某在建商城火災后混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計
2009-09-21 00:00
| 摘要：本文根據(jù)一在建商城遭受火災后的工程實例，著重介紹和探討火災后建筑物結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計。 關(guān)建詞：火災；加固設(shè)計 當建筑物遭受火災后，除有少量建筑物因燒損嚴重需拆除重建外，大部分建筑物的結(jié)構(gòu)損傷可通過加固修復處理而恢復其使用功能。 本文通過具體的工程實例介紹和探討了遭受火災后建筑物結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計，可供類似工程參考。 1、工程概況 某在建商城為地下1層、地上5層（局部6層）框架結(jié)構(gòu)，地下室層高4.8m，一～五層為標準層，層高4.5m，建筑面積40656m2。 該工程主體施工至四層部分柱混凝土澆筑完畢時，在三、四層發(fā)生火災，燃燒時間約110min，當時環(huán)境溫度為6℃左右。起燃物為堆放在樓面的塑料模殼、木材等，由于三層頂（樓板結(jié)構(gòu)形式為密肋梁板）未拆模，從而造成大面積未拆的塑料模殼起火。火災后三、四層大面積柱、梁、板構(gòu)件受到不同程度損傷。 2、結(jié)構(gòu)檢測 根據(jù)燃燒時間及現(xiàn)場通風情況，先利用ISO834火災時間-溫度曲線公式計算火災溫度，再結(jié)合火災現(xiàn)場混凝土構(gòu)件外觀情況綜合判定火災溫度，最后根據(jù)火災溫度進行分區(qū)。經(jīng)判定，本次火災溫度為400℃～1000℃，火災溫度分區(qū)圖略。 采取剔鑿法檢測構(gòu)件燒損層厚度，并采用超聲法檢測火災后構(gòu)件內(nèi)部混凝土質(zhì)量狀況，綜合判定燒損層厚度，然后根據(jù)燒損層厚度及構(gòu)件表面特征進行燒損等級分類，構(gòu)件燒損等級分布圖及燒損等級分類標準略。 采用鉆芯法鉆取芯樣對構(gòu)件混凝土強度進行檢測，從而判定火災后構(gòu)件（除燒損層外）混凝土強度；對構(gòu)件過火鋼筋進行取樣試驗，檢測鋼筋屈服強度、抗拉強度、延伸率，對鋼筋強度喪失程度進行評估。 經(jīng)檢測，構(gòu)件混凝土抗壓強度略受影響，柱可按31.3MPa，梁、板可按30.8MPa進行結(jié)構(gòu)分析；過火鋼筋除個別屈服強度或延伸率不滿足規(guī)范要求外，絕大部分滿足規(guī)范要求，可按規(guī)范規(guī)定強度進行計算，但對過火變形鋼筋加固時應(yīng)另行處理。 3、加固設(shè)計方案 3.1 加固設(shè)計方案的目的及原則 加固設(shè)計目的：使結(jié)構(gòu)功能恢復至原設(shè)計要求，保證其在設(shè)計使用年限內(nèi)安全、可靠。 加固設(shè)計原則： ?。?）安全可靠、簡單易行、經(jīng)濟合理； ?。?）充分發(fā)揮火災后構(gòu)件剩余承載力，盡量多地保留原結(jié)構(gòu)，盡量減少拆除工程及結(jié)構(gòu)加固修復新增的荷載，同時考慮施工的方便及可操作性； ?。?）針對構(gòu)件燒損程度、構(gòu)件重要性，分別采取不同的加固修復方案。〖ＨＴＨ〗 3.2 加固設(shè)計方案的制定 按結(jié)構(gòu)火災損傷程度由輕到重分級，柱、梁分為A、B、C、D、E 5級，密肋梁板分為A、B、C、D 4級。根據(jù)燒損等級按上述加固設(shè)計原則分別對各類構(gòu)件進行相應(yīng)的加固修復設(shè)計。 根據(jù)構(gòu)件檢測結(jié)果，鋼筋強度未受影響，而混凝土強度有減低，評估為30.8～31.3MPa，以下加固計算混凝土強度取C30（注：原設(shè)計為C35）。 將三層構(gòu)件混凝土強度等級取C30采用PKPM設(shè)計軟件對原結(jié)構(gòu)進行整體計算分析，結(jié)果為：三層構(gòu)件除少數(shù)主梁受彎承載力稍有不足之外（約差5%），其余均滿足承載力要求，但燒損后構(gòu)件有效截面減小，須進行加固及修復補強處理。因此，本方案根據(jù)損傷程度分為兩大類：對A、B、C級損傷較輕的構(gòu)件，因過火時間短，混凝土強度不受影響或影響很小，僅考慮作修復補強處理；而對D、E類火災損傷較重的構(gòu)件則采取加固處理，即加固后構(gòu)件承載力應(yīng)大于或等于原設(shè)計C35時的承載力。 3.2.1 框架柱加固設(shè)計方案 抹M15高標號水泥砂漿修復補強A、B級柱，即將混凝土表面燒損層剔除掉，用清水沖刷干凈，刷界面劑，然后抹高標號水泥砂漿，澆水養(yǎng)護；抹C35高強灌漿料砂漿修復補強C級柱，即將混凝土表面燒損層剔除，用清水沖刷干凈，刷界面劑，然后抹高強灌漿料砂漿，澆水養(yǎng)護；四層D、E級柱因只澆筑了部分柱，梁、板尚未施工，可采用拆除混凝土保留鋼筋重新澆筑C35混凝土方案。 