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摘要：通过对金昌铁业公司2#高炉本体框架平台火灾后，现场检测和鉴定分析，探讨了火灾后钢筋混凝土结构鉴定重点及方法，根据鉴定结论，提出加固方案。

关键词：火灾; 结构受损; 烧损深度; 检测鉴定

0 前言

冶炼行业由于生产事故而引起的建筑火灾时有发生，给国家和职工的生命财产造成重大损失，严重影响企业的正常生产经营。随着火灾温度、持续时间和过火等部位的不同，火灾对结构构件产生的损坏程度也不同，灾后须通过现场检测、结构验算、数据分析等科学手段对建筑结构进行可靠性鉴定，明确构件损伤程度，尤其承载力受损程度，为及时恰当地采取处理措施提供技术依据，避免后续工作的盲目性。

1 工程概况

金昌铁业公司2#高炉建于2004年，安钢集团设计院设计。炉体平台尺寸15m×15m，4.80m以下为钢筋混凝土框架，4.80m～37.50m为操作钢平台，平面、剖面见图1、图2。

2008年3月29日2#高炉发生事故，炉料泄漏造成火灾，火灾共持续约720min，构件损伤严重。

检查发现炉体破损口位置距地4.50m，泄漏炉料均堆积在4.80m混凝土平台以下，火灾仅对钢筋混凝土平台造成了直接损害，因混凝土平台板阻隔，4.80m以上钢平台未受火灾危害。此次仅对4.80m钢筋混凝土平台构件进行鉴定与加固。

2 初步调查

调查内容：火灾成因、燃体材质、着火时间、过火范围、灭火方式、灾后构件特征、温度判定。

2.1平台基本情况调查

查阅了原施工图纸等资料;调查了平台建设、使用、维修和改扩建史;初勘灾后现场及构件损伤情况;复测平台，并调查平台荷载，见表3-2。

2.2火灾情况调查

灾后距地4.50m处炉内冷却壁被烧熔，炉壁被击穿约1m见方豁口，炉料泄漏，炉料为燃烧的焦炭及铁矿渣高温溶液，因泄漏炉料多，四处蔓延，造成火灾区域较广。火灾持续约720min，消防部门采用喷水冷却灭火。泄漏炉料主要在泄漏口附近堆积燃烧，致使该区域损伤最为严重，灾后构件多处出现混凝土脱落、钢筋外漏现象，严重处构件表面局部鼓起、呈疏松状，出现裂缝。

2.3火场温度判定

由结构构件烧损情况、现场残留物的温度以及国际ISO834标准温度/时间曲线（火灾持续时间）综合确定。

按ISO834规定表达式：

T=T0+345lg（8t+1） （1）

T为标准温度（℃）;T0为环境温度（℃）;t为火灾持续时间。

火灾计算温度T=15+345 lg （8×720+1）=1312℃     （2）

考虑到火场在室外，通风较好，推断该平台火灾作用最高温度在1000℃左右。

3.4结构受损程度及范围

平台构件损伤程度分三个区域（见图3）：

一类  损伤区

表面混凝土呈灰白、浅黄色，明显过火痕迹，火灾温度1000℃左右。柱局部表面呈疏松状，敲击声哑，有裂缝，缝宽最大约1mm;梁表面局部剥落、露筋、敲击声哑;板混凝土局部酥松、剥落，露筋。

二类  一般损伤区

表面高温烟气熏黑，清除后为混凝土原色或焦黑色，火灾温度600℃左右。构件表面疏松层较薄，梁、板有轻微剥落，露筋。

三类  基本无损伤区

表面仅高温烟气熏黑，无明显过火痕迹，基本为混凝土原色。火灾温度低于200℃左右。构件表面基本完好。

3 现场结构检测

根据现场实际条件对一类、二类区域构件进行重点检测。火灾高温作用对混凝土、钢筋的力学性能均有影响，对灾后混凝土、钢筋强度及混凝土受损深度进行专项检测。

3.1混凝土强度及烧损层检测

①强度检测

钻芯取样法和回弹法进行混凝土强度检测：抽检一、二类区柱强度18.1MPa～23.8MPa，抗压强度推定值20.1 MPa。抽检梁强度16.7MPa～19.3MPa，抗压强度推定值18.2 MPa;抽检三类区柱强度24.5MPa～27.5MPa，抗压强度推定值25.2 MPa。抽检梁强度23.3MPa～27.5MPa，抗压强度推定值25.4 MPa。条件所限无法对平台板进行检测，板强度暂按同部位抽检梁强度。

②烧损层检测

一类区柱子损坏层最严重（表面混凝土松散、爆裂厚度约6mm），损伤层（高温导致已基本丧失混凝土强度厚度）约8mm;梁损坏层厚达8mm，损伤层约8mm。二类区柱子损坏层4mm，损伤层5mm;梁损坏层5mm，损伤层6mm。三类区混凝土基本无损伤。

3.2钢筋强度检测

现场从一、二类区三根柱内截取主筋进行力学测试。其中两根柱主筋力学性能均符合有关标准要求，一根柱钢筋抗拉伸强度、伸长率达到要求，但曲服点、冷弯性能不满足标准要求。

为更准确评定受力构件钢筋强度，采用受火温度分析法。灾后钢筋抗拉强度按下列公式计算：

fyt=kyfy （3）

ky=1.011-2.9×10-4T为强度降低系数，fy为钢筋正常抗拉强度，fyt为灾后抗拉强度，T为火灾温度。

一类区ky=1.011-2.9×10-4×1000=0.721，fyt=0.721×300=216N/mm2。 （4）

二类区ky=1.011-2.9×10-4×600=0.837，fyt=0.837×300=251N/mm2。 （5）

三类区钢筋可采用原设计抗拉强度fy。

4 火灾后构件的可靠性评定

以下仅对一类区构件做详细评定。

4.1柱、梁、板外观

一类区构件表面局部龟裂、起鼓，呈疏松状，有纵横向裂缝，最大缝宽1mm;局部混凝土剥落，钢筋外露，混凝土与钢筋粘结力严重下降。推定表面温度1000℃左右。构件严重损伤，连接受损。按可靠性鉴定标准第4.3.6条将一类区柱、梁、板裂缝、变形及连接构造评定为cu级。

4.2剩余承载力计算

采用灾后剩余承载力计算方法计算火灾前、后极限承载力，将二者比较分析。因平台建成时间较短，灾前极限承载力按原设计。

①柱

抽取受力最大、最严重损伤柱验算。原设计柱为双向对称配筋。

柱截面b×h=600×600mm，混凝土C25，保护层厚25，配8B18、φ8@200钢筋。

原设计极限承载力：

N=0.9φ（fy΄As΄+fcA）=0.9×1.0×（300×2036+11.9×600×600）=4405.32kN （6）

灾后柱参数：检测柱损坏层6mm，损伤层8mm。

损伤面积=14×572×2+14×14×4=8792mm2 （7）

未损伤面积=572×572=327184 mm2。 （8）

灾后混凝土强度评定为C20，钢筋抗压强度fyt=216N/mm2。剩余极限承载力：

Nt=0.9×1.0×（216×2036+9.6×572×572）=3580.74kN

（9）

Nt/N=3580.74/4405.32=0.813<0.9 （10）

承载力损失：（1- Nt/N）×100%=19% （11）

将一类区柱承载力评定为du级。

②梁

抽取受力最大、损伤最严重梁验算。原设计梁为单筋矩形截面梁。

灾前梁参数：截面b×h=250×650mm，混凝土C25，保护层厚25，配4B22、φ8@200钢筋。

原设计抗弯能力：

α1fcbx=fyAs，x= fyAs/α1fcb=300×1520/1.0×11.9×250=153.27mm （12）

h0=650-35=615mm （13）

M= fyAs（h0-x/2）=300×1520×（615-153.27/2）=245.5 kN.m

（14）

灾后梁损坏层8mm，损伤层8mm。灾后混凝土强度评定为C18，计算fct=8.64 N/mm2，灾后钢筋抗压强度fyt=0.721×300=216N/mm2。

剩余受弯承载力：

α1fctbtx=fytAs，x= fytAs/α1fctbt=216×1520/1.0×8.64×218=174.31mm （15）

h0t=650-32-35=583mm （16）

Mt= fytAs（h0t -x/2）= 216×1520×（583-174.31/2）= 162.8 kN.m （17）

Mt/M=162.8/245.5=0.663<0.9 （18）

承载力损失：（1- Mt/M）×100%=34% （19）

将一类区梁承载力评定为du级。

③板

一类区板受损伤情况与同部位梁基本一致，灾后混凝土、钢筋强度同梁，剩余受弯承载力计算与梁相同，故可将一类区板承载力评定为du级。

由一类区混凝土构件裂缝、变形及连接构造与承载力等子项评定结果，将一类区上部结构混凝土柱、梁、板综合评定为d级。

二类区构件以相同方法评定为d级。

5 结论及加固措施

5.1结论

一、二类区柱、梁、板受损严重，可靠性评为d级，承载能力不满足现行国家规范要求，不能正常使用，应立即采取加固措施。三类区因未直接过火，受灾温度较低，构件受损较轻，承载能力影响不大，可不加固。

5.2加固措施

①设置安全支护设施，保证受损构件及结构整体稳定。

②烧损层处理：凿除柱、梁、板表面的烧疏层，避免将未受损混凝土振松，然后用钢丝刷刷去浮灰，压力清水冲洗干净，刷一道界面剂。

③柱、梁加固：扩大截面法加固，对关联构件同步加固。

④板加固：用抗裂砂浆加钢丝网加固。

⑤加固后处理：构件抹水泥砂浆，柱根部做900高耐火砖维护。

采取加固措施后，该平台已投入使用半年多，情况良好。

[作者简介]王建军，（1982～ ），男，汉族，河南漯河人，本科，工程师。从事工业与民用建筑结构设计、鉴定及加固工作十多年。

参考文献

[1] 建筑结构检测鉴定与加固手册.  袁海军，姜红.       北京：中国建筑工业出版社，2003

[2] 工业厂房可靠性鉴定标准       GBJ144-90

[3] 混凝土结构设计规范           GB50010-2002

[4] 混凝土结构加固技术规程       CECS25-90