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上海某商业楼在建混凝土结构火灾后检测评估报告

2018-12-05 11:18:32 结构检测中心 阅读

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  上海某商业楼在建混凝土结构火灾后检测评估报告

 

  【摘要】某地块住宅项目商业楼属于在建项目,地下一层于 2012年 1月 15日浇筑完工后,地下室顶板及梁模板还未拆除,2012年 3月 22日中午十二点左右地下室发生火灾,火灾持续了 4个小时左右。为了解房屋安全状况,我站受委托对该房屋进行安全性鉴定,并对后续加固处理提出建议。

 

  1 房屋建筑结构概况

  该地块住宅项目商业楼为一幢钢筋混凝土框架结构商业用房。房屋地下一层,地上一层,西北角为穹顶。穹顶采用钢筋混凝土壳体。内外弧均向下延伸到地下室,外弧为梯形变截面钢筋混凝土圆弧形剪力墙,在基础梁顶处最厚为 850mm,至顶板底墙厚缩小至 600mm;內弧为常截面钢筋混凝土剪力墙,厚 350mm。地下室顶板为 250mm厚钢筋混凝土现浇板,双层双向配筋。另外该区域内还有 4根钢筋混凝土独立矩形框架柱,截面尺寸为 500mm×500mm;框架梁截面尺寸 600mm×1200mm。剪力墙混凝土设计强度为 C40,柱混凝土设计强度为 C35,梁、顶板及地下室底板混凝土设计强度为 C30。该区域地下室基础筏板顶至顶板底部净高为 6.0m,且区域相对较为封闭,仅在西北角设有车道斜坡入口,东面顶板处留有一个 1.5m×2.0m电梯井口。见平面示意图 1。

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  2 火灾基本情况调查

  该地块住宅项目商业楼属于在建项目,该工程在地下一层完工后,地下室顶板及梁模板还未拆除时,地下室发生火灾。委托方未向本站提供火灾事故认定书,根据现场调查,火灾基本情况如下:

  1、可燃烧物:木模板。

  2、火灾发生时间:2012年 3月 22日中午 12点左右。

  3、燃烧时间:约 4小时。

  4、灭火方式:地下室未能进入,在板上表面及入口处采用冷水灭火。

  5、火场残留物:构件阴角有木材残留、个别脚手架钢管扭曲变形。

  6、火灾位置:见图 1(图中阴影部分为主要着火区域)。

 

  3 现场检测

  我站工作人员接受委托后于 2012年 4月 5日-12日对火灾区域进行检测。

  3.1 混凝土构件表观状况检测

  现场对混凝土表观损伤情况进行检查记录,检查结果表明,混凝土构件(梁、板、柱)表面主要呈灰白、浅黄色,并存在不同程度的爆裂、剥落及开裂现象,锤击响亮。主体结构混凝土构件表面未见明显裂损、变形现象。表观检查结果详见表 1,位置见图 2。

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  4.检测分析

  根据以上检测数据及计算结果,对火灾后房屋安全性进行综合分析如下:

  4.1火场温度分析

  室内火灾温度取决于室内可燃物的燃烧速度和热损失情况,根据现场火灾持续时间调查情况,参考《建筑构件耐火试验方法》GB/T9978-2008,推算火场最高温度为:T=345lg(8t+1)+T0=345lg(8*240+1)+5=1138℃。

  4.2火灾时混凝土表面温度分析

  混凝土构件表面温度可根据混凝土表观颜色和外观形状进行判断。混凝土受热后颜色变化规律与加热时间有关,随着加热时间的增长、温度的升高,颜色由红→粉红→灰→浅黄有规律进行变化。混凝土在不受外力作用下,当加热时间不足50min(温度低于898℃),外形基本完好,只有四角稍有脱落;当加热时间持续到60 min(温度925℃),边角开始粉化脱落;70min(温度948℃),混凝土各面开始粉化;80min(温度968℃),表面的粉化深度5~8mm;90min(温度986℃),表面粉化深度 8~10mm;100min(温度 1002℃),表面粉化深度 10~12mm;120min(温度1029℃),表面粉化深度12~15mm。从混凝土表面裂纹大小也可以看到被烧温度的变化。