三層D、E級柱，采用預應(yīng)力撐桿和灌注C35高強灌漿料混凝土加固的方法。即先將混凝土表面燒損層剔除掉，然后將預應(yīng)力撐桿（由四根角鋼組成）安裝在柱的兩側(cè)，進行張拉加固，最后在角鋼與柱之間空隙內(nèi)灌注高強灌漿料，澆水養(yǎng)護，見圖1。 采用預應(yīng)力撐桿加固，一方面可以增加柱承載力，另一方面可以降低新澆筑混凝土與原混凝土的受壓應(yīng)力差，有利于兩部分混凝土共同作用。 [Page] 柱加固驗算方法及步驟如下： ①按承載力考慮，撐桿總截面面積需滿足下式 N1≤αβApfpy N1=N-N0（1） 式中 N——原設(shè)計軸心受壓承載力； N0——用灌漿料灌注恢復柱截面后的軸心受壓承載力； N1——需由撐桿承受的軸心受壓承載力； Ap——預應(yīng)力撐桿的總截面面積； β——撐桿與原柱的協(xié)同工作系數(shù)，取0.90； fpy——撐桿鋼材的抗壓強度設(shè)計值。 ②計算撐桿需提供的預加壓應(yīng)力值σp σp=F1/AP F1=F-F0（２） 式中F——統(tǒng)計柱荷載（僅考慮現(xiàn)有構(gòu)件重量）； F0——在加固修復時，被燒損的混凝土柱需分擔的荷載； F1——需撐桿分擔的荷載； AP——角鋼撐桿總截面面積。 ?、蹤M向張拉量ΔΗ按下式計算 ΔΗ=L/2·2σp/εEa+ζ (3) 式中L——撐桿的全長； ε——經(jīng)驗系數(shù)，取0.90； Ea——撐桿鋼材的彈性模量； ζ——撐桿端頂板與混凝土間的壓縮量,取2～4mm。 連接板可按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017—2003)進行計算。 3.2.2 框架梁加固設(shè)計方案 抹M15高標號水泥砂漿修復補強A、B級梁；抹C35高強灌漿料砂漿修復補強C級梁；采用抹C35高強灌漿料砂漿修復補強后粘貼碳纖維布的方法加固D、E級梁，即先將混凝土表面燒損層剔除，用清水沖刷干凈，刷界面劑，然后抹高強灌漿料砂漿進行修補，以恢復其整體性，澆水養(yǎng)護至強度達到設(shè)計要求后在梁底粘貼碳纖維布，見圖2。 采用粘貼碳纖維布加固，施工便捷，工效高，施工質(zhì)量易保證，具有極佳的耐腐蝕性和耐久性，并且加固后基本上不增加原結(jié)構(gòu)自重及尺寸。 梁跨中受拉區(qū)粘貼碳纖維布計算如下：計算原梁正截面受彎承載力M和火災后受壓區(qū)高度X1，本例X1不大于ξcfbh，梁底需粘貼的碳纖維布的截面面積Acf滿足下式，根據(jù)Acf求出需粘貼碳纖維布數(shù)量。 [Page] M≤ηfyAs（h0-0.5ξcfbh）+Ecf［εcf］Ａcfh(1-0.5ξcfb) （４） 式中ξcfb——碳纖維片材達到其允許拉應(yīng)變與混凝土壓壞同時發(fā)生時的界限相對受壓區(qū)高度，取0.8εcu/εcu+［εcf］； η——火災后鋼筋的二次受力降低系數(shù)，取0．90； Ecf——碳纖維片材的彈性模量； εcf——碳纖維片材的允許拉應(yīng)變，取0.01； εcu——混凝土極限壓應(yīng)變,取0.0033。 3.2.3 密肋梁加固設(shè)計方案 肋梁跨中受拉區(qū)粘貼碳纖維布數(shù)量的計算方法同框架梁；采用抹M15高標號水泥砂漿修復補〖LL〗強的辦法加固A、B級肋梁；采用抹C35高強灌漿料砂漿修復補強的辦法C級肋梁；采用抹C35高強灌漿料砂漿修補后粘貼碳纖維布的方法加固D級肋梁，見圖３。 3.2.4 板加固處理方案 抹M15高標號水泥砂漿修復補強A、B級板；抹C35高強灌漿料砂漿修復補強C級板； 因本工程設(shè)計板厚只有80mm，故對于燒損嚴重（因樓板局部被燒透而存有孔洞）的D級板，采用置換法進行加固，即：鑿除混凝土，保留原鋼筋，刷界面劑，澆筑C35微膨脹混凝土。3.2.5 后澆帶處理方案 后澆帶處因鋼筋已彎曲變形，需將鋼筋調(diào)直或重新焊接相同規(guī)格和間距的鋼筋，然后再澆筑C35微膨脹混凝土，原則上不要截斷已有鋼筋。對于下?lián)献冃屋^大部位，可鑿除混凝土，保留鋼筋，重新支模澆筑混凝土。 4、結(jié)束語 經(jīng)過對該失火建筑加固施工期間及主體結(jié)頂后的認真觀測，發(fā)現(xiàn)未出現(xiàn)異常情況，投入使用至今，也未出現(xiàn)任何問題，加固效果良好。 本工程對火災后的建筑物進行加固修復，較拆除重建施工，大大縮短了施工周期，節(jié)約了大量工程費用，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 對于火災后建筑物的結(jié)構(gòu)加固工程，只要進行結(jié)構(gòu)損傷程度的檢測鑒定，對受損情況做出正確評估，制定切實可行的加固方案，采取合理的施工工藝，就能夠保證加固后的建筑物安全、可靠，滿足繼續(xù)使用的要求。 |
| 原作者： 路恒 卜國峰 許建明 |
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