邓永旗，吴全成，苏彦忠

1 河南省建筑科学研究院有限公司（450053） 2 驻马店市建设工程质量监督站（463000）

随着社会经济的发展、城市人口的集中化，以及人民对居室美观和舒适的不断追求,导致发生火灾的因素也随之增加，火灾的规模和频率也在日趋扩大。据不完全统计，我国每年发生约20万起火灾。城市建筑物火灾占总火灾的2/3以上,我国每年由于建筑物火灾造成的人员伤亡和财产损失非常巨大,1971年～2002年的30多年中,全国共发生火灾217万余起，死亡近10万人，直接经济损失达187亿余元。火灾后的建筑物是否还有修复价值以及如何修复,是灾后人们最关注的问题，而我国目前建筑物多采用钢筋混凝土结构，因此合理地选择钢筋混凝土结构的加固方法就显得非常重要了。

1 火灾后混凝土结构的加固

钢筋混凝土结构的修复方法很多,应根据各种结构的特点及火灾损伤程度，因地制宜地提出合适的修复方法。总的原则是:铲除严重损伤的混凝土，修补孔洞和缺损，按照等强原则进行构件加固，以保证构件原有承载力;为使加固获得更好的效果，加固前应尽量使构件卸除荷载。

1.1 结构受损后的修复方案

对仅有粉刷层轻度破坏的构件,只须将表面粉刷层或表面污物清理干净，重新进行粉刷装修即可。

而对中度损伤的构件，按下列步骤进行修复:①进行表面清理:将烧松散的混凝土除掉，将存留的混凝土表面清理干净；填补同等级混凝土，做成完好表面，以保证钢筋不受锈蚀。②进行灌缝:对混凝土表面的细小裂缝，可采用水泥素浆，或以环氧树脂为基本组分的胶结料来灌缝，水泥最好选用膨胀水泥或自应力水泥。灌缝方法的选择取决于裂缝宽度和深度。对深度和宽度分别不大于50mm和0.3mm的裂缝，可用平面式注浆机灌缝;对较深裂缝，将开口两侧凿成V形再灌缝。③验算构件剩余承载力，最后进行外部装修，将裂缝、孔洞、缺损修补好后，外部应抹灰，使构件满足外观要求。

对于严重损伤的构件，因其承载力有所下降，需要根据剩余承载力计算结果，按等强原则进行加固设计，施工时须采取有效措施保证质量。

对于危险构件，应予拆除，并另行更换新构件。

1.2 加固的设计

1）计算结构剩余承载力根据受损后测定出的截面几何参数、材料剩余强度等确定。

2）加固量的计算结构加固后的承载能力应满足R≥roS,其中R包括弯矩、轴力、剪力，ro是结构重要性系数，S是被加固构件的荷载效应组合设计值。

3）加固截面设计根据加固量、初选的截面尺寸、材料强度估算加固所需配筋量。

4）将计算结果按加固后的实际承载力验算截面承载力。

1.3 修复加固的施工

修复加固的施工必须在技术鉴定及修复加固设计人员的指导下完成。因为火灾对工程结构的损伤是不均匀的，即使同一构件不同部位受火灾损伤的程度也是不同的,只有技术鉴定及修复加固设计人员现场指导,方能有效保证修复加固设计的内容落实到每一构件及构件的每一部位。在对烧伤层进行清除时，要对裂缝逐一进行检查确认，确定其剔凿深度；对严重受损板的现场确认等工作应由技术鉴定人员、加固设计人员会同监理、施工人员共同完成，这样做可随时监测检查原有结构及构件的性能,及时发现和处理各种隐患。

建筑结构火灾后的修复加固设计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设计成败的关键,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，要求主梁及次梁底需设置支撑，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、而后次梁，最后浇捣楼层叠合层。

2 某工程火灾后混凝土加固实例

2.1 工程概述

南阳市某酒家为混合结构，一、二层为钢筋混凝土框架结构，作为商业门面用房。三～七层为住宅。楼板均采用混凝土预制空心楼板，住宅砌体采用MU15砖和M10砂浆砌筑，底部两层框架混凝土强度为C30。

该楼与1989年6月竣工，使用中将二层设为歌舞厅，于2000年9月20日凌晨5:30分发生火灾，火灾开始于该楼层前部，然后迅速蔓延至全楼层后半部分，并将部分玻璃和铝合金窗熔化，但并未引起三楼室内燃烧，大火燃烧时间为80分钟，直至6:50分火势得到控制。

2.2 结构受损与分析

因燃烧发生在第二层，故三层的楼面梁、板和二层的柱损伤十分明显。柱上抹灰层普遍开裂、脱落，部分柱的混凝土保护层出现龟裂，个别柱烧伤深度达50mm。三层梁底保护层普遍酥裂，梁底部位损伤最为严重，梁侧面烧酥程度较底部轻，但出现大面积龟裂和裂缝，剥开裂缝发现少数裂缝深入梁核心混凝土,个别梁烧伤十分严重，其刚度明显降低。二层楼板普遍完好,三层楼板的板底混凝土普遍烧酥且大面积脱落，大部分空心板孔洞外露，空心板的预应力钢筋也出现大面积外露、松弛现象，使空心板丧失了承载能力。从火烧作用的范围来看,二层楼板几乎无损伤，二层柱由下而上，损伤逐步加重，三层梁比第二层柱严重，三层预制板比该楼层楼面梁严重，梁柱的棱角部位比平面部位严重，梁柱自表面向里损伤逐渐减轻。其主要原因是不同构件接触火苗的部位不同、受火面大小不同和构件自身的薄厚不同。三层楼板的损伤比框架梁柱的损伤严重得多,主要原因是火灾时钢筋混凝土空心板直接承受火荷载,而且板的厚度比较小,其钢筋混凝土保护层也比较小。所以钢筋混凝土空心板是火灾最薄弱的环节。火灾时，钢筋混凝土空心板中钢筋受高温作用而强度降低,钢筋与混凝土之间的粘接力完全失效，从而使板的截面抵抗矩降低，板的刚度下降，饶度增加，裂缝增多，进而导致板的完全破坏。

