浅谈火灾后钢筋混凝土结构的加固措施.pdf

2 01 1年第 1 期 ( 总 1 7 6期 ) 安徽建筑 施 工 技 术 研 究 与 应 用 浅谈火灾后钢筋混凝土结构的加 固措施 Rei nf or cem ent for Rei nf or ced Ooncr ec c e str uct ur e off er Fi r e 汪根进 ( 安 徽 省 淮 北 市 濉 溪 县 公 安 消 防 大 队， 安 徽 淮 北 2 3 5 1 0 0 ) 摘要 ： 当前钢筋混凝土结构以良好的整体性、 抗震性及耐火性成为主要的建筑结构， 火灾后对建筑物的加固以能够重新投入使用则是挽回经济 损失的一项重要措施 ， 也是 当今乃至 日后一个重要课题 。加 固的 目的是使建筑物的结构构件能满足安全使用要 求， 确保 建筑物在使 用年 限之 内安 全、 适 用及耐久， 因此如何根据受损评估情 况合理确定加 固方法是一个重要 的环节 ， 以使 整个建筑物作为一个整体 能够符合 当地 的抗震设 防要求和 修 复后的建筑耐火等级要求。 关键词 ： 火灾； 钢筋混凝土； 加固； 措施 中图分类号 ： T U7 4 6 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 5 8 0 2 1 修复加固结构的基本原则 首先应对结构可靠性鉴定等级 ， 要依托 当地建筑质量监督 管理部门对火灾后受损的建筑结构进行完整的检测 ， 主要包括 承重梁、 柱、 板、 墙等构件， 如果不是整体性倒塌、 建筑主要构件 大面积的断裂倾斜严重等 ， 通过加固修复的成本还是远远低于 重建价格的。 因此， 首先鉴定火灾后建筑构件的受损程度 ， 鉴定 出火灾过后结构构件剩余承载能力，要尽量多地保留原结构， 减少拆除工程， 以便减少上层结构加固改建重量和减少地基基 础附加应力 ， 同时还应考虑施 工的方便性和可操作性。依据现 场构件烧损程度、 剩余承载能力计算结果及构件重要性 ， 分别 采用不同的加固方案。 加 固施工应采取确保质量和安全的有效 措施， 并应严格按照有关规范进行施工。 2 火灾后结构损伤的鉴定与修复的注意事项 火灾后建筑结构 的鉴定检测 、 加 固设计及加固施工是一个 系统工程。当前， 我国的火灾后结构受损程度的检测评定及结 构修复加固研究工作， 还落后于发达国家。国家和社会上相关 的组织也比较少， 特别是火灾后钢筋混凝土结构剩余承载力计 算方法， 混凝土根据受热的时间和强度不同其弹性模量的变化 以及局部变化对整个梁柱的影响， 单个构件受火对整体结构的 影响以及温度和重力荷载共同作用下的破坏机理等还没有相 关规范， 加固设计工作缺乏科学合理的依据。 因此， 尽快地制定 相关工程技术规范及标准， 不仅是广大工程技术人员关注的课 题 ， 也是在新世纪里提高我国结构耐火设计水平的需要。火灾 后结构的损伤极为复杂， 准确、 迅速的鉴定与修复结构是目前 急待解决的实际问题。根据国内外研究状况来看， 应注意下列 问题的研究。 2 1现场调查资料的积累 因为只有在大量收集资料的基础上才能对结构损伤做出 准确的判断。 国家建设主管部门以及公安部消防局可以联合成 立一个依托例如中国科大实验室等高校机构等人才组织， 根据 我国多年的火灾事故案例建立一个自然灾害数据库 ， 以便在损 伤评估过程中查询类似的灾情资料、经验介绍和研究方法等， 收稿 日期 ： 2 0 0 1 2 0 8 作者 简介 ： 汪根 进( 1 9 8 1 一) ， 男， 安徽 淮北人 ， 毕 业于安徽 建筑工业 学 院， 学士， 助理工程师。 以节省时间、 加快评估和修复工作。 2 2检测设备和检测技术的完善 要发展适合现场使用的快速而又准确的检测设备 ， 一方面 应完善并积累 目前常用的回弹法、 超声法、 超声回弹综合法、 钻 芯法、 拔出法等的资料， 另一方面要实验研究其它快速检测技 术的仪器设备， 如红外成像法、 雷达波法、 冲击反射法、 建筑锚 栓法等。随着计算机技术的发展， 检测仪器必将逐步向高、 精、 尖的方向发展。 