有效温度场的火灾后结构损伤判断范文

《江西建材杂志》2014年第十九期

1局部损伤规律的判定方法

火灾中结构构件因高温产生物理和化学反应，由于构件局部受火情况的不同，导致一般地面或楼板面损伤程度较低，而板底或梁底损伤程度较高，灾后呈现出不同的损伤特征。综合相关实验及试点工程的数据并以常见的钢筋砼结构为例，局部损伤特征规律有以下几种判定方法。

1．1通过砼表面颜色及损伤深度判定混凝土材料因火损程度表现出不同的表面颜色、开裂变形及敲击声音等特征，当火灾温度达到一定范围后，过火构件表面还会因细微裂纹的延伸和发展，出现面层剥落等现象。因此，可以根据砼表面颜色、开裂变形情况、小锤敲击的声音以及过火损伤深度进行损伤判定。

1．2通过钢筋强度变化判定火灾中钢筋的强度也会产生一定程度的削弱，可以选择合适的构件通过原位取样及定量试验，确定钢筋强度的变化范围，进行有效温度场分布规律的对照判定。

1．3通过超声波测缺法判定建筑结构构件受到火灾影响会产生裂缝、疏松等缺陷，在火灾现场的超声波测缺检测中，受火构件均会呈现出明显的波形紊乱现象，综合以上表现可能判定出结构的受损程度和规律。虽然该方法仅得到近似的受损程度，但对于过火区域的判定却能够起到重要作用。

1．4通过混凝土的力学性能判定高温下，混凝土的轴心抗压强度、弹性模量会随有效温度的升高而不断降低，其峰值应变则会逐渐增大。根据有关试验数据，混凝土火损降低系数可按表1所示取用。

1．5通过残留物辅助判定在火灾发生后，还可以通过现场残留物的燃烧特征来辅助判定结构损伤。例如，在建筑物内空气不流通的死角处，火灾温度通常较低，在此附近的残留物燃点可以判断区域内的最低温度;火场中金属制品、玻璃、丝织品、木制品、油漆、塑料等残留物的变形和烧损特征，均能用以辅助判定其所在的一定范围内构件损伤情况。

2工程实例

某建筑主楼为三层混合结构房屋，约于上世纪八十年代末建成并投入使用，建筑面积约1800m2。火灾发生之前，一层为商业用房，二层为仓储库房，三层为办公区域。某日凌晨位于一楼的丝织品店铺因电气线路短路引发火灾，导致上部结构受到严重损伤。

2．1火灾残留物烧损特征检查通过对现场详细勘察和记录，一层西侧残留物烧损程度较东侧轻微，外墙卷帘门均烧损，残留的钢质门架普遍弯曲变形;二层外墙窗户玻璃普遍爆裂，部分铝质窗框变形，室内角落残留电线外皮熔化;三层大部分未直接过火，柱粉刷尚完整。

2．2围护结构构件损伤外观检查现场检查各层围护结构构件损伤状况并做详细记录，总体损伤趋势为一、二层火损程度较三楼层严重，中庭处火损较场地边角处严重，火损分布与现场残留物基本吻合。

2．3结构构件损伤程度检测

2．3．1外观检查一层:柱、梁角部砼普遍酥松、空鼓或脱落，部分角部纵筋裸露，个别柱钢筋弯曲变形;梯间天井区域的框架柱普遍呈灰白色、锤击声音发哑，其余裸露的柱呈土黄色，锤击声音发闷;西侧梁、板普遍熏黑，锤击声音由较响亮～发闷，东侧梁、板砼普遍酥松、空鼓或脱落，部分纵筋裸露，砼严重缺损，截面削弱大于1/3以上，砼普遍呈土黄色，锤击声音发闷。二层:柱、梁角部砼普遍酥松、空鼓或脱落，部分角部纵筋裸露，个别柱钢筋弯曲变形;部分柱砼熔化酥脆、锤击声音发哑，其余裸露的柱呈灰白色，锤击声音发闷，部分梁、板砼酥松或脱落，纵筋裸露，砼普遍呈灰白色，锤击声音发闷。三层:大部分区域未直接过火，仅砼表面熏黑，个别梁角纵筋裸露，敲击声音由响亮～发闷。

2．3．2超声检测选取各层外观较明显过火损伤痕迹区域与外观无明显过火损伤痕迹区域交界处共计24根构件，进行超声波检测。其中所检无明显损伤痕迹的构件超声测点的波形良好无畸变、声速正常;较明显损伤痕迹的构件均发现异常测点，其声速最小值均小于声速异常值判定值，部分测点超声波形畸变。

2．3．3损伤深度检测单面过火柱侧面损伤深度略低于四面过火柱，单侧过火梁侧面损伤深度与三面过火梁损伤深度无明显差异。一层损伤深度约为15～35mm，二层损伤深度约为26～63mm，三层损伤深度约为10～25mm。

2．3．4钻芯法检测残余强度取各层板底、梁底作为的主要的砼芯和钢筋的取样部位，选取共30根构件采用钻芯法检测其抗压强度，所检构件砼强度推定值为14．6MPa～29．3MPa，其中一层柱和二层梁、板各有2根构件强度推定值未达到设计强度等级。

2．3．5钢筋损伤状况检测多数一层柱、二层梁、二层柱、三层梁角部砼过火后爆裂、脱落，造成角部纵向钢筋裸露，多数二层板及部分三层板底砼过火后爆裂、脱落，造成局部板筋外露。从钢筋裸露相对严重的柱、梁、板截取共计6根钢筋进行力学性能检验。数据表明，所检钢筋力学性能符合国家标准要求。

2．4有效温度场的标定及图形化表达综合上述损伤结果，以各层板底的标高平面作为有效温度场的判定标高，通过分析可以得到场地内的损伤状况分布规律。然后再依据实验及试点工程数据，对每个局部损伤观察点进行尽可能细致的温度判定，可以得到标定平面内离散分布的有效温度值，最后利用插值原理就可以得到连续的有效温度场T(x，y，z=zi，t)及其图形化表达，如示意图1～3所示。根据有效温度场所示，火势从一层(1)－(B)轴起火点通过中庭天井向上蔓延，在中庭处达到最高有效温度。一层(3－7)－(B)轴的附近区域有效温度普遍高于900℃，(1－8)－(E-F)轴区域有效温度达到500～700℃;二层天井区域内有效温度约800～900℃，边角区域略低，(1－2)－(A-B)轴附近开间内损伤温度达到600～700℃左右;三层天井区域温度达到400～600℃左右，其余区域未直接过火，仅受烟熏影响。

3结论

该方法基于对构件损伤程度产生实际影响的“有效温度场”概念，以构件的局部损伤规律直接作为有效温度场的判定依据，利用离散损伤特征判定出连续温度场，解决了在实际应用中必须考虑过火时间、燃烧过程、材料属性等相互影响的问题。现场可以将梁、板构件作为主要取样检测对象，既确保了场地内数据获取的连续性，还可以减少检测对柱、墙等承重构件取样过度造成再次损伤。对于已处于承载力临界状态的结构，避免了安全事故的发生。最后通过图形法得到的有效温度云图结果表明，本文提出的方法简单灵活，能为下一阶段的鉴定评级和加固处理提供了较为准确直观的依据。

作者：傅崇单位：福建省建筑科学研究院