某在建商城火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)
2009-09-21 00:00
| 摘要：本文根據(jù)一在建商城遭受火災(zāi)后的工程實(shí)例，著重介紹和探討火災(zāi)后建筑物結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)。 關(guān)建詞：火災(zāi)；加固設(shè)計(jì) 當(dāng)建筑物遭受火災(zāi)后，除有少量建筑物因燒損嚴(yán)重需拆除重建外，大部分建筑物的結(jié)構(gòu)損傷可通過(guò)加固修復(fù)處理而恢復(fù)其使用功能。 本文通過(guò)具體的工程實(shí)例介紹和探討了遭受火災(zāi)后建筑物結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)，可供類(lèi)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)，在三、四層發(fā)生火災(zāi)，燃燒時(shí)間約110min，當(dāng)時(shí)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(zāi)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(cè) 根據(jù)燃燒時(shí)間及現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)情況，先利用ISO834火災(zāi)時(shí)間-溫度曲線(xiàn)公式計(jì)算火災(zāi)溫度，再結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件外觀(guān)情況綜合判定火災(zāi)溫度，最后根據(jù)火災(zāi)溫度進(jìn)行分區(qū)。經(jīng)判定，本次火災(zāi)溫度為400℃～1000℃，火災(zāi)溫度分區(qū)圖略。 采取剔鑿法檢測(cè)構(gòu)件燒損層厚度，并采用超聲法檢測(cè)火災(zāi)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(jìn)行燒損等級(jí)分類(lèi)，構(gòu)件燒損等級(jí)分布圖及燒損等級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)略。 采用鉆芯法鉆取芯樣對(duì)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，從而判定火災(zāi)后構(gòu)件（除燒損層外）混凝土強(qiáng)度；對(duì)構(gòu)件過(guò)火鋼筋進(jìn)行取樣試驗(yàn)，檢測(cè)鋼筋屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率，對(duì)鋼筋強(qiáng)度喪失程度進(jìn)行評(píng)估。 經(jīng)檢測(cè)，構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度略受影響，柱可按31.3MPa，梁、板可按30.8MPa進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；過(guò)火鋼筋除個(gè)別屈服強(qiáng)度或延伸率不滿(mǎn)足規(guī)范要求外，絕大部分滿(mǎn)足規(guī)范要求，可按規(guī)范規(guī)定強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，但對(duì)過(guò)火變形鋼筋加固時(shí)應(yīng)另行處理。 3、加固設(shè)計(jì)方案 3.1 加固設(shè)計(jì)方案的目的及原則 加固設(shè)計(jì)目的：使結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)至原設(shè)計(jì)要求，保證其在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)安全、可靠。 加固設(shè)計(jì)原則： （1）安全可靠、簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)合理； ?。?）充分發(fā)揮火災(zāi)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(fù)新增的荷載，同時(shí)考慮施工的方便及可操作性； ?。?）針對(duì)構(gòu)件燒損程度、構(gòu)件重要性，分別采取不同的加固修復(fù)方案。〖ＨＴＨ〗 3.2 加固設(shè)計(jì)方案的制定 按結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷程度由輕到重分級(jí)，柱、梁分為A、B、C、D、E 5級(jí)，密肋梁板分為A、B、C、D 4級(jí)。根據(jù)燒損等級(jí)按上述加固設(shè)計(jì)原則分別對(duì)各類(lèi)構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的加固修復(fù)設(shè)計(jì)。 根據(jù)構(gòu)件檢測(cè)結(jié)果，鋼筋強(qiáng)度未受影響，而混凝土強(qiáng)度有減低，評(píng)估為30.8～31.3MPa，以下加固計(jì)算混凝土強(qiáng)度取C30（注：原設(shè)計(jì)為C35）。 將三層構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C30采用PKPM設(shè)計(jì)軟件對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)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(mǎn)足承載力要求，但燒損后構(gòu)件有效截面減小，須進(jìn)行加固及修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)處理。因此，本方案根據(jù)損傷程度分為兩大類(lèi)：對(duì)A、B、C級(jí)損傷較輕的構(gòu)件，因過(guò)火時(shí)間短，混凝土強(qiáng)度不受影響或影響很小，僅考慮作修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)處理；而對(duì)D、E類(lèi)火災(zāi)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(jì)C35時(shí)的承載力。 