高性能复合砂浆钢筋网(丝)加固某受火工程大楼

马立华 郭世江

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013)

通常情况下，火灾会对钢筋混凝土结构造成很大的损害，但考虑到经济原因，大多火灾后的建筑结构可通过维修加固继续使用，只有在结构产生严重热变形、钢筋屈曲才将结构拆除重建。通常火灾后结构的损伤评级与修复加固大致分为三个阶段:1)通过现场检测获取构件表面的最高温度、构件损伤等级等信息;2)选用合理计算模型推算钢筋混凝土构件火灾后剩余承载能力;3)根据推算的剩余承载能力，对受火钢筋混凝土构件制定出合理加固方案。

复合砂浆钢筋网加固法是在受火构件表面铺上钢丝网或钢筋网，用复合砂浆和抗剪销钉作为保护和锚固，使其共同工作整体受力，从而提高结构承载力的一种加固方法［1］。该方法具有施工简单，施工质量容易保证，经济效益好，价格便宜的优点，并且具有较好的耐火性和耐久性，节省了大笔维修费用，可以广泛应用于建筑物加固和修补当中［2］。本文结合湖南省长沙市某受火工程大楼加固工程实例，对火灾后的现场检测流程做了介绍，并运用高性能复合砂浆钢筋网加固受火钢筋混凝土构件简化公式对某受火工程大楼主要受力构件进行了验算。

1 工程概况

湖南省长沙市某工程大楼所在建筑始建于1990年年初，该房屋主体为框架结构，结构层共9层，局部10层，火灾区域为结构第4层局部，该建筑于2010年8月26日凌晨发现起火，到当天凌晨6点火势得到控制，起火原因不明。

2 现场检测结果

2．1 火灾后现场调查及构件现状评定

由于过火区域内部分构件有损伤现象，见图1，图2，经现场初步检测，受火区域内的温度分区如图3所示，混凝土构件受到不同程度的损伤，情况见表1。

图1 混凝土柱粉刷层脱落

根据现场调查及构件各部位取样分析，参照表1所述的特征根据混凝土构件的烧伤深度、表面颜色、裂损剥落和锤击反应来推定火灾温度。对于该受火区域中现场混凝土表面颜色灰白、浅黄且布满裂纹、角部剥落且表面起鼓疏松、板底混凝土出现轻微爆裂，因此本次火灾最高温度推定为800℃［3］(见图3)。

图2 混凝土梁受损烧失

图3 火灾区域温度分区平面示意图

表1 各温度区域混凝土构件火灾后外观特征

2．2 火灾区域混凝土构件损伤情况

由现场检测钢筋混凝土构件的烧损特征，可将钢筋混凝土构件火灾后划分为四级:Ⅱa表明为钢筋混凝土构件烧损状况较轻;Ⅱb表明钢筋混凝土构件烧损状况较轻中度损伤;Ⅲ级钢筋混凝土构件烧损状况较重;Ⅳ级为钢筋混凝土构件烧损严重。钢筋混凝土构件各级损伤程度划分如表2所示［4］。

3 加固设计

3．1 加固计算模型

本文采用300℃和800℃等温线的二台阶模型作为混凝土高温强度的计算模型(见图4)，用ANSYS对不同截面的钢筋混凝土梁进行火灾下非线性温度场计算，并结合对钢筋混凝土温度场模拟的结果发现，等效截面可保留低于300℃的全部面积，对于300℃～800℃范围取为原截面宽度的一半，对截面温度高于800℃时面积忽略不计，最后整理出三面受火RC梁等效截面的计算公式，其简图见图5。该等效方法适用于b≥200且h≤400的梁内部300℃和800℃等温线位置，对于b≤200或h≤400的梁，其梁内部300℃和800℃等温线位置按b≥200且h≤400等倍计算。其面积计算如下［5］:

T形截面上翼缘宽度:

T形截面翼缘厚度为:

T形截面腹板宽度为:

T形截面腹板的高度:

图4 混凝土高温强度的计算二台阶模型

表2 RC构件各级损伤程度的划分

3．2 加固计算

根据检测结果可知，受损严重的火灾温度区域的Ⅲ级损伤梁采用高性能复合砂浆钢筋网进行加固，两侧及底部各增加35 mm厚M35高性能复合砂浆，加固采用8钢筋，如图6所示。选2～4交D主梁作为加固示例。混凝土的强度等级为C30，受拉区配置了HRB335级钢筋3φ25，受压区配置了HRB335级钢筋2φ18。

图5 三面受火RC梁等效截面简图

先根据现场检测推定过火温度为800℃，得当量升温时间为55 min，为保守计算，按当量升温时间为60 min。

当量时间为60 min时，当量时间为30 min，根据前文等效截面原则可得:

b3=b-90=210 mm，h3=h-50=500 mm，b8=b-10=290 mm，h8=h-10=540 mm，bT1=(b3+b8)/2=250 mm，hT1=h3=500 mm，bT2=b8/2=145 mm，hT2=h8-h3=40 mm。

图6 火灾区加固梁平面示意图

按照过火温度800℃，由钢筋折减系数可知钢筋抗拉强度和抗压强度分别为258 MPa和273 MPa。

故受火钢筋混凝土梁的剩余承载能力可按下式计算:

M=α1fcbT1x(h0-0．5x)+fyT'As'(h0-as')=14．3 × 250 ×67．4×(250-0．5×67．4)+273×509×(250-35)=82 kN·m。

对于2～4交D主梁在受火之前正截面抗弯能力为M原=214．3 kN·m;由于=38．3% ＞20%，为安全性考虑，所以该梁选用二次加固设计计算。

求得底部加固钢筋网的滞后应变:

故相对界限受压区高度:

由 α1fcbx+2α1fcmt1x=fyAs+fymAsm+fym1Asm1fy'As'算得:

由M=fyAs(h0-259．3 kN·m ＞M=214．3 kN·m。

加固后受火梁正截面承载能力259．3 kN·m，相比受火前承载能力214．3 kN·m大大提高。

按照此方案进行加固的湖南省长沙市某工程大楼四楼受火区已于2010年11月重新投入使用，后期使用状况良好，达到预期加固效果。

4 结语

本文结合湖南省长沙市某受火工程大楼加固工程实例，对火灾后的现场检测流程做了详细介绍，并运用高性能复合砂浆钢筋网加固受火钢筋混凝土构件简化公式对受火工程大楼主要受力构件进行了加固处理。总之，本文为工程技术人员在火灾后对钢筋混凝土梁加固修复提供了一种行之有效的方法，也为高性能复合砂浆钢筋网加固方法在建筑火灾修复领域的推广做了一定工作。

［1］ACICommittee．A guide for the design，construction and repair of ferrocement［J］．ACI Structural Journal，1988，85(3):323-351．

［2］MOTHANA Ahmed Al-Kubaisy，MOHD Zamin Jumaat．Ferrocement laminate strengthens RC beams［J］．Concrete International，2000，22(6):37-43．

［3］尚守平，曾令宏，彭 晖，等．复合砂浆钢丝网加固RC受弯构件的试验研究［J］．建筑结构学报，2003，24(6):87-91．

［4］曾令宏，郭世江，陈大川．高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁二次受力正截面承载力计算［D］．长沙:湖南大学土木工程学院，2012:1-5．

［5］郭世江，曾令宏，张友亮．高性能复合砂浆钢筋网受火混凝土梁正截面承载力研究［D］．长沙:湖南大学土木工程学院，2012．