某大剧院火灾后结构安全性鉴定

罗美芳，吕伟荣，戚菁菁，蓝声宁

(湖南科技大学 土木工程学院，湘潭 411201)



某大剧院火灾后结构安全性鉴定

罗美芳，吕伟荣，戚菁菁，蓝声宁

(湖南科技大学 土木工程学院，湘潭 411201)

由大跨度钢结构和钢筋混凝土框架组成的大剧院建筑，过火后不同结构部分损毁情况大不相同.介绍了某大剧院遭受火灾后，结构剩余强度的检测和鉴定.通过对火灾现场进行详尽的调查后，根据现场火灾损毁及构件表观情况温度调查，结合《火灾后建筑结构鉴定标准》[1](CECS 252-2009)进行了不同区域结构受热温度的判断及划分；根据《火灾后建筑结构鉴定标准》[1]和现场检测结果，对不同温度区域结构构件的混凝土、钢筋材料的强度进行折减，运用PKPM软件对火灾区域结构进行了承载力分析和安全性鉴定，并提出了该结构火灾后的处理建议.

火灾；受热温度；检测；安全性鉴定

0 引 言

近年来，大跨度钢结构和钢筋混凝土框架的混合结构如剧院、商场、仓库等的数量不断增多，而且多数设计复杂、单层面积巨大，而上述场所又多属于人员密集或者可燃物质多、货物囤积的场所，这些都增加了火灾发生的几率.虽然钢结构具有结构性能好、施工快、自重轻、非燃材料等优点，但其本质耐火性差，一旦发生火灾，钢结构在高温下，其力学性能大幅下降，容易倒塌，损失严重.相比钢结构部分，组合结构中钢筋混凝土结构部分过火后，承载损失相对较小.

建筑结构抗火性能研究是当前的研究热点之一,国内外学者对此展开大量试验研究和理论分析，并取得了丰硕的成果，李国强等总结了钢结构及钢-混凝土组合结构的抗火设计计算方法[2]，余志武等分析了我国现有防火设计规范的特点以及工程应用情况,指出了现有研究的不足[3]，韩林海等也从抗火设计方法、耐火性能和防护保护措施等方面介绍了钢-混凝土组合结构抗火设计的原理[4].

但钢-混凝土组合结构抗火性能在试验研究中, 构件试验较多, 对节点和结构体系试验较少在试验方法上缺乏统一的试验标准, 使得试验结果难以比较.而且国内外现有高温下和高温后有关混凝土结构的力学性能研究也集中在单个构件上，有关整体的研究成果很少，结构灾后结构损伤评估、整体结构数值火灾试验方法、基于结构性能的抗火设计方法都需深入研究.

1 工程概况

湖南省某大剧院于2003年元月开工，2003年12月建成开业.总建筑面积为13220 m2(包括半地下层4872 m2)，为一类建筑，耐火等级为一级.该建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构，屋盖为钢结构网架，基础为桩基础，非抗震设防；外围护墙体为240 mm厚的普通粘土砖砌体，采用C30的灌注桩基础.

2007年5月16日凌晨3时45分大剧院发生火灾，消防支队经过半个多小时的紧张扑救，大火于4时50分被彻底扑灭.在本次火灾中，该建筑一楼观众大厅过火面积达900 m2以上，大厅的1000多个观众座位及音响、灯光等所有设施均被烧毁.其钢架结构的顶棚也被烧得严重变形，绝大部分坍塌损毁.本次着火区域以及烟气弥漫区域为轴8～16/B～J轴.火灾影响区域见图1.

图1 火灾影响区域示意图(阴影部分)

2 现场踏勘及结构受热温度分析

(1)火灾后残留物质状态：经现场勘查，整个过火区域包装材料全部燃烧，粉刷层大面积脱落，一楼大厅的观众座位及音响、灯光等所有设施均被烧毁；二楼贵宾间阳台装饰及吊顶大部分烧毁，其钢架结构的顶棚被烧得严重变形，大部分发生坍塌，顶部外隔墙部分倒塌砸到一层观众厅楼板上；前厅及舞台区域及其上空为临近过火区域，主要受到浓烟熏黑.钢结构屋架烧毁残留照片见图2.

