1火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)損害的機(jī)理和破壞作用
對建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施科學(xué)的檢測和加固，首先必須了解火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)造成損害的機(jī)理和破壞作用。混凝土是以水泥為膠凝材料，加粗骨料（石子）、細(xì)骨料（砂）、摻和料、外加劑等用水和，硬化而成的人工石。它在火作用下的機(jī)理可歸納為以下三個方面:第一，表面受火處溫度升高比內(nèi)部快，內(nèi)外溫差引起混凝土開裂。火災(zāi)時，混凝土中各種水分迅速汽化，體積明顯膨脹，沖破障礙迅速逃逸，導(dǎo)致強(qiáng)度下降;第二，水泥石受熱分解，使膠體的粘結(jié)力破壞，出現(xiàn)裂縫，表面發(fā)毛、起砂、呈蜂窩狀、出現(xiàn)龜裂、邊角潰散脫落等現(xiàn)象;第三，骨料和水泥石間的熱不相容，水泥石受拉，骨料受壓，導(dǎo)致應(yīng)力集中和微裂縫的開展。破壞的程度取決于溫度升高的速率、最高溫度和火作用持續(xù)的時間:當(dāng)溫度低于500℃時，澆水冷卻的混凝土強(qiáng)度低于自然冷卻后的強(qiáng)度，而高于600℃時，澆水冷卻后的強(qiáng)度高于自然冷卻后的強(qiáng)度火對鋼材的主要影響，表現(xiàn)在原子熱振動加劇并擴(kuò)散.產(chǎn)生軟化，到一定程度后可抵消硬化的影響。高溫時，原子間的結(jié)合力也有所降低.從而增加滑移變形，減少了抗滑能力。在1 400℃時，鋼筋進(jìn)人液態(tài)，失去了抵抗荷載的能力?；馂?zāi)時，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度隨溫度升高呈下降趨勢，且對光圓鋼筋的影響比螺紋鋼筋更為突出?；馂?zāi)對砌體的作用由磚塊材質(zhì)和砂漿性能決定，砂漿的彈性模量比磚的彈性模量小，熱膨脹比磚大，因而在高溫受壓時產(chǎn)生比磚塊更大的橫向變形。
2建筑結(jié)構(gòu)的災(zāi)后檢測
建筑結(jié)構(gòu)加固前的檢測十分重要，它可以避免加固中的盲目性。但是，通過檢測所作的鑒定只能大概地確定結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。為此，鑒定檢測工作必須盡可能多的調(diào)查、實(shí)測資料，以便對結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀作出較客觀的判斷。鑒定工作包括資料收集、現(xiàn)狀的檢測、抗力的驗(yàn)算和加固的建議。
2.1資料的收集即對建筑物的情況詳細(xì)地進(jìn)行調(diào)查，包括建筑結(jié)構(gòu)圖紙、建造年代、上部結(jié)構(gòu)概況、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)資料、荷載狀況、施工概況等。
2.2現(xiàn)狀的檢測具體到建筑結(jié)構(gòu)材料的檢測，主要有:
2.2.1回彈法:用回彈儀彈擊混凝土表面，由反射面的硬度決定回彈值。在混凝土表面存在石子、水泥石和水泥膠體，當(dāng)水泥標(biāo)號較高時，水泥石強(qiáng)度高，回彈值也高，混凝土強(qiáng)度也高。
2.2.2拉拔法:通過專門的工具錨人混凝土中，通過抗壓強(qiáng)度推算抗拉強(qiáng)度以評定其質(zhì)量。
2.2.3超聲法:在正常混凝土中彈性模量與強(qiáng)度有穩(wěn)定的關(guān)系，超聲波通過發(fā)射、接收裝置測出波速，波速可以通過材料彈性模量進(jìn)而評定其強(qiáng)度。
2.2.4鉆進(jìn)法:在恒壓下用等速沖擊鉆鉆入混凝土表面，由鉆進(jìn)速度確定混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。
2.2.5巖芯取樣法:是一種較好的強(qiáng)度測量方法，但取芯太小影響測量，取芯太大易加大損害。
2.2.6動力法:通過激振或脈沖動測出結(jié)構(gòu)的動力特性，由頻率可以確定彈性模量，進(jìn)而評定其強(qiáng)度:
2.2.7現(xiàn)場結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn):是一種費(fèi)用較高的檢測方法，一般要加到超過設(shè)計荷載的5%~10%，但要小于極限荷載，否則易引起結(jié)構(gòu)損壞。