  从受检区域混凝土外观形状和颜色综合判断分析,该区域混凝土顶板表面局部出现粉化、酥松、大面积剥落(剥落深度局部达 7-8cm以上),估算板底表面最高温度在 1000℃以上;混凝土梁底面及两侧混凝土有轻微粉化及爆裂、剥落现象,估算温度在950℃左右;梁板交界处、柱墙交界处等阴角部位有部分木模板碳烧残留,表面无明显爆裂、剥落痕迹,估算温度在850℃以下;混凝土柱角部有轻微粉化及爆裂、剥落现象,估算温度在950℃左右;混凝土剪力墙表面呈灰白、浅黄色,仅有细微裂缝和小面积粉化、酥松现象,估算温度在850℃左右。

  4.3 混凝土强度损伤分析

  火灾后混凝土强度会造成一定损失,损失程度与受火温度的高低及冷却方式有关。

  一般而言,当受火温度低于300℃时,无论是喷水冷却还是自然冷却,混凝土强度均没有明显的降低。

  当温度超过300℃后,水泥石的晶架结构开始破坏,超过400℃后破坏严重,混凝土强度开始显著下降。在这个过程中采用喷水时,高温混凝土骤然冷却,由于内外温度不均,膨胀变形不一致,导致内部裂痕,高温混凝土的分解成分(如氧化钙)极易与水发生化学反应,加剧开裂使强度降低。

  温度从700℃开始,混凝土外形开始明显变化,随着温度升高变化越来越大。当达到800℃以上时,Ca(0H)2脱水分解,骨料开始分解,水泥石的微观结构受到破坏,混凝土外形基本破坏而粉化,混凝土强度几乎为零。

  由于混凝土构件内部温度的不同,强度损失也不一样。根据现场检测数据,本次检测的混凝土构件内部强度未见明显降低,但表面强度仍有明显下降。按平均强度计算折减系数,清除粉化层后的板表面强度约为内部强度的 0.37、梁约为0.43、柱约为0.48、墙约为0.57。分析结果详见表6。

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  4.4 钢筋强度损伤分析

  火灾时,钢筋强度随温度的升高而下降。普通钢筋在200℃时强度开始下降,到达600℃~700℃时,钢筋内部结构发生变化,导致强度和弹性模量降低程度非常严重。

  火灾后钢筋的极限强度、屈服强度、弹性模量等都随着温度的升高而降低,钢筋的延伸率和膨胀系数则随着温度的升高而增加,其变化程度随钢筋的种类不同而不同。

  局部顶板底面钢筋在火灾中裸露,温度高达900℃以上,强度降低达95%以上,高温冷却后强度回升,从现场取样的力学性能报告看,尚能达到原设计强度。其他混凝土构件受力钢筋受混凝土保护,钢筋温度约在500℃~600℃左右,从现场取样的力学性能报告看,基本达到原设计强度。

  4.5 钢筋与混凝土粘结强度损失分析

  受火灾影响,钢筋与混凝土粘结强度会有所降低。从现场检测数据分析,混凝土顶板底面普遍露筋,粘结强度下降严重;剪力墙上部 1/3区域钢筋保护层粉化、剥落较为严重,对粘结强度有明显影响;梁、柱及剪力墙底部 2/3区域钢筋保护层局部有粉化、剥落现象,对粘结有一定影响。

  参照《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009),顶板底面钢筋与混凝土粘结基本失效,剪力墙上部 1/3区域钢筋与混凝土粘结强度折减系数可取0.8,梁、柱和剪力墙底部 2/3区域钢筋与混凝土粘结强度折减系数可取0.9。

  另外,火灾后钢筋在混凝土构件内的锚固也会一定程度的降低。参照《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009),推定混凝土构件内部温度分布情况,并考虑构件实际锚固长度进行分析,梁、柱主筋受混凝土保护温度约在 500℃ ~600℃左右,火灾对钢筋锚固深度影响有限;板钢筋局部裸露,温度高达 950℃,对原钢筋锚固有一定影响,另外绑扎搭接接头出现搭接失效,应引起重视。

