有效溫度場的火災后結構損傷判斷范文

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《江西建材雜志》2014年第十九期

1局部損傷規律的判定方法

火災中結構構件因高溫產生物理和化學反應，由于構件局部受火情況的不同，導致一般地面或樓板面損傷程度較低，而板底或梁底損傷程度較高，災后呈現出不同的損傷特征。綜合相關實驗及試點工程的數據并以常見的鋼筋砼結構為例，局部損傷特征規律有以下幾種判定方法。

1．1通過砼表面顏色及損傷深度判定混凝土材料因火損程度表現出不同的表面顏色、開裂變形及敲擊聲音等特征，當火災溫度達到一定范圍后，過火構件表面還會因細微裂紋的延伸和發展，出現面層剝落等現象。因此，可以根據砼表面顏色、開裂變形情況、小錘敲擊的聲音以及過火損傷深度進行損傷判定。

1．2通過鋼筋強度變化判定火災中鋼筋的強度也會產生一定程度的削弱，可以選擇合適的構件通過原位取樣及定量試驗，確定鋼筋強度的變化范圍，進行有效溫度場分布規律的對照判定。

1．3通過超聲波測缺法判定建筑結構構件受到火災影響會產生裂縫、疏松等缺陷，在火災現場的超聲波測缺檢測中，受火構件均會呈現出明顯的波形紊亂現象，綜合以上表現可能判定出結構的受損程度和規律。雖然該方法僅得到近似的受損程度，但對于過火區域的判定卻能夠起到重要作用。

1．4通過混凝土的力學性能判定高溫下，混凝土的軸心抗壓強度、彈性模量會隨有效溫度的升高而不斷降低，其峰值應變則會逐漸增大。根據有關試驗數據，混凝土火損降低系數可按表1所示取用。

1．5通過殘留物輔助判定在火災發生后，還可以通過現場殘留物的燃燒特征來輔助判定結構損傷。例如，在建筑物內空氣不流通的死角處，火災溫度通常較低，在此附近的殘留物燃點可以判斷區域內的最低溫度;火場中金屬制品、玻璃、絲織品、木制品、油漆、塑料等殘留物的變形和燒損特征，均能用以輔助判定其所在的一定范圍內構件損傷情況。

2工程實例

某建筑主樓為三層混合結構房屋，約于上世紀八十年代末建成并投入使用，建筑面積約1800m2。火災發生之前，一層為商業用房，二層為倉儲庫房，三層為辦公區域。某日凌晨位于一樓的絲織品店鋪因電氣線路短路引發火災，導致上部結構受到嚴重損傷。

2．1火災殘留物燒損特征檢查通過對現場詳細勘察和記錄，一層西側殘留物燒損程度較東側輕微，外墻卷簾門均燒損，殘留的鋼質門架普遍彎曲變形;二層外墻窗戶玻璃普遍爆裂，部分鋁質窗框變形，室內角落殘留電線外皮熔化;三層大部分未直接過火，柱粉刷尚完整。

2．2圍護結構構件損傷外觀檢查現場檢查各層圍護結構構件損傷狀況并做詳細記錄，總體損傷趨勢為一、二層火損程度較三樓層嚴重，中庭處火損較場地邊角處嚴重，火損分布與現場殘留物基本吻合。

2．3結構構件損傷程度檢測

2．3．1外觀檢查一層:柱、梁角部砼普遍酥松、空鼓或脫落，部分角部縱筋裸露，個別柱鋼筋彎曲變形;梯間天井區域的框架柱普遍呈灰白色、錘擊聲音發啞，其余裸露的柱呈土黃色，錘擊聲音發悶;西側梁、板普遍熏黑，錘擊聲音由較響亮～發悶，東側梁、板砼普遍酥松、空鼓或脫落，部分縱筋裸露，砼嚴重缺損，截面削弱大于1/3以上，砼普遍呈土黃色，錘擊聲音發悶。二層:柱、梁角部砼普遍酥松、空鼓或脫落，部分角部縱筋裸露，個別柱鋼筋彎曲變形;部分柱砼熔化酥脆、錘擊聲音發啞，其余裸露的柱呈灰白色，錘擊聲音發悶，部分梁、板砼酥松或脫落，縱筋裸露，砼普遍呈灰白色，錘擊聲音發悶。三層:大部分區域未直接過火，僅砼表面熏黑，個別梁角縱筋裸露，敲擊聲音由響亮～發悶。