2.2.8敲擊法: 回彈法和鉆芯法是基本的檢測方法，可以定量地測出混凝土的強(qiáng)度變化數(shù)值。由于這兩種方法的檢測點(diǎn)有限，而結(jié)構(gòu)各部位的火災(zāi)溫度相差很大，且沒有規(guī)律，所以當(dāng)測得數(shù)據(jù)后，在具體確定加固范圍、加固深度時，又往往采用敲擊法驗(yàn)證。混凝土抗壓強(qiáng)度與敲擊后的狀況見。
上述方法，由于檢測工具、操作方法等原因，檢測結(jié)果往往有較大差異，需要采用“綜合評定”和“對比評定”的方法來提高檢測效率和可靠性。
發(fā)生火災(zāi)后，首先應(yīng)由業(yè)主會同消防、設(shè)計、質(zhì)檢等部門對建筑物受損情況進(jìn)行調(diào)查及檢測，主要內(nèi)容應(yīng)包括:火災(zāi)溫度，結(jié)構(gòu)材料性能，受損結(jié)構(gòu)外觀及變形情況等見。
2.3抗力的驗(yàn)算
對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗力進(jìn)行驗(yàn)算，以確定加固的水平：
2.3.1結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)有強(qiáng)度，火災(zāi)后要考慮材料的強(qiáng)度折減和沿截面分布。
2.3.2結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的實(shí)際剛度.這對確定超靜定結(jié)構(gòu)的彎矩分布至關(guān)重要。
2.3.3混凝土結(jié)構(gòu)以實(shí)際配筋按規(guī)范驗(yàn)算抗力和提供允許荷載值.用混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)時，按砌體規(guī)范驗(yàn)算其抗力。
2.3.4當(dāng)結(jié)構(gòu)無法測定其配筋時，可根據(jù)現(xiàn)有荷載及結(jié)構(gòu)裂縫和變形狀況進(jìn)行抗力驗(yàn)算各項(xiàng)資料及檢測數(shù)據(jù)收集齊全后，才能根據(jù)加固要求、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的可能性、施工場地及條件、材料供應(yīng)的可能性等，作出鑒定結(jié)論.提出一個或幾個方案，從而進(jìn)行加固設(shè)計。
3建筑結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)
3.1火災(zāi)損害大致可以分為下列幾類
?、佥p度損害:在局部范圍內(nèi)的表面損害，邊沿剝落和產(chǎn)生裂縫
?、谥卸葥p害:結(jié)構(gòu)部件沒有塑性變形，但有嚴(yán)重的截面損害以及鋼筋強(qiáng)度降低;
③在單個建筑部件和結(jié)構(gòu)范圍中的嚴(yán)重?fù)p害:承重構(gòu)件部分或完全失去作用，但不致倒塌;
?、?化學(xué)損害:目前最重要的情況是聚氯乙烯燃燒氣體對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。
3.2受損構(gòu)件的修復(fù)加固
3.2.1基本原則
修復(fù)加固設(shè)計應(yīng)簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理;要注意被加固構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工方法，保證加固部分與原結(jié)構(gòu)共同工作并考慮加固對建筑物總體應(yīng)力變化的影響。
在確定方案時有兩種傾向值得注意:
（l）掉以輕心。認(rèn)為火災(zāi)后構(gòu)件并未完全喪失承載力，未考慮火災(zāi)隱患對構(gòu)件長期使用的影響，不予認(rèn)真處理。
?。?）過于保守。任意加大處理范圍，任意決定“打掉重建”。其實(shí)，“打掉重建”有時是不安全的，比如連續(xù)梁，隨意打掉某一跨就會對相鄰跨的內(nèi)力分布產(chǎn)生不利影響。
3.2.2確保施工質(zhì)量
由于修復(fù)加固的構(gòu)造及施工方法與正常建設(shè)時不同，故必須強(qiáng)調(diào)精心施工，確保質(zhì)量。如某一框架梁用“加大截面法”修復(fù)加固，要求在原構(gòu)件表面外包5cm左右一層混凝土，施工難度較大，需采用專門的施工設(shè)備和工藝，如用小直徑振搗棒振搗或用人工插搗等。
3.3結(jié)構(gòu)加固方法
3.3.1各種結(jié)構(gòu)加固方法的原則
