配置足夠的附加鋼筋。對(duì)砌體等其它建筑構(gòu)件的加固也應(yīng)按類似的方法進(jìn)行。

3.3.2.3在一些貯存聚氯乙烯塑料制品及大量采用高分子材料裝修的火災(zāi)現(xiàn)場，當(dāng)溫度120oC時(shí)，聚氯乙烯便分解，同時(shí)分離出氣態(tài)鹽酸，鹽酸同滅火撲救的消防水蒸氣混合形成鹽酸霧，凝結(jié)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，氯化物對(duì)鋼筋產(chǎn)生化學(xué)損害，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。對(duì)此種損害的加固除通過機(jī)械鏟除進(jìn)行修復(fù)外，近些年來，經(jīng)常采取“石灰修復(fù)法”，這種方法是在不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)火災(zāi)損害情況下，將石灰糊漿一層一層地涂施在清除了炭黑和臟污的混凝上表面上，在石灰糊干燥時(shí)，把化學(xué)腐蝕物質(zhì)氯化物吸出，然后隨干燥的石灰層一同除去，這樣可以將殘留的氯化物含量降低到極限值以下，從而提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。