图2 钢结构屋架烧毁残留照片

图3 楼板保护层脱落钢筋露出

(2)结构构件受损情况：如图3、图4所示，该剧院的大火主要集中在一楼观众厅、控制室、票务室、寄存室以及二楼四周的贵宾室，其中大部分楼板板底钢筋裸露现象严重、粉刷层和混凝土脱落，墙体垮塌、爆裂、大幅变形、砂浆大面积脱落，其中以二楼的贵宾室受火最为严重：墙体砂浆粉饰层变形垮塌、顶板混凝土爆裂剥以及露筋随处可见.过火区域大部分混凝土梁、柱砂浆大面积脱落，部分柱、梁的混凝土脱落，极个别柱、梁钢筋外露.烟熏区域梁、柱、板粉刷层熏黑.过火区域大部分二层贵宾间阳台底板和二层贵宾间阳台弧梁锤击声音较响或较闷，混凝土表面留下较明显痕迹或局部混凝土酥碎，部分顶层贵宾间阳台底板锤击声音发闷，混凝土粉碎或塌落.火灾区域部分一层柱子大部分被烟熏成黑色，锤击声音响亮，混凝土表面不留下痕迹；二层柱子绝大部分有较厚的砂浆层(除了梁底附近区域以及个别部分暴露外)，火灾对其影响较小.

(3)火灾区域结构受热温度区划：如图4所示，据踏勘结果和结合《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252-2009)[1]判定顶层贵宾间阳台底板附近表面温度一般在600～700 ℃左右；顶层贵宾间阳台底板附近表面温度接近500～600 ℃；一层墙体和柱过火温度一般在200～400 ℃；其他烟熏区域构件表面温度一般在200 ℃以下.根据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009)[1]“附录 B 混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系”判断火灾最高温度，二层9-11～D-F轴板及顶层(三层)混凝土板温度最高约为600～700 ℃，具体火灾温度分区详见图4.

说明：1区温度：600～700 ℃；2区温度：500～600 ℃；3区温度：200～400 ℃；4区温度：200 ℃以下；

3 现场检测结果

3.1 混凝土强度检测

采用回弹法[5]、超声回弹综合法[6]和钻芯法[7]对构件混凝土强度进行检测，检测结果[8]详见表1.

表1 混凝土抗压强度检测结果

说明：对于存在损伤的部位，采用回弹法或超声回弹综合法检测混凝土强度作为参考数据，具体强度以芯样强度为准.

3.2 材料性能折减

根据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009)[1]和图4所列的温度区划，分别对混凝土和钢筋的强度进行了折减；折减系数详见表2.

表2 材料性能折减系数

3.3 其他结构外观检查

由于顶部外隔墙部分倒塌砸到一层观众厅楼板上，并长期堆积，因此，有必要对观众厅一楼的梁、板进行外观检查，经过对一层观众厅楼板及梁的详细检查，未发现有明显变形和裂缝，特别注意对被坍塌墙体砸中(堆载最大区域)区域附近地下室顶板情况(无肉眼可见的裂缝，未发现漏水现象).对顶部墙体以及未坍塌的屋盖，出现倾斜和严重变形，存在安全隐患，应防止坍塌以及高空落物.

4 结构剩余承载力分析

根据现场检测结果显示，该建筑只有局部火烧比较严重，其它部分影响很小，甚至不受影响；同时考虑到该建筑设有温度伸缩缝.为此，本次校核将综合考虑建筑物过火区域和温度伸缩缝的位置，对⑧～交○B～(详见图1)的框架梁、板、柱(受力情况发生变化)进行PKPM结构建模分析，如图5所示，并根据现场的材料检测强度值对各构件的安全性能进行评定.

图5 楼层组装3D模型

4.1 火灾区域承载力校核

4.1.1 框架柱承载力校核

根据表2的材料折减强度，结合PKPM计算结果，对柱的配筋面积和轴压比进行承载能力校核，如表3所示.

表3 柱承载力验算

由表3结可知柱的轴压比均小于1.0，其计算配筋均小于折减后实配钢筋的面积，故柱在受火后其承载力满足规范要求[6].

4.1.2 框架梁承载力校核

表4 梁承载力验算

由表4可知梁的理论计算配筋均小于折减后的实配钢筋值，故梁在火灾后其承载力满足规范要求[6].

4.1.3 板承载力校核

表5为板承载力验算表.由现场踏勘的计算结果可知，楼板由于受火灾影响大，其承载力已不满足规范要求[4]，建议进行加固处理.

表5 板承载力验算

4.1.4 观众大厅梁板承载力情况分析

观众大厅地下室顶板在大火过后存在堆载堆载现象，堆载的最大厚度达到60 cm，但考虑到顶板的平均堆载厚度较小，堆载铁屑砖石松散，其荷载值均远小于3.5 kN/m2的设计荷载要求；且堆载最大处的地下室顶板区域未发现可见裂缝和漏水现象，可见地下室顶板的承载力满足要求[9].

5 结构构件鉴定评级

根据《火灾后混凝土构件评定标准》[10]要求，火灾后混凝土构件评级分为初步鉴定评级和详细鉴定评级.