鏟除損壞的混凝土，必要時加鋼筋來保證結(jié)構(gòu)部件具有完全的承載力，按照需要的尺寸用相應(yīng)的混凝土給截面復(fù)原，加固可采用置換、繞絲、粘鋼和粘玻璃鋼等方式。對于不影響結(jié)構(gòu)部件的承載能力的輕度損害，只要鏟除松弛的混凝土部分，再進(jìn)行填補(bǔ)，作好混凝土表面，以保證鋼筋不受銹蝕。火災(zāi)區(qū)混凝土在受熱后因水泥石收縮變形而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和由于火災(zāi)升溫、降溫階段的溫度分布不均勻所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力等，使其燒傷區(qū)內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列的變化，導(dǎo)致混凝l土內(nèi)部出現(xiàn)微細(xì)裂縫，降低混凝土強(qiáng)度，增大其三塑性變形。為確定混凝土被破壞的程度，采用超J聲脈沖法進(jìn)行了燒傷深度的檢測，采用拔出法輔以鉆取混凝土芯樣，對梁、柱混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測。對于能夠造成結(jié)構(gòu)承載能力降低的中度損害，應(yīng)小心地鏟去損害的混凝土層。這種混凝土層從火燒的顏色即可看出，不必對其強(qiáng)度作精確的調(diào)查，而火燒顏色因混凝土組成和達(dá)到的溫度不同而不同。一般來說，受損的混凝土呈儲紅色存留的混凝土表面最好利用噴砂清洗干凈并弄粗糙.如果鋼筋強(qiáng)度降低，需要置放附加鋼筋。最后用相應(yīng)強(qiáng)度的新混凝土給截面復(fù)原。新、舊混凝土之間必須有良好結(jié)合，鋼筋必須有良好結(jié)合，并且握裹力強(qiáng)另外采用粘結(jié)鋼和玻璃鋼結(jié)合的方法有很大的優(yōu)越性，根據(jù)結(jié)構(gòu)部件的不同。大多采用噴射混凝土或者模板澆注。嚴(yán)重?fù)p害應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況個別處理，常常需要局部加固或拆掉重建，上述原則也可以在這類情況下酌情處理:
3.3.2各類建筑部件的加固有不同的特點(diǎn)。
3.3.2.1柱子的加固一般是采用安放圈套進(jìn)行的，圈套尺寸的選擇應(yīng)保證能有足夠地方放置附加鋼筋，并能順利澆灌混凝土:圈套大都做成模板，柱子較高時可分節(jié)制作加固時小亡謹(jǐn)慎地鏟去全部受損松弛的混凝土，保證柱子中不留內(nèi)部裂縫，必要時采取加支架等安全措施。柱子的加固還應(yīng)按照應(yīng)力要求放置附加鋼筋，要采用細(xì)鋼筋做箍筋，布置密度要大。
3.3.2.2梁，尤其是板梁大多總是在下側(cè)被燒損，即火災(zāi)損害主要在受拉區(qū)。由于混凝土層剝落，常使鋼筋外露，加固時應(yīng)加必要的附加鋼筋。在鏟除松弛受損的混凝土層后，再將附加筋放置到梁上，保證附加鋼筋的良好錨接:另外在梁上應(yīng)優(yōu)先采用噴射混凝土。在板上可能有兩種情況:一是混凝土覆蓋層不能保持住;二是下面的鋼筋可能外露，在一些地方混凝土與鋼筋之間不存在任何聯(lián)接。這兩種情況下都應(yīng)高度注意鋼筋的強(qiáng)度，要配置足夠的附加鋼筋。對砌體等其它建筑構(gòu)件的加固也應(yīng)按類似的方法進(jìn)行。
3.3.2.3在一些貯存聚氯乙烯塑料制品及大量采用高分子材料裝修的火災(zāi)現(xiàn)場，當(dāng)溫度120oC時，聚氯乙烯便分解，同時分離出氣態(tài)鹽酸，鹽酸同滅火撲救的消防水蒸氣混合形成鹽酸霧，凝結(jié)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，氯化物對鋼筋產(chǎn)生化學(xué)損害，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。對此種損害的加固除通過機(jī)械鏟除進(jìn)行修復(fù)外，近些年來，經(jīng)常采取“石灰修復(fù)法”，這種方法是在不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)火災(zāi)損害情況下，將石灰糊漿一層一層地涂施在清除了炭黑和臟污的混凝上表面上，在石灰糊干燥時，把化學(xué)腐蝕物質(zhì)氯化物吸出，然后隨干燥的石灰層一同除去，這樣可以將殘留的氯化物含量降低到極限值以下，從而提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