3.2.1 框架柱加固設(shè)計(jì)方案 抹M15高標(biāo)號(hào)水泥砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)A、B級(jí)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(biāo)號(hào)水泥砂漿，澆水養(yǎng)護(hù)；抹C35高強(qiáng)灌漿料砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)C級(jí)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(qiáng)灌漿料砂漿，澆水養(yǎng)護(hù)；四層D、E級(jí)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(jí)柱，采用預(yù)應(yīng)力撐桿和灌注C35高強(qiáng)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(yù)應(yīng)力撐桿（由四根角鋼組成）安裝在柱的兩側(cè)，進(jìn)行張拉加固，最后在角鋼與柱之間空隙內(nèi)灌注高強(qiáng)灌漿料，澆水養(yǎng)護(hù)，見(jiàn)圖1。 采用預(yù)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(yàn)算方法及步驟如下： ?、侔闯休d力考慮，撐桿總截面面積需滿(mǎn)足下式 N1≤αβApfpy N1=N-N0（1） 式中 N——原設(shè)計(jì)軸心受壓承載力； N0——用灌漿料灌注恢復(fù)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(yù)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 ?、谟?jì)算撐桿需提供的預(yù)加壓應(yīng)力值σp σp=F1/AP F1=F-F0（２） 式中F——統(tǒng)計(jì)柱荷載（僅考慮現(xiàn)有構(gòu)件重量）； F0——在加固修復(fù)時(shí)，被燒損的混凝土柱需分擔(dān)的荷載； F1——需撐桿分擔(dān)的荷載； AP——角鋼撐桿總截面面積。 ?、蹤M向張拉量ΔΗ按下式計(jì)算 ΔΗ=L/2·2σp/εEa+ζ (3) 式中L——撐桿的全長(zhǎng)； ε——經(jīng)驗(yàn)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(jì)規(guī)范》(GB 50017—2003)進(jìn)行計(jì)算。 3.2.2 框架梁加固設(shè)計(jì)方案 抹M15高標(biāo)號(hào)水泥砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)A、B級(jí)梁；抹C35高強(qiáng)灌漿料砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)C級(jí)梁；采用抹C35高強(qiáng)灌漿料砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)后粘貼碳纖維布的方法加固D、E級(jí)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(qiáng)灌漿料砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，以恢復(fù)其整體性，澆水養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后在梁底粘貼碳纖維布，見(jiàn)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(jì)算如下：計(jì)算原梁正截面受彎承載力M和火災(zāi)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(mǎn)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(dá)到其允許拉應(yīng)變與混凝土壓壞同時(shí)發(fā)生時(shí)的界限相對(duì)受壓區(qū)高度，取0.8εcu/εcu+［εcf］； η——火災(zāi)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(jì)方案 肋梁跨中受拉區(qū)粘貼碳纖維布數(shù)量的計(jì)算方法同框架梁；采用抹M15高標(biāo)號(hào)水泥砂漿修復(fù)補(bǔ)〖LL〗強(qiáng)的辦法加固A、B級(jí)肋梁；采用抹C35高強(qiáng)灌漿料砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的辦法C級(jí)肋梁；采用抹C35高強(qiáng)灌漿料砂漿修補(bǔ)后粘貼碳纖維布的方法加固D級(jí)肋梁，見(jiàn)圖３。 3.2.4 板加固處理方案 抹M15高標(biāo)號(hào)水泥砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)A、B級(jí)板；抹C35高強(qiáng)灌漿料砂漿修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)C級(jí)板； 因本工程設(shè)計(jì)板厚只有80mm，故對(duì)于燒損嚴(yán)重（因樓板局部被燒透而存有孔洞）的D級(jí)板，采用置換法進(jìn)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?cái)嘁延袖摻?。?duì)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(yǔ) 經(jīng)過(guò)對(duì)該失火建筑加固施工期間及主體結(jié)頂后的認(rèn)真觀(guān)測(cè)，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(wèn)題，加固效果良好。 本工程對(duì)火災(zāi)后的建筑物進(jìn)行加固修復(fù)，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(fèi)用，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 對(duì)于火災(zāi)后建筑物的結(jié)構(gòu)加固工程，只要進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷程度的檢測(cè)鑒定，對(duì)受損情況做出正確評(píng)估，制定切實(shí)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(mǎn)足繼續(xù)使用的要求。 |
| 原作者： 路恒 卜國(guó)峰 許建明 |
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