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您当前的位置 > > 东莞灾后加固公司为你解答被大火烧过的楼还可以继续住吗

    【东莞灾后加固公司·为你解答】

    问:看到这次迪拜住宅楼被烧的新闻,十层楼都被烧过了,钢筋都被熔化了吧?这样的话,住下去会不会有很大的危险?如果不能住人了,是把它炸掉还是修缮?

     回答一:

    就像生病了就去医院请专业的医生看病,房子出问题了就去请专业的工程师。医生不能根据网上只言片语的描述就诊断病情,同样,工程师也不能根据网上简略的信息就做出判断。

    房子被火烧之后应该怎么办?还能不能接着用?需要拆除吗?还是需要维修?应该怎么维修?

    事实上,有专门的工程师负责这些问题。就像有专门的内科医生、骨科医生、儿科医生一样,工程师也分很多种,其中的 Forensic Engineer 就是专门做这些事情的。有些人说,Forensic Engineer 就是结构物的医生,诊断病情、治病救人。我们上课的时候教授说,与其说是医生,不如说更像是兽医。因为医生可以听取病人的反馈,但是结构物不会说话,所以 Forensic Engineer 的工作更像是兽医。

    的确,高温会显著降低混凝土和钢筋的力学性能,但是,我们并不能准确的知道火灾中的火场温度到底达到了多少。仅对抵抗火灾来说,混凝土是非常好的工程材料之一,远远优于钢结构、木结构,全世界这么多混凝土结构,不是没有原因的。虽然火场温度的确很高,但是可能只是表面的混凝土达到了比较高的温度,内部的混凝土其实几乎没有受到影响。

    混凝土是一种非常复杂的材料,大家都知道,混凝土其实是由水泥、砂子、石子等等复合而成的材料。如果所用的石子主要是石灰石,跟所用的石子都是石英石的混凝土,其强度随温度的变化明显不同,抵抗火灾的效果就有很大的区别。混凝土不一样,火灾的起因、强度、温度也不尽相同,所以必须要就事论事,按现场状况进行分析。

    就建筑物的受影响范围来说,也要一个案例一个案例的单独分析。很多火灾并没有波及整个建筑物,可能只是在建筑物的某一部分或者某几个楼层,如何确定影响范围呢?比如三楼失火,紧邻它的四楼需不需要维修呢?五楼呢?影响范围到底有多大呢?

    如果混凝土结构其实没有受到多大影响,这时候进行大范围、高造价的加固,反而变成了劳民伤财;反过来,如果混凝土结构受到的影响比较严重,而这时候不管不顾,这就成了草菅人命。所谓的工程科学,就是在安全性和经济性之间寻找最好的平衡点,既要对公众的安全负责,又要对公众的钱包负责。

    那究竟应该怎么做呢?如果你是一个 Forensic Engineer,受雇于业主负责此事,你应该怎么做呢?

    仅就结构安全方面来说,首先应该清理现场,把所有的活荷载移除,简单说,就是把建筑物内的家具、物品、各种重物都搬出来;其次要做一个彻底的视觉检查,看上去受损严重的区域,要考虑添加适当的临时支撑,防止建筑物进一步坍塌。

    保证好安全问题之后,接着就要做一个初步的混凝土检测,一般可以用回弹锤做一个简单快速的普查。所谓的回弹锤,原理很好理解,不同强度、不同材质的混凝土,表面硬度也不一样,拿一个锤子敲上去,锤子回弹的幅度也不一样。比如你拿锤子敲钢板,会嘣的一声弹回来,但是你拿锤子敲豆腐,就不会弹回来。有专门的这种锤子,上面有刻度测量回弹幅度,有机械装置保证每次敲击的力度相同。根据试验的结果,我们可以大致知道,哪些混凝土几乎没受影响,哪些混凝土有问题,应该进一步检测。

    接下来,一般会用 UPV 来做进一步的检测,所谓的 UPV 就是 Ultrasonic pulse velocity,测量的是超声波在混凝土中的传播速度。这个传播速度与弹性模量的平方根成比例,而弹性模量又与抗压强度的平方根成比例。质量好、强度高的混凝土,超声波的传播速度也快;反过来,因为火灾造成的质量差、强度低的混凝土,超声波的传播速度也慢。通过大规模的 UPV 检测,就可以筛选出哪些部位受损严重,受损的程度到底如何。

    对于受损的部分,还可以利用 UPV 来测定受损的混凝土表层的厚度。

    比如说,表面的混凝土已经被火灾破坏,而内部的混凝土还未受影响,因为火灾的时候内部的混凝土的温度还没有达到那么高的程度。那么我如何知道到底多厚的表层被破坏了呢?

    我可以把超声波的发射器和接收器都放在表面,然后测量超声波的传播时间。超声波可以沿着受损混凝土的表面传播,也可以先传播到完好混凝土的表层,然后沿着完好混凝土传播,再折射会受损混凝土表面。完好混凝土中的波速大于受损混凝土中的波速,我改变发射器和接收器的距离,得到不同距离相对应的时间。显然,距离很近的时候,受损混凝土中的传播要快,也就是上图中的 path 1,当距离增大到一定程度,path 2 的传播就要快于 path 1 了。很简单的数学关系,就能求算出受损混凝土的厚度。

    如果觉得很难理解,可以这样想,从你家开车去很近的地方,显然是走普通道路比走高速快,因为你还要绕路去高速入口;但如果是开车去很远的地方,显然是走高速更快,因为高速上节省的时间要远远大于绕路上高速浪费的时间。

    知道了受损混凝土的位置、程度、厚度,接下来就可以开始维修了。方法有很多种,比如说,可以把表面的受损混凝土全部凿除,然后用喷射高强混凝土重新喷涂结构表面,形成新的、高强度的混凝土表层。