5.1 初步鉴定评级

根据表1的检测结果以及结构未发生明显变形，按照《火灾后混凝土构件评定标准》[7]分别将混凝土楼板、框架梁和柱评为III、IIb和IIb级.

5.2 详细鉴定评级

根据实际火灾区域的承载力复核计算结果，全部火灾区域框架柱的计算轴压比和承载力验算均能达到安全要求，构件评定等级为b级.火灾区域框架梁的承载力验算均大部分满足安全要求，构件评定等级为b级.但个别框架梁(二层G-H～9-10轴弧梁；F-G～14-15轴弧梁)不能满足安全要求，构件评定等级为d级.火灾区域楼板(主要为VIP包间的底板和顶板)二层C-D～11-13轴板承载力验算满足设计要求，评为b级，其余均不能满足安全要求，其余构件评定等级为d级.火灾区域的看台底板，经现场勘查，其局部堆载均未能大于设计活荷载3.5 kN/m2的要求；且相应的承重框架梁和板均未见明显裂缝，表现良好，可继续使用.

6 处理意见及建议

(1)此次火灾过程中，火焰燃烧区产生的高温对钢结构屋架影响最大，基本上全部损毁；对钢筋混凝土楼板的保护层混凝土和钢筋的影响最为显著.

经材料强度折减后，全部火灾区域框架柱的计算轴压比和承载力验算均能达到安全要求，构件评定等级为b级，建议稍加修复后使用.

经材料强度折减后，火灾区域框架梁的承载力验算均大部分满足安全要求，构件评定等级为b级，建议稍加修复后使用.但个别框架梁(二层G-H～9-10轴弧梁；F-G～14-15轴弧梁)不能满足安全要求，构件评定等级为d级，需进行拆除.

经材料强度折减后，火灾区域楼板(主要为VIP包间的底板和顶板)二层C-D～11-13轴板承载力验算满足设计要求，评为b级，其余均不能满足安全要求，其余构件评定等级为d级，需进行拆除.

火灾区域的看台底板，经现场勘查，其局部堆载均未能大于设计活荷载3.5 kN/m2的要求；且相应的承重框架梁和板均未见明显裂缝，表现良好，可继续使用.

7 结 论

本文以某大剧院为例，提出了火灾后建筑结构现场检测和结构鉴定的程序为现场勘探-结构受热温度分析、现场检测结果、结构剩余承载力分析、构件鉴定评级，并给出了合理、经济的加固措施.科学合理的现场检测和结构鉴定不仅能够准确的掌握结构的受损情况，提出可靠地结构加固措施，还能为建筑结构抗火设计积累相关经验，提高抗火设计方法.

[1] CECS252:2009 火灾后建筑结构鉴定标准[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 李国强，韩林海，娄国彪，等． 钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计[M]． 北京: 中国建筑工业出版社， 2006.

[3] 余志武，丁发兴，等．钢-混凝土组合结构抗火性能研究与应用[J]．建筑结构学报，2010.

[4] 韩林海，宋天诣． 钢-混凝土组合结构抗火设计原理[M]． 北京: 科学出版社， 2012.

[5] JGJ/T 23-2011 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[6] CECS02:2005 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S].北京：中国计划出版社，2005.

[7] CECS03:2007 钻芯法检测混凝土强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[8] GB/T50344-2004 建筑结构检测技术标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[9] GB-50204-2002 混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[10] DBJ08-219-96 火灾后混凝土构件评定标准[S].上海：上海市建筑科学研究院，1996.

LUO Mei-fang,Lǘ Wei-rong,QI Jing-jing,LAN Sheng-ning

(College of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology , Xiangtan 411201, China)

Structure Safety Assessment of a Grand Theatre After Fire

Theatre buildings ,formed by large span steel structure and reinforced concrete frame,show different damages in different structural parts after fire.The paper introduces structure detection and identification of residual strength of a grand theater after fire, .According to the fire damage and its apparent temperature survey of components and based on the appraisal standard of building structure after fire (CECS 252-2009)[2], the judgment and classification of heating temperature to the structure of different regions are made.According to the appraisal standard of building structure after fire[2]and field test results, the reduction to the strength of the concrete and reinforcing steel of the structure of different temperature regions is made. The bearing capacity of structure of the fire area is analyzed and the security appraisal by using PKPM software structure is done.The treatment recommendations are proposed.

fire disaster;heating temperature; detection; security appraisal

2014-09-02

湖南省自然科学基金委员会与湘潭市政府自然科学联合基金资助(14JJ5012).

罗美芳(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：结构抗震.

TU378

A

1671-119X(2015)01-0080-06