2．3．2超聲檢測選取各層外觀較明顯過火損傷痕跡區域與外觀無明顯過火損傷痕跡區域交界處共計24根構件，進行超聲波檢測。其中所檢無明顯損傷痕跡的構件超聲測點的波形良好無畸變、聲速正常;較明顯損傷痕跡的構件均發現異常測點，其聲速最小值均小于聲速異常值判定值，部分測點超聲波形畸變。

2．3．3損傷深度檢測單面過火柱側面損傷深度略低于四面過火柱，單側過火梁側面損傷深度與三面過火梁損傷深度無明顯差異。一層損傷深度約為15～35mm，二層損傷深度約為26～63mm，三層損傷深度約為10～25mm。

2．3．4鉆芯法檢測殘余強度取各層板底、梁底作為的主要的砼芯和鋼筋的取樣部位，選取共30根構件采用鉆芯法檢測其抗壓強度，所檢構件砼強度推定值為14．6MPa～29．3MPa，其中一層柱和二層梁、板各有2根構件強度推定值未達到設計強度等級。

2．3．5鋼筋損傷狀況檢測多數一層柱、二層梁、二層柱、三層梁角部砼過火后爆裂、脫落，造成角部縱向鋼筋裸露，多數二層板及部分三層板底砼過火后爆裂、脫落，造成局部板筋外露。從鋼筋裸露相對嚴重的柱、梁、板截取共計6根鋼筋進行力學性能檢驗。數據表明，所檢鋼筋力學性能符合國家標準要求。

2．4有效溫度場的標定及圖形化表達綜合上述損傷結果，以各層板底的標高平面作為有效溫度場的判定標高，通過分析可以得到場地內的損傷狀況分布規律。然后再依據實驗及試點工程數據，對每個局部損傷觀察點進行盡可能細致的溫度判定，可以得到標定平面內離散分布的有效溫度值，最后利用插值原理就可以得到連續的有效溫度場T(x，y，z=zi，t)及其圖形化表達，如示意圖1～3所示。根據有效溫度場所示，火勢從一層(1)－(B)軸起火點通過中庭天井向上蔓延，在中庭處達到最高有效溫度。一層(3－7)－(B)軸的附近區域有效溫度普遍高于900℃，(1－8)－(E-F)軸區域有效溫度達到500～700℃;二層天井區域內有效溫度約800～900℃，邊角區域略低，(1－2)－(A-B)軸附近開間內損傷溫度達到600～700℃左右;三層天井區域溫度達到400～600℃左右，其余區域未直接過火，僅受煙熏影響。

3結論

該方法基于對構件損傷程度產生實際影響的“有效溫度場”概念，以構件的局部損傷規律直接作為有效溫度場的判定依據，利用離散損傷特征判定出連續溫度場，解決了在實際應用中必須考慮過火時間、燃燒過程、材料屬性等相互影響的問題。現場可以將梁、板構件作為主要取樣檢測對象，既確保了場地內數據獲取的連續性，還可以減少檢測對柱、墻等承重構件取樣過度造成再次損傷。對于已處于承載力臨界狀態的結構，避免了安全事故的發生。最后通過圖形法得到的有效溫度云圖結果表明，本文提出的方法簡單靈活，能為下一階段的鑒定評級和加固處理提供了較為準確直觀的依據。

作者：傅崇單位：福建省建筑科學研究院