    对于混凝土结构中的钢筋,一般来说,因为混凝土抵抗火灾的性能很好,如果保护层厚度足够的话,一般钢筋不会有太大的问题,除非因为特殊情况,比如表层混凝土脱落,导致钢筋直接暴露在外面。对于钢筋的检测也有很多办法,比如测量电势差、GPR 雷达检测等等。如果认为钢筋有问题,可以考虑在喷涂的混凝土外面包钢板或者 FRP 进行加固。

    混凝土保护层的厚度要求,除了耐久性、钢筋锚固的需求之外,很大程度上是出于防火考虑,比如 ACI 规范对于梁柱混凝土保护层厚度的最低要求是 1.5 英寸(38 毫米),也就是说,梁柱中的任何钢筋至少都要外包 38 毫米的混凝土。很多工程在设计、施工的时候,对混凝土保护层的厚度要求不够重视,认为无关紧要,这是非常错误的。混凝土对高温的抵抗能力非常强,少一点点混凝土,对于钢筋来说就是少了很多保护,千万马虎不得。

    经过这样的检测、评估、加固之后,一般来说,火灾后的混凝土结构都能重新投入使用。虽然这样的检测加固花钱不少,但是相比盲目的拆掉重建而言,还是经济合理的。当然,对于普通的住宅、办公、旅馆等建筑物来说,结构造价并不是最重要的部分,建筑装饰装修的造价非常高昂,火灾后重新装饰装修,可能花的钱要远远多于结构检测加固的钱。

     回答二:

    烧完之后直接住人显然是不现实的,建议检测之后选择维修加固或者拆除重建再来住人,当然这是一个复杂的问题,需要检测之后做很多权衡。火灾对结构的影响是很复杂的,需要检测完了再来确定是否可以直接使用,或者需要维修或者直接拆除。

    仅从结构工程的角度出发回答这个问题。火灾从发生,旺盛燃烧一直到熄灭可能没有那么久,可能被扑灭,都可以有效的降低对结构的影响。

    钢材的性能; 既然题主提到了钢筋,就从钢开始说。

    这是温度对常见的结构钢材力学性能影响的曲线,其中最关键的两个因素是fy和E,fy是屈服强度,E是弹性模量。不知道题主是否是业内人士,若不是,做个不恰当但是好理解的解说,fy决定承载能力,最大能担多少重量。E决定会有多少变形,加同样的重量往下垂了多少。

    在500°C时候,钢材的E下降到原来的2/3左右,fy大约只有原来的1/3;在600°C时候,钢材的E下降到了原来的一半,fy大约只有原来的1/8,因此钢材的抗变形能力(刚度)和强度都下降了非常多。

    火场的温度和结构的温度

    这是一篇论文中在火场温度1100°C情况下,温度稳定后钢筋混凝土梁截面上的温度分布。大部分钢筋分布在梁表面80mm以内,所以在这种情况下梁内钢筋大约在1000~800度之间。实际火场温度变化,可能高于1100,也可能低于1100,并且是不均匀的,按照常见燃烧物火焰颜色区分火场温度,大部分火焰都是橘黄到明黄色,这样的火焰一般在800°~1000°,按照这篇论文里面的等温曲线推算,钢材处在下限500,上限1000的温度范围内,上面已经说了,500度时候钢材性能已经大幅度下降。

     考虑温度和钢材性能时候结构的变化

    如果是钢结构,如果没有防火处理那是基本直接跪了,经过防火处理,防火涂层也只能保护钢结构几个小时。最典型的例子就是我们悲催的世贸大厦,在911恐怖袭击中被活活烧塌了。

    如果是钢筋混凝土结构,其抗弯承载力是和fy成正比的,所以500°C时候,梁板这类抗弯为主的构件承载能力也只剩1/3左右了。结构设计是有冗余度的,如果简单粗暴的抛开基于可靠度概率的设计理论,直接讲安全余量有多少,大概设计承载力是实际荷载的1.5~3倍左右,混凝土的柱子、墙体不会下降太多,还能撑住,但是梁板往往撑不住的,就会变形发生弯曲。由于火场温度并不均匀,可能有点地方变形严重,有的地方并不怎么破坏。

    混凝土的主要成分是水泥、骨料和水,能够发挥强度都是靠水泥和水反应把骨料胶结在一起,水泥的有效成分主要是硅酸X钙和铝硅酸盐,它们和水反应生成各种硅酸盐的水合物以及氢氧化钙,这是混凝土的强度的来源,没有他们混凝土就变成了一滩散沙。

    在200°C下,混凝土中的化学结合水开始脱离,350°C,硅酸盐类开始脱水分解,570°C氢氧化钙开始脱水分解。我想这个过程大家都不陌生,高中化学课上灼烧五水硫酸铜,灼烧石灰石都玩过,原来致密坚硬的固体开始慢慢变成齑粉,这样的反应就在混凝土里面发生。

    事实上高温并不均匀分布,这样还有一个问题——温度应力。温度应力的例子再简单不过了,大冷天倒热水进入玻璃杯子可能会爆掉,这就是温度应力。巨大的温度应力会扯裂混凝土。而不均匀的温度引起的变形可以直接破坏结构本身,产生超越局部材料破坏的结构构件破坏。    

    所以一场大火过后即使这栋建筑没有坍塌,其过火范围内的结构也是发生了变化的,请一定请专业人员来做检测鉴定,看看是毫发无伤,还是受损严重应该加固凑合用还是拆了重建,千万不要自己好奇跑进去~

    来源:知乎,《建筑结构》杂志编辑整理。    

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