随着我国工程界对新技术、 新材料的应用， 对检测技术也 提出了新的要求， 如高强、 高性能混凝土的应用 ， 要求能够准确 检测 C 6 0以上的混凝土强度， 以及混凝土的稳定性、 耐久性等 指标， 其中一些性能是 目前我们无法检测的， 有待进一步开发 研究 。 2 3鉴定评估理论的完善 随着实验研究工作的不断深入， 由于火灾现场物质存放的 不同造成火灾荷载的不确定性， 因此造成对火灾时温度难以判 定， 因此如何取高去低， 合理确定火灾后构件剩余承载力的计 算更加准确， 符合实际， 鉴定评估理论也将更加完善； 引入模糊 数学理论， 完善多因素综合评估理论。 2 4加固修复方法的改进 由于在保证结构安全的前提下， 还应考虑不应增加建筑物 本身荷载， 确保建筑物的美观， 避免留下加固的痕迹， 这就需要 促进加固方法的改进， 新材料的出现及应用也必将使新的加固 方法不断涌现。 随着我国经济发展进入快车道，火灾事故不可避免的发 生， 灾后评估和施工组织的建设也应逐渐完善， 来适应人民群 众 的咨询需求等 。 3 火灾后混凝土结构的加固方法 建筑结构火灾后的修复加固要 比普通工程加固处理复杂 得多 ， 尤其是加 固的施工质量乃是修复加 固的关键 ， 而施 工期 间保证受损结构的安全性及稳定性更是设计关注的焦点。 为了 使构件处于卸荷状态加固， 要求主梁及次梁底设置支撑， 支撑 必须从底层直至顶层。铲除原梁、 柱、 板粉刷面层时， 必须从顶 层开始逐层向下。 构件的加固从底层开始， 然后逐层向上。 每层 构件的加固施工顺序为先加固柱， 然后框架梁， 尔后次梁， 最后 浇捣楼层叠合层。每个构件的加固工序是先凿除烧伤层 ， 然后 虽 安 _ 安徽建筑 2 0 1 1年第 1期 ( 总 1 7 6期 ) 冲洗并刷纯水泥浆， 尔后放置加固的钢筋 ， 并焊接 ， 最后喷射混 凝土。上述每道工序完成后必须由火灾损伤检测人员、 加固设 计人员、 监理人员、 建设单位现场人员几方共同确认后方可进 行下道工序。 3 1增大截 面法 增大截面法是用同种材料增大构件截面面积的一种传统 的加固方法， 它不仅可以提高被加固构件的承载能力 ， 而且还 可加大其截面刚度， 改变其 自振频率 ， 使正常使用要求的性能 也可以在某种程度上得到改善。 这种加固方法被广泛地用于加 固混凝土结构中的梁、 板、 柱、 墙等一般结构， 钢结构中的柱、 屋 架( 补焊型钢) ， 以及砖墙、 砖柱等 ， 增大截面积法的加固效果与 原结构在加固时的应力水平、 材料性能、 施工工艺、 结合面构造 处理及是否卸荷加固等因素直接相关。本方法优点是工艺简 单、 适用范围广， 缺点是现场湿作业工作量大 ， 截面增加会减少 使用空间； 当在梁、 板上作混凝土后浇层时， 会使结构自重有较 多增长等。火灾后如果采用加大截面法加固， 其施工是与火灾 烧疏层的处理同时进行的。根据火灾损伤结构的特点， 加固混 凝土梁、 板结构时宜采用将加固受力钢筋与原结构受力钢筋用 短筋焊接方式的加大截面法 ； 加固混凝土柱时宜采用围套形式 的加大截面法。 3 2预应 力加 固法 预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆 ( 分水平拉杆、 下 撑式拉杆和组合式拉杆 3 种 ) 或型钢横撑， 对结构构件或整体 构件进行加固的方法 ，它可在几乎不改变使用空间的情况下， 改变原结构的内力分布并降低原结构应力水平 ， 使结构构件的 正截面及斜截 面的承载能力得到提高。 张拉方式 可以采用千斤 顶张拉、 电热张拉和横向张拉等。预应力加固法被广泛地用来 加固混凝土梁、 板等受弯构件以及混凝土柱( 用预应力顶撑加 固) ， 还被用于钢梁及钢屋架的加固。 预应力加固法是一种具有 卸载、 加固及改变结构受力的三种功能的经济的加固方法。原 结构所受的荷载通过预应力， 部分地转移到新加( 预应力) 构件 上， 可以很好地发挥新老结构的共同工作性能， 从而达到加固 的目的， 并且克服普通加固方法加固件受力滞后的缺点。 另外， 由于其反拱作用， 可使原有的钢筋混凝土结构的裂缝减小甚至 闭合， 这对改善火灾后钢筋混凝土的耐久性极为有利。 