  4.6 结构受损分析

  火灾后,受材料强度的损失、构件截面的减小、钢筋与混凝土粘结强度的减小以及结构受力模型改变等因素影响,结构承载能力发生改变,结构受到损伤。

  从现场检测的情况看,火灾时,楼板钢筋强度已经严重退化,屈服强度及极限抗拉强度均非常有限,基本失去了其抗拉作用。但由于混凝土板厚较大(250mm),跨度较短(最大约4.5m),受拉钢筋失去强度后,单向板在混凝土热膨胀效应下受力模式由受弯构件转向受压浅拱结构,楼板受力开裂不明显。同时由于楼板承载力降低,在荷载作用下产生扭曲变形后,区域内脚手架根基虚浮,上部荷载逐渐向刚度及承载能力均较大的框架梁转移,故火灾时未酿成顶板坍塌的严重后果。火灾后,板钢筋强度恢复。但由于火灾时拉伸变形产生卸载,且钢筋与混凝土之间的粘结基本失效,板底钢筋作用有限,楼板承载力损失较为严重。

  梁、柱、剪力墙等构件在火灾时钢筋及混凝土强度均有所降低,但未造成结构承载力不足引起的变形、开裂等损伤。火灾后,混凝土构件等效截面尺寸有所减小,但主要为保护层混凝土粉化剥落;钢筋强度略有降低,但尚能达到原设计要求。对结构构件承载力影响有限。

  4.7 结构构件的鉴定评级

  1 )混凝土楼板:大面积露筋,露筋长度大于20%板跨,评为Ⅲ级。

  2 )混凝土梁:受力钢筋无明显外露现象,粘结性能略有降低,但锚固区影响不大。评为Ⅱ级。

  3 )混凝土柱:圆柱受力钢筋无明显外露现象,粘结性能略有降低,但锚固区影响不大。评为Ⅱ级。矩形柱受力钢筋存在明显外露现象,粘结性能略有降低,但锚固区影响不大。评为Ⅱ级。

  4 )混凝土剪力墙:受力钢筋在局部区域处存在外露现象,粘结性能受到影响,评为Ⅱ级。

 

  5.结论及建议

  5.1结论

  1)受火灾影响,该地块住宅项目商业楼穹顶结构地下室混凝土构件受损。初步测评混凝土楼板顶板为Ⅲ级,混凝土梁、矩形柱、圆柱、剪力墙为Ⅱ级。

  2)混凝土顶板严重剥落,最大剥落厚度达70-80mm,部分残余表面混凝土仍较酥松,但核心区混凝土能保持原有强度。钢筋强度折减系数可取为0.9,即现有钢筋强度为原有强度的90%,火灾对板钢筋锚固区有明显影响,应进行加固处理。

  3)混凝土梁柱保护层局部剥落,最大剥落厚度达40mm,部分残余表面混凝土仍较酥松,但核心区混凝土能保持原有强度。钢筋强度及粘结强度折减系数可取为0.9。

  4)混凝土剪力墙于地下室顶板板底向下 1/3全高范围内混凝土剥落较严重,最大剥落厚度达50mm,部分残余表面混凝土仍较酥松,但核心区混凝土能保持原有强度。钢筋强度及粘结强度折减系数可取为0.9。

  5)混凝土底板及圆柱因受火影响较小,底板混凝土强度测试结果小于设计值,但误差在5%范围内,可不考虑加固处理。

  5.2建议

  1)对于地下室顶板:建议凿除混凝土楼板表面酥松混凝土至密实层,采用聚合物砂浆或高强灌浆料进行修补,然后再采用粘贴碳纤维加固处理。

  2)对于地下室顶梁:建议凿除梁表面酥松混凝土至密实层,采用聚合物砂浆或高强灌浆料进行修补,对主要框架梁采用粘钢板或粘贴碳纤维等方法进行加固处理。

  3)对于地下室墙体:建议凿除地下室顶板板底向下 2/3全高范围内剪力墙表面酥松混凝土至密实层,采用聚合物砂浆或高强灌浆料进行修补。

  4)对于地下室矩形柱:建议凿除矩形柱表面酥松混凝土至密实层,采用聚合物砂浆或高强灌浆料进行修补,再采用外包型钢或粘贴碳纤维等方法进行加固处理。

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