对住宅部分各层墙体检查时发现,三层和四层因火灾而引起的裂缝较多，尤其是三层更显著，大多数裂缝都贯穿墙体两面。最大裂缝达2.0mm，裂缝走势和分布无规律可循，但水平向裂缝很少，门窗洞口一般均出现裂缝。由于外墙被直接从二层窜出的火苗烧烤，其变形较内墙较快且大，其裂缝也比内墙多。四层墙体裂缝只有个别大于0.5mm。随着楼层的增加，温度影响越来越小，墙体裂缝也逐渐减少。

按照《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03:88的要求,取与梁柱混凝土浇筑方向垂直的方向，钻取混凝土芯样，经过加工，剔除芯样烧伤部分后，试压发现:框架梁的混凝土立方抗压强度为21～22.8MPa，框架柱的混凝土立方抗压强度为22.7～34.5MPa，两者均不能达到原设计的安全度。根据以上检测结果，进行房屋安全分析后，确定对该房屋进行加固处理。

2.3 结构加固方案

加固设计目的和原则:使结构功能恢复至原设计要求,保证其在设计使用年限内安全、可靠。

1）安全可靠、简单易行、经济合理。

2）充分发挥火灾后构件剩余承载力，尽量多地保留原结构，尽量减少拆除工程及结构加固修复新增的荷载，同时考虑施工的方便及可操作性。

3）针对构件烧损程度、构件重要性，分别采取不同的加固修复方案。

火灾仅限于二层,但结构损伤最严重部位是三层楼面梁、楼面板和二层柱,故结构加固方案也主要是针对这些受损伤的部位制定。加固的总体思路是:首先对三层楼面梁采用钢管支撑以排除险情，三层楼板由于损伤过于严重，决定予以拆除，重新浇筑混凝土板，三层梁采用外粘钢板进行加固，二层柱敲除表面抹灰，采用外包钢加固后，重新进行粉刷。

2.3.1 钢管支撑

采用直径为219mm的钢管对三层楼面梁进行支护。每根梁设置两根钢管支护，钢管应上下对齐，两端采用钢板封闭，下垫250mm×250mm的方木。由于火灾时楼面梁刚度降低，在荷载作用下已明显挠曲,应采用千斤顶给梁反向加荷卸载。千斤顶的顶升荷载根据现场梁上荷载确定,使其顶升位移满足卸荷要求。

钢管支护的主要目的，是由于该工程火灾损伤较重，需要及时排出险情，同时又能给三层楼面梁柱卸荷，有利于结构加固。火灾使梁柱混凝土内部出现微裂缝，这些微裂缝将逐渐发展与梁柱的应力水平有关，应力水平越高，其发展速度越快，反之越慢。通过钢管的顶升作用，可使梁柱的应力水平降至最低,从而最大限度地阻止了梁柱微裂缝的继续发展。

2.3.2 混凝土柱加固

由于柱表面已经受损，部分柱的烧伤深度较大，柱截面消弱较大，故采用外包钢进行加固。

该方法在新增加柱截面的部分提高柱承载力的同时，还因为新增钢板箍的横向约束作用,使原混凝土柱处于良好的三向应力状态，因而可以大幅度的提高柱的承载力。

2.3.3 混凝土梁加固

梁侧面和梁底损伤较为严重，强度降低较大，采用外粘钢板进行加固。

该方法将钢板粘贴于被加固的钢筋混凝土梁受力部位，不仅能保证混凝土和钢板作为一个新的整体共同受力，而且能最充分地发挥粘钢构件的抗弯、抗剪和抗压的性能。

由于混凝土面受火灾后产生不同程度的疏松、剥落，应将其凿除后才能进行补强。凿除受损混凝土后，混凝土表面凹凸不平，可用环氧胶泥砂浆对其表面进行找平，其后才能对其进行粘钢加固处理。

2.3.4 混凝土板加固

三层楼板是损伤最为严重的构件,其表面混凝土大面积脱落，钢筋裸露，部分钢筋已断裂，故决定拆除原预制混凝土空心板，整浇筑钢筋混凝土板。且该层是框架与砖混部分之间的转换层，整体现浇对房屋的刚度是有利的。

2.3.5 构件裂缝处理

经过火灾作用的混凝土突然遇到冷水作用而使混凝土面产生大面积的龟裂纹,大部分裂缝宽度仅为0.3mm左右，且大部分在混凝土梁上，为避免钢筋锈蚀，先用裂缝密封胶对其进行密封。对于梁柱上的裂缝，应采用粘钢补强，通过钢板来封闭粘钢部位加固构件的裂缝，约束混凝土的变形，从而有效地提高加固构件的强度、刚度和抗裂性。

通过上述方法对该房屋进行加固后,满足了业主继续使用该房屋的要求，同时大大缩短了该房屋恢复使用的时间，为业主节省了大量的工程费用及其他资金,取得了较好的经济效益和社会效益。该房屋经加固后已经使用了十年多未出现任何问题。

3 结语

火灾后混凝土结构的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。施工人员必须深入现场，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。