3 3改变受力体 系加 固法 改变受力体系加固法是通过增设支点( 柱或托架) 或采用 托梁拔柱的办法去改变结构的受力体系的加固方法。 增设支点 可以减小结构构件的计算跨度 ，大幅度提高结构构件承载能 力、 减小挠度、 缩小裂缝宽度。当对增设的支点施加预应力时， 效果更加。 其优点是简单可靠， 使用于梁、 板、 桁架、 网架等水平 结构的加固， 缺点是使用空间受到一定影响。 托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墙及托梁拔柱的总称， 是 在不拆或少拆上部结构的情况下， 拆除、 更换或接长柱子的一 种处理方法。它适用于使用功能改变或生产工艺更新， 要求改 变平面布局增大使用空问的旧房改造及老厂改造。 与传统的大 掀盖改造相比， 该法具有对生产及生活影响较小、 改造时间短、 费用低等优点。 3 4粘钢加固法 粘钢加固法是用结构胶把钢板粘贴在构件外部以提高结 构 承载力 的一种加 固方法 。 常用 的胶粘剂是以环氧树脂为主配 成的。 这种加固方法的优点是加固后几乎不改变结构的外形和 使用空间，却能提高结构构件的承载力和正常使用阶段的性 能， 施工简单、 快速， 对生产和生活影响小。 由于混凝土受火烧伤 ， 表面疏松， 与钢板结合后， 强度特别 低， 为此受火后混凝土的表面均以凿毛处理为宜， 这样强度高 而且稳定。 由于受火损伤比较严重的梁的受拉区混凝土强度损 失较大， 若用粘钢加固法加固梁的受拉区， 则加固效果不好， 故 应与预应力加固法等结合 ，将钢板粘结于混凝土的受压区， 而 用预应力加固法加固混凝土的受拉区。 3 5置换法 置换法就是直接用同种材料代替受灾后不能满足使用要 求的材料 ， 对于火灾后变形严重或者根本无法加固或者没有必 要加固的构件， 可以采用置换法。 如火灾中的楼板， 特别是预应 力楼板一般受损比较严重 ， 可以采用置换法加固。例如笔者所 在地某轮胎商店发生火灾， 由于商店堆积大量的橡胶轮胎加上 水源供给不足 ， 火灾一直持续近 4 h ， 过火面积 1 7 0 m ， 造成梁混 凝土大面积脱落、 预制混凝土板钢筋中部大量断裂 ， 该建筑共 3层 、 发生 火灾 的为一层 ， 最后采用 的就是对 一楼楼 顶混凝 土 板进行完全更换。 3 6绕丝法 绕丝法用于混凝土梁受火灾后斜截面破坏严重的情况。 先 把保护层凿去， 采用退火处理后的钢丝竖向或斜向缠绕， 固定 后用钢楔顶紧， 以便产生少量预应力 ， 迫使钢丝更快地参与工 作， 再用高强度等级细石混凝土浇补至原截面尺寸。用绕丝法 加固后 ， 梁具有更好地约束斜裂缝和变形的能力， 并提高强度。 3 7碳纤维材料加 固法 与传统加固维修方法相比， 碳纤维材料加固修补混凝土具 有明显的技术优势。 主要有 ： 高强高效； 施工便捷， 工效高， 没有 湿作业 ， 不需要大型施工机具 ， 施工占用场地少 ； 具有极佳的耐 腐蚀性能及耐久性能； 施工质量易于保证； 质量轻而且薄， 加固 维修后基本上不增加原结构自重及原结构尺寸。 4 结束语 火灾后混凝土结构的鉴定评估、 加固设计及加固施工是一 项系统工程， 要综合考虑许多因素。设计人员要根据构件实际 烧伤状况随时调整和改进原加固设计构造细节， 进行现场加固 施工技 术指导 ； 另外 ， 还要处理 和解 决原结构施 工中暴露 出的 质量问题及结构隐患， 以确保今后主体承重骨架在使用期限内 的安全性、 适用性及耐久性的要求。要加大建设主管部门的监 管和指导力度， 确保加固设计方案， 现场施工单位、 监理单位以 及建设单位要责任明确， 对每个加固构件和每道加固工序严格 加强施工管理， 以确保工程的质量。 参考文献 1 张延荣， 等 建筑工程抗裂堵漏方法与实例【 M 】 郑州： 河南科学技 术出版社 ， 2 0 0 1 2 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 2 ， 建筑抗震设计规范【 s 】 北京 ： 中国建筑工业出版 社 2 0 0 1 _ f I I = i 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _