火灾后工程结构鉴定标准 T/CECS 252-2019
中国工程建设标准化协会标准
火灾后工程结构鉴定标准
Standard for appraisal of engineering structures after fire
T/CECS252-2019
主编单位:中冶建筑研究总院有限公司
上海市建筑科学研究院(集团)有限公司
批准单位:中国工程建设标准化协会
施行日期:2 0 2 0 年 4 月 1 日
中国工程建设标准化协会公告
第506号
关于发布《火灾后工程结构鉴定标准》的公告
根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2016年第二批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2016]084号)的要求,由中冶建筑研究总院有限公司、上海市建筑科学研究院(集团)有限公司等单位修订的《火灾后工程结构鉴定标准》,经本协会建筑物鉴定与加固专业委员会组织审查,现批准发布,编号为T/CECS 252-2019,自2020年4月1日起施行。原《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS 252:2009同时废止。
中国工程建设标准化协会
2019年11月8日
前言
根据中国工程建设标准化协会《关于印发<2016年第二批工程建设协会标准制订、修订计划>的通知》(建标协字[2016]084号)的要求,标准编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订本标准。
本标准是对《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS 252:2009的修订。
本标准共分7章和9个附录,主要技术内容包括:总则、术语和符号、基本规定、调查和检测、火灾后结构分析与构件校核、火灾后结构构件鉴定评级和鉴定报告等。
请注意本标准的某些内容可能直接或间接涉及专利,本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本次修订的主要技术内容如下:
1.扩大了本标准的适用范围,适用范围扩大到工程结构火灾后的鉴定,结构类型增加了预应力钢筋混凝土结构、木结构和钢-混组合结构;
2.调整了初步鉴定和详细鉴定的评级标准;
3.增加了砌体结构构件受火灾后表面温度的推断方法;
4.增加了火灾后预应力混凝土结构构件、木结构构件和钢-混组合结构构件的鉴定评级内容,并调整了部分原有结构构件鉴定评级的内容;
5.增加了高温冷却后高强混凝土、高强钢筋的强度折减系数;
6.调整了高温冷却后混凝土弹性模量、钢筋与混凝土粘结强度折减系数;
7.增加了火灾后预应力钢绞线剩余应力测试方法;
8.增加了高温冷却后预应力钢丝和钢绞线的强度折减系数;
9.调整了高温冷却后钢结构钢材屈服强度折减系数、增加了高温冷却后高强度螺栓、焊缝的强度折减系数;
10.增加了高温冷却后高强螺栓预拉力折减系数。
本标准由中国工程建设标准化协会建筑物鉴定与加固专业委员会归口管理,由中冶建筑研究总院有限公司负责具体技术内容的解释。在执行过程中如有意见或建议,请寄送解释单位(地址:北京市海淀区西土城路33号,邮政编码:100088)。
主编单位:中冶建筑研究总院有限公司
上海市建筑科学研究院(集团)有限公司
参编单位:国家工业建构筑物质量安全监督检验中心
国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心
同济大学
西安建筑科技大学
烟台大学
哈尔滨工业大学
华南理工大学
应急管理部四川消防研究所
北京市消防救援总队
哈尔滨工业大学(深圳)
清华大学
山东建筑大学
中国京冶工程技术有限公司
宝武装备智能科技有限公司
中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司
民太安财产保险公估股份有限公司
中国平安财产保险股份有限公司
武汉钢铁有限公司
主要起草人:幸坤涛 岳清瑞 惠云玲 王新泉 许清风 郭小华 李国强 周新刚 郑文忠 吴波 姚继涛 辛雷 黄波 李忠煜 施刚 李兴利 傅传国 楼国彪 熊焱 杨华 查晓雄 常好诵 蒋首超 王卓琳 杨建平 庄继勇 姜迎秋 肖建庄 李正前 张伟平 黄德祥 张文革 王玲 冯绍攀 陈玲珠 陈岩 侯晓萌 郑士举 赵晓青 陈佳宇 陈世宏 夏善利 黄新豪
主要审查人:聂建国 徐建 顾祥林 牛荻涛 张鑫 韩继云 周笋 吴体
1 总则
1.0.1 为规范工程结构火灾后的检测鉴定工作,为火灾后工程结构的处理决策提供技术依据,做到技术先进、安全适用、科学合理,制定本标准。
1.0.2 本标准适用于混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构和钢-混组合结构等工程结构构件火灾后的检测鉴定。
1.0.3 本标准以火灾后工程结构构件的安全性鉴定为主。火灾后工程结构整体可靠性鉴定还应依据国家现行有关标准进行。
1.0.4 火灾后工程结构鉴定工作,应委托具有鉴定能力的相应专业机构承担。
1.0.5 火灾后工程结构鉴定除应执行本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
2.1 术语
2.1.1 火灾后工程结构鉴定 structural appraisal after fire
为评估火灾后工程结构可靠性而进行的检测鉴定工作。
2.1.2 火场残留物 debris in scene of fire
火灾后现场残存的物品。
2.1.3 火灾荷载密度 fire load density
火场单位面积可燃物的燃烧总热值。
2.1.4 火场温度过程 temperature-time process
火灾场所从开始燃烧、发展、猛烈燃烧、减弱、熄灭到恢复常温全过程温度与时间关系的历程。
2.1.5 结构构件过火温度分析 temperature analysis of structural component during fire
根据构件和防火层表面受热作用、构件材料热工性能确定构件表面、内部温度的分布状况。
2.1.6 当量标准升温时间 equivalent standard temperature rise time
采用国际标准《Fire-resistance tssts—Elements of building construction—Part1:General requirements》ISO 834-1标准升温曲线进行标准火灾试验达到火灾作用最高温度时所对应的升温时间。
2.1.7 重要构件 important component
自身失效将导致其他构件失效,并危及承重结构系统安全的构件。
2.1.8 次要构件 secondary component
自身失效为孤立事件,不会直接导致其他构件失效的构件。
2.2 符号
2.2.1 结构性能及作用效应:
Ep——常温下预应力钢丝、钢绞线弹性模量;
f1——常温下砖抗压强度平均值;
f2——常温下砂浆抗压强度平均值;
ftm——火灾后无筋砖砌体抗压强度平均值;
ft——火灾后砌体抗压强度设计值;
ftttv——火灾后砌体抗拉、抗弯、抗剪强度设计值;
ftttv,m—一火灾后砌体抗拉、抗弯、抗剪强度平均值;
Hc——可燃物的燃烧热值;
M——实际烧掉的可燃物质量;
Nt——火灾后砌体结构轴心受压构件的轴向力设计值;
P0——常温下高强度螺栓的预拉力;
PT一—高温冷却后高强度螺栓的预拉力;
Q——可燃物总热值;
qT一一房间火灾荷载密度;
R——结构或构件的抗力;
S——结构或构件的作用效应;
T——火场温度;
Td——砌体结构构件距迎火面d(mm)处的温度;
Ts——构件表面曾达到的最高温度;
t——升温时间;
te——当量标准升温时间;
β、[β]——砌体结构构件的高厚比、允许高厚比;
ε、ε′——钢绞线轴向应变绝对值、偏轴应变绝对值;
σTpe——火灾后预应力钢绞线剩余应力;
ω——火灾后受弯构件实际挠度;
[ω]——受弯构件的挠度限值。
2.2.2 几何参数:
A——截面面积;
AT——房间所有内表面积;
Aw——房间通风口面积;
bc——构件截面宽度;
e——轴向力的偏心距;
H——混凝土实心板板厚;
Hw——通风口高度;
h——矩形截面的轴向力偏心方向的边长;
l0——构件的计算跨度;
lc——柱的计算长度;
r——混凝土圆形截面构件半径。
2.2.3 计算系数:
Ct1——火灾后砖抗压强度折减系数;
Ct2——火灾后砂浆抗压强度折减系数;
F——计算房间的通风系数;
k1——块体形状、尺寸、砌筑方法等因素的影响系数;
k2一一砂浆强度不同对砌体抗压强度的影响系数;
k3、k4、k5——计算系数;
kp——高强螺栓预拉力调整系数;
α——与砂浆强度有关的计算参数;
γ0——结构重要性系数;
φt——火灾后砌体结构轴心受压构件的纵向弯曲系数。
2.2.4 鉴定评级:
Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb、Ⅲ、Ⅳ——火灾后结构构件的初步鉴定评定等级;
a、b、c、d——火灾后结构构件的详细鉴定评定等级。
3 基本规定
3.1 鉴定程序和工作内容
3.1.1 工程结构发生火灾后应对结构进行检测鉴定,现场检测应保证检测工作安全。
3.1.2 火灾后工程结构鉴定对象应为工程结构整体或相对独立的结构单元。
3.1.3 火灾后工程结构鉴定应分为初步鉴定和详细鉴定两阶段。初步鉴定应以构件的宏观检查评估为主,详细鉴定应以安全性分析为主。
3.1.4 火灾后工程结构鉴定,宜按规定的鉴定流程(图3.1.4)进行,并应符合下列规定:
1 当仅需鉴定火灾影响范围及程度时,可仅做初步鉴定。
2 当需要对火灾后工程结构的安全性或可靠性进行评估时,应进行详细鉴定。
3.1.5 初步调查应包括下列工作内容:
1 查阅图纸资料,包括结构设计和竣工资料;调查结构使用及改造历史、实际使用状况。
2 了解火灾过程及火灾影响区域,查阅火灾报告等资料。
3 现场勘查了解火场残留物状况、荷载变化情况。
4 观察结构损伤情况,判断主体结构及附属物的整体牢固性、出现垮塌的风险性。
5 制定鉴定方案。
3.1.6 鉴定方案宜包括下列内容:
1 工程概况。
2 检测鉴定的目的、依据和范围。
3 调查与检测的工作内容、方法和设备。
4 分析与校核内容。
5 现场检测相关安全保障措施。
3.1.7 初步鉴定应符合下列规定:
1 火作用调查应初步判断结构所受的温度范围和作用时间,包括调查火灾过程、火场残留物状况及火灾影响区域等。
2 结构现状调查与检查应调查结构构件受火灾的损伤程度,包括烧灼及温度损伤状态和特征等。
3 初步鉴定评级应根据结构构件损伤特征进行结构构件的初步鉴定评级,对于不需要进行详细鉴定的结构,可根据初步鉴定结果直接编制鉴定报告。
3.1.8 详细鉴定应符合下列规定:
1 火作用分析应根据火作用调查与检测结果,进行结构构件过火温度分析。结构构件过火温度分析应包括推定火灾温度过程及温度分布,推断火灾对结构的作用温度及分布范围,判断构件受火温度。
2 结构构件专项检测分析应根据详细鉴定的需要,对受火与未受火结构构件的材质性能、结构变形、节点连接、结构构件承载能力等进行专项检测分析。
3 结构分析与构件校核应根据受火结构材质特性、几何参数、受力特征和调查与检测结果,进行结构分析计算和构件校核。
4 详细鉴定评级应根据受火后结构分析计算和构件校核分析结果,按国家现行有关标准规定进行结构整体的安全性鉴定评级或可靠性鉴定评级。
3.1.9 在火灾后工程结构鉴定过程中,当发现调查检测资料不足或不准确时,应进行补充调查检测。
3.1.10 火灾后工程结构鉴定工作完成后应提出鉴定报告。
3.2 鉴定评级标准
3.2.1 火灾后工程结构构件的初步鉴定评级,应根据构件的烧灼损伤程度按表3.2.1的规定评定。
3.2.2 火灾后工程结构构件的详细鉴定评级,应根据检测、分析和校核结果,按表3.2.2的规定评定。
4 调查和检测
4.1 火作用调查与分析
4.1.1 火作用调查与分析,宜包括火作用调查、火场温度分布推断、构件表面温度及结构内部温度推断。
4.1.2 火作用调查应包括下列内容:
1 火灾过程调查,包括起火时间、部位、蔓延路径,燃烧特点和持续时间,灭火过程及措施等。
2 火灾荷载调查,包括可燃物种类、特性、数量、分布等。
3 火场环境调查,包括消防措施、燃烧环境、通风条件,受火墙体及楼盖的热传导特性等。
4 火场残留物状况调查,包括火场残留物种类及烧损状况等。
5 火灾影响区域调查与确定,应根据火灾过程、现场残留物状况及结构外观烧损状况综合判定。
4.1.3 火场温度分布推断,应根据火灾调查、结构表观状况、火灾荷载及火场残留物状况、火灾燃烧时间、通风条件、灭火过程等综合分析推断。
4.1.4 结构构件表面温度及作用范围推断可按下列规定的方法进行:
1 受火灾影响的混凝土构件表面曾经达到的最高温度及作用范围,可按本标准附录A推断。
2 受火灾影响的钢构件表面曾经达到的最高温度及作用范围,可按本标准附录B.0.3条推断。
3 受火灾影响的砌体构件表面曾经达到的最高温度及作用范围,可按本标准附录C推断。
4 受火灾影响的木构件表面曾经达到的最高温度及作用范围,可根据木材表面颜色和炭化情况推断。
5 构件表面曾经达到的最高温度及作用范围可根据火场残留物分布、烧损状况等,可按本标准附录B.0.1、B.0.2条推断。
4.1.5 结构构件内部温度推定可按下列规定执行:
1 混凝土结构构件截面历经最高温度场,可根据当量标准升温时间(te)按本标准附录D推断。当量标准升温时间(te)可按下列规定取值:
1)当发生过轰燃时,当量标准升温时间(te)可按本标准附录E推断。
2)当未曾发生轰燃时,当量标准升温时间(te)可根据构件表面曾经达到的最高温度按下式推断:
式中:Ts——构件表面曾达到的最高温度(℃)。
3)对于直接受火的钢筋混凝土楼板,当量标准升温时间(te)可根据标准耐火试验中混凝土构件的外观特征按表4.1.5-1进行推断。
2 火灾后发生爆裂的混凝土结构构件截面历经最高温度场可按下列规定进行推断:
1)火灾后发生爆裂的混凝土,可根据常温下混凝土强度等级按表4.1.5-2判断混凝土表面爆裂临界温度,混凝土表面爆裂临界温度应为混凝土发生首次爆裂时对应的温度。
2)由表4.1.5-2确定混凝土爆裂临界温度后,可由实际火灾升温曲线计算确定混凝土发生爆裂的时刻。当缺乏实际火灾升温曲线时,也可按本标准附录D的曲线图推断混凝土发生爆裂的时刻。
3)以混凝土发生爆裂的时刻为分界线,爆裂前,可按全截面计算温度场;爆裂后,可按爆裂后的剩余截面计算温度场。
3 火灾后混凝土结构构件截面历经最高温度场,也可根据混凝土材料微观分析结果按本标准附录F推断。
4 结构构件截面历经最高温度场,可根据火场温度过程、构件受火状况及构件材料特性按热传导规律推断。
4.2 结构构件现状检测
4.2.1 结构构件现状检测应包括下列内容:
1 烧灼损伤状况检查。
2 温度作用损伤检查。
3 结构材料性能检测。
4.2.2 结构构件烧灼损伤状况检查应符合下列规定:
1 对直接暴露于火焰或高温烟气的结构构件,应全数检查烧灼损伤部位。
2 对于次要构件或连接可采用外观目测、锤击回声、探针、开挖探槽(孔)、超声等方法检查。
3 对于重要构件或连接,宜通过材料微观分析按本标准附录F判断。
4.2.3 结构构件温度作用损伤检查应符合下列规定:
1 对承受温度应力作用的结构构件及连接节点,应检查结构构件及连接节点的变形、裂损状况。
2 对于不便观察或仅通过观察难以发现问题的结构构件,可辅以温度应力分析判断。
4.2.4 结构材料性能检测应符合下列规定:
1 火灾后结构材料的性能可能发生明显改变时,应通过抽样检验或模拟试验确定材料性能指标。
2 对于烧灼程度特征明显,材料性能对结构性能影响敏感程度较低,且火灾前材料性能明确,可根据温度场推定结构材料的性能指标,并宜通过取样检验修正。
4.2.5 结构构件现状检测内容应包括表4.2.5规定的内容。
5 火灾后结构分析与构件校核
5.0.1 火灾后的结构分析与构件校核方法应符合国家现行设计标准的规定。
5.0.2 结构分析与构件校核所采用的计算模型应符合火灾后结构的实际受力和构造状况。
5.0.3 火灾后结构分析计算模型应计入下列火灾作用对结构受力性能的不利影响:
1 构件的局部屈曲或扭曲对结构承载力和刚度产生的不利影响。
2 焊缝连接的残余应力、高强螺栓应力损失、螺栓或铆钉松动、连接板变形等对节点连接约束的不利影响。
3 结构几何形状变化、结构位移、构件的变形等对结构刚度产生的不利影响。
5.0.4 火灾后结构分析可根据结构概念和结构鉴定的需要对计算模型进行合理的简化,并可按下列规定执行:
1 局部火灾未造成整体结构明显变位、损伤及裂缝时,可仅计算局部作用。
2 支座没有明显变位的板、梁、框架等连续结构可不计入支座变位的影响。
5.0.5 结构上的作用取值应符合下列规定:
1 符合国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60有关规定取值者,应按标准选用。
2 结构上的作用与国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60规定取值偏差较大者,应按实际情况确定。
3 国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60未作规定或按实际情况难以直接选用时,可根据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的有关规定确定。
5.0.6 结构上作用效应的分项系数和组合系数,应按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60的有关规定确定。
5.0.7 火灾后的结构构件材料性能,应根据火灾后结构构件残余状态的材料力学性能实测值或根据构件截面温度场按本标准第6章的规定取值。
5.0.8 火灾后结构或构件的几何参数应取实测值,并应计入火灾后结构实际的变形、偏差以及裂缝、损伤等影响。
5.0.9 火灾后构件的校核,应计入火灾作用对结构材料性能、结构受力性能的不利影响,按国家现行有关标准的规定进行计算分析。
5.0.10 对于烧灼严重、变形明显等损伤严重的结构构件,当需要判断火灾过程中温度应力对结构造成的潜在损伤时,火灾后结构构件的校核应采用更精确的计算模型进行分析。
5.0.11 对于特殊的重要结构构件,火灾后结构构件的抗力宜通过试验检验分析确定。
6 火灾后结构构件鉴定评级
6.1 一般规定
6.1.1 火灾后结构构件的初步鉴定评级应按本标准第6.2节~第6.6节中规定的项目评定,并取其中最严重等级作为结构构件的初步鉴定等级。
6.1.2 火灾后结构构件的初步鉴定评级应符合下列规定:
1 构件未遭受烧灼作用,未发现火灾及高温造成的损伤,构件材料、性能及安全状况未受到火灾影响,构件初步鉴定等级应评为Ⅰ级。
2 混凝土结构构件和砌体结构构件火灾后严重破坏,难以加固修复,需要拆除或更换,构件初步鉴定等级应评为Ⅳ级。
3 钢结构构件火灾后出现下列情况时,初步鉴定等级应评为Ⅳ级:
1)严重烧灼损坏、出现过大的整体变形、严重残余变形、开裂或断裂、局部屈曲、扭曲或部分焊缝撕裂导致承载力丧失或大部分丧失。
2)火灾后钢结构连接大面积损坏、焊缝严重开裂、螺栓烧损或断裂脱落。
4 木结构构件火灾后严重破坏,出现连接板开裂、螺栓断裂、变形损伤严重等情况,需要拆除或更换,构件初步鉴定等级应评为Ⅳ级。
6.1.3 对初步鉴定等级为Ⅳ级的结构构件,详细鉴定应直接评为d级。
6.1.4 火灾后结构构件详细鉴定应按承载能力、构造连接两个项目分别评定等级,并应计入火灾后材料的实际性能和结构构造以及火灾造成的变形和损伤的不利影响,取其中较低等级作为构件的详细鉴定等级。
6.1.5 火灾后结构构件承载能力、构造连接评级除应按本标准第6.2节~第6.6节中规定的项目评定外,还应计入火灾对结构的不利影响,根据工程结构的类型,按现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144、 《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的规定进行。
6.1.6 火灾后结构整体的可靠性或安全性鉴定,应计入火灾对结构整体牢固性的不利影响。
6.2 混凝土结构构件
6.2.1 火灾后混凝土结构构件的初步鉴定评级应按表6.2.1和本标准第6.1.2条的规定进行,并应按各项所评定的损伤等级中的最严重级别作为构件初步鉴定等级。对于截面单边长度或直径不大于400mm的钢筋混凝土柱,火灾后初步鉴定评级宜从严。
6.2.2 火灾后混凝土结构构件的详细鉴定评级应符合下列规定:
1 火灾后混凝土和钢筋力学性能宜通过钻取混凝土芯样、截取钢筋试样检验,也可按本标准附录G判定。
2 火灾后钢筋与混凝土弹性模量、钢筋与混凝土粘结强度、预应力钢筋剩余应力及剩余强度指标也可根据构件截面温度场按本标准附录G判定。
3 混凝土结构构件火灾后截面历经温度场应根据构件的截面形式、材料热性能、构件表面最高温度和火灾持续时间确定。混凝土柱、梁、板的火灾后截面历经温度场可按本标准附录D判定。
4 火灾后混凝土结构构件的详细鉴定评级应按本标准第6.1.4条~第6.1.6条的规定进行,评定为b级的重要构件宜采取加固处理措施。
6.3 钢结构构件
6.3.1 火灾后钢结构构件的初步鉴定评级应按表6.3.1和本标准第6.1.2条的规定进行,并应按各项所评定的损伤等级中的最严重级别作为构件初步鉴定等级。
6.3.2 火灾后钢结构构件的详细鉴定评级应符合下列规定:
1 火灾后钢结构受火钢材力学性能指标宜现场取样检验,检验的力学性能指标应包括屈服强度和极限强度、延伸率、冲击韧性和弹性模量。现场取样应避开构件的主要受力位置和截面最大应力处,并对取样部位进行补强。
2 对特殊重要结构取样受限时,受火构件的材料强度与冲击韧性,可通过同种钢材加温冷却试验确定。钢材试样的升降温过程应与构件在火灾中所经历的升降温过程相同,并且冷却方式应能反映实际火灾巾的情况。
3 当能确定钢结构构件表面温度时,高温过火冷却后结构钢的屈服强度,高强度螺栓、焊缝的强度折减系数可按本标准附录H确定。
4 火灾后钢结构构件的详细鉴定评级应按本标准第6.1.4条~第6.1.6条的规定进行,并应计入火灾对材料强度、连接和构件变形的影响。
5 对于无冲击韧性要求的钢构件,可按承载力评定等级。对于有冲击韧性要求的钢构件,当构件受火后材料的冲击韧性不满足原设计要求,且冲击韧性等级相差一级时,构件承载能力应评为c级;当其冲击韧性等级相差两级或两级以上时,构件的承载能力评定应评为d级。评定为b级的重要构件宜采取加固处理措施。
6.4 砌体结构构件
6.4.1 火灾后砌体结构构件的初步鉴定评级可按表6.4.1和本标准第6.1.2条的规定进行,并应按各项所评定损伤等级中的最严重级别作为构件初步鉴定等级。对于独立砖柱或截面面积小于0.3m2的构件,火灾后鉴定评级宜从严。
6.4.2 火灾后砌体结构构件的详细鉴定评级应符合下列规定:
1 火灾后砌体块材和砂浆强度宜现场取样检验。
2 当现场取样有困难时,火灾后砌体块材和砂浆强度也可按现行国家标准《砌体工程现场检测技术标准》GB/T 50315或《非烧结砖砌体现场检测技术规程》JGJ/T 371的有关规定进行现场检测。
3 火灾后砖砌体块材和砂浆强度可根据构件表面温度按本标准附录J推定。当根据温度场推定火灾后材料力学性能指标时,宜采用抽样试验进行修正。
4 火灾后砖砌体的轴心抗压、抗拉、抗弯与抗剪强度及承载力的计算可按本标准附录J进行;也可根据推定的砌体抗压强度按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定计算。
5 火灾后砌体结构墙、柱的允许高厚比[β]应按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定取值,砂浆强度等级应以火灾后的评定等级为准。
6 火灾后砌体结构构件的详细鉴定评级应按本标准第6.1.4条~第6.1.6条的规定进行,评定为b级的重要构件宜采取加固处理措施。
6.5 木结构构件
6.5.1 火灾后木结构构件的初步鉴定评级应按表6.5.1和本标准第6.1.2条的规定进行,并应按各项所评定损伤等级中的最严重级别作为构件初步鉴定等级。
6.5.2 火灾后木结构构件的详细鉴定评级应符合下列规定:
1 火灾后木结构构件承载力可根据量测凿除碳化层后的剩余有效截面尺寸计算。
2 对于高温后水冷却的木结构构件剩余有效截面的材料性能指标尚应进行调整,各种木材的横纹承压强度设计值和弹性模量以及落叶松木材的抗弯强度设计值宜降低10%。当采取其他冷却方式时,剩余有效截面的材料性能指标可根据受火前的结构材料性能确定。
3 火灾后木结构构件的详细鉴定评级应按本标准第6.1.4条~第6.1.6条的规定进行,评定为b级的重要构件宜采取加固处理措施。
6.6 钢-混组合结构构件
6.6.1 火灾后钢-混组合结构构件的初步鉴定评级应符合下列规定:
1 当钢-混组合结构构件中钢结构和混凝土结构都外露时,应按本标准第6.2.1条、第6.3.1条及表6.6.1进行鉴定评级,应取其中最严重等级作为初步鉴定等级。
2 当钢-混组合结构构件中混凝土内置钢构件时,应按本标准第6.2.1条及表6.6.1进行鉴定评级。
3 当钢-混组合结构构件中钢结构内置混凝土时,应按本标准第6.3.1条及表6.6.1进行鉴定评级。
6.6.2 火灾后钢-混组合结构构件的详细鉴定评级应符合下列规定:
1 火灾后钢-混组合结构构件承载能力除应符合本标准第6.2.2条、第6.3.2条规定外,还应计入组合结构连接性能的降低对结构构件的不利影响。
2 火灾后钢-混组合结构构件的详细鉴定评级应符合本标准第6.1.4条~第6.1.6条的规定。
7 鉴定报告
7.0.1 鉴定报告宜包括下列内容:
1 工程概况,包括工程结构概况和火灾概况。
2 鉴定的目的、范围、内容、依据以及检测方法。
3 调查、检测与分析结果,包括火灾作用和火灾影响的调查检测分析结果。
4 评定等级。
5 结论与建议。
6 附件。
7.0.2 鉴定报告编写应符合下列规定:
1 鉴定报告中应明确鉴定结论,指明被鉴定结构构件的最终评定等级或评定结果。
2 鉴定报告中应明确处理对象,对初步鉴定评为Ⅱb级、Ⅲ级和Ⅳ级构件及详细鉴定评为c级或d级构件的数量、所处位置应作出详细说明,并提出处理建议。
附录A 混凝土构件表面特征与温度的关系
附录B 常见材料变态温度、燃点
B.0.1 玻璃、金属材料、塑料的变态温度可按表B.0.1取值。
B.0.2 部分材料燃点温度可按表B.0.2取值。
B.0.3 钢结构构件过火时的构件表面最高温度可根据表面油漆烧损状况按表B.0.3推断。
附录C 砌块材料表面特征与温度的关系
附录D 混凝土构件在标准升温条件下温度场曲线
D.0.1 单面受火混凝土实心板截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.1)进行推断。
D.0.2 周边受火混凝土圆形柱截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.2)进行推断。
D.0.3 三面受火梁或四面受火柱混凝土矩形截面构件截面历经的最高温度场,可按下列规定执行:
1 截面宽度bc为200mm的矩形截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.3-1)进行推断。
2 截面宽度bc为240m的矩形截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.3-2)进行推断。
3 截面宽度bc为280m的矩形截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.3-3)进行推断。
4 截面宽度bc为320mm的矩形截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.3-4)进行推断。
5 截面宽度bc为360mm的矩形截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.3-5)进行推断。
6 截面宽度bc为400mm的矩形截面历经的最高温度场,可按标准升温条件下的截面温度场曲线(图D.0.3-6)进行推断。
7 截面宽度bc大于400mm,受火侧面高度大于200mm的情况下,可按本标准图D.0.3-6推断温度值,但需把对称轴边上的数值重复外推,直至所研究的宽度为止。
注:1 图D.0.3-1~图D.0.3-6中给出受火侧面高度200mm范围内对称轴一侧的温度场;
2 图中温度值是边长20mm的正方形中心处的温度(℃),te为当量标准升温时间(min),确定界面温度时应包括构件表面抹灰厚度(mm)。
附录E 常见可燃物发生轰燃情况下当量标准升温时间的确定
E.0.1 调查确定着火房间烧掉的可燃物的种类和数量后,可按下式计算室内实耗可燃物总热值(Q):
式中:Mi——实际烧掉的第i种可燃物质量(kg);
Hci——第i种可燃物的燃烧热值(MJ/kg),按表E.0.1取值。
E.0.2 房间火灾荷载密度可按下式计算:
式中:q2);
A2)。
E.0.3 房间的通风系数可按下式计算:
式中:F——计算房间的通风系数(m1/2);
A2);
Hw——通风口高度(m)。
E.0.4 常见可燃物发生轰燃情况下的当量标准升温时间可按表E.0.4确定。
附录F 火灾后混凝土材料的微观分析
F.0.1 火灾后混凝土结构构件截面内部的历经最高温度可根据火灾后混凝土材料X衍射的特征温度确定,按表F.0.1推定。
F.0.2 火灾后混凝土结构构件截面内部的历经最高温度也可根据火灾后混凝土材料电镜分析结果的特征温度确定,按表F.0.2推定。
附录G 火灾后钢筋混凝土的力学性能
G.0.1 普通混凝土和高强混凝土高温自然和浇水冷却后的抗压强度折减系数可按表G.0.1-1和表G.0.1-2确定。
G.0.2 HPB235钢筋、HRB335钢筋和HRB400钢筋高温冷却后的屈服强度折减系数可按表G.0.2确定。
G.0.3 高温自然冷却后混凝土弹性模量、钢筋与混凝土粘结强度折减系数可分别按表G.0.3-1和表G.0.3-2确定。
G.0.4 火灾后预应力钢绞线剩余应力σTTpe可按下式计算:
式中:σTpe——火灾后预应力钢绞线剩余应力;
ε′——钢绞线偏轴应变绝对值;
ε——轴向应变绝对值;
Ep—一常温下预应力钢丝、钢绞线弹性模量,按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定取值。
G.0.5 1570级、1720级、1860级、1920级预应力钢丝、钢绞线高温后的强度折减系数可按表G.0.5确定。
附录H 火灾后钢结构钢材、高强度螺栓及焊缝的力学性能
H.0.1 结构钢高温冷却后的屈服强度折减系数可按表H.0.1确定。
H.0.2 高强度螺栓高温冷却后的屈服强度折减系数可按表H.0.2确定。
H.0.3 对接焊缝、正面角焊缝、侧面角焊缝高温冷却后的强度折减系数可按表H.0.3确定。
H.0.4 高温冷却后高强度螺栓的预拉力可按下式计算:
式中:PT——高温冷却后高强度螺栓的预拉力;
P0一一常温下高强度螺栓的预拉力,按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的有关规定取值;
kP——折减系数,按表H.0.4确定。
附录J 火灾后砌体强度及承载能力的计算方法
J.0.1 火灾后砖砌体抗压强度平均值可按下式计算:
式中:ftm——火灾后无筋砖砌体抗压强度平均值;
f1——常温下砖抗压强度平均值;
f2——常温下砂浆抗压强度平均值;
α——与砂浆强度有关的计算参数;
k1——不同类型砌体的块体形状、尺寸、砌筑方法等因素的影响系数;
k2——砂浆强度不同对砌体抗压强度的影响系数;
Ct1——火灾后砖抗压强度折减系数,根据实测值或墙体表面受火温度按表J.0.1-1推定;
Ct2——火灾后砂浆抗压强度折减系数,根据实测值或砂浆内部受火温度按表J.0.1-2推定。
对于烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖,α=0.5,k1=0.78,当f2<1MPa时,k2=0.6+0.4f2,其他情况为1;其他类型的砌体,参数按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定取值。
J.0.2 火灾后砖砌体结构抗压强度设计值可按下式计算:
式中:ft——火灾后砌体的抗压强度设计值。火灾后砌体的抗压强度设计值的调整系数γa按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定取值。
J.0.3 火灾后砌体的抗拉强度平均值可按下式计算:
式中:ftt,m——火灾后砌体轴心抗拉强度平均值;
k3——系数,对于烧结普通砖、烧结多孔砖砌体取0.141,其他情况按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定取值。
J.0.4 火灾后砌体弯曲抗拉强度平均值可按下式计算:
式中:fttm,m——火灾后砌体弯曲抗拉强度平均值;
k4——系数,对于烧结普通砖、烧结多孔砖砌体,取0.250(沿齿缝)、0.125(沿通缝),其他情况按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定取值。
J.0.5 火灾后砌体抗剪强度平均值可按下式计算:
式中:ftv,m——火灾后砌体抗剪强度平均值;
k5——系数,对于烧结普通砖、烧结多孔砖砌体取0.125,其他情况按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定取值。
J.0.6 火灾后砌体的抗拉、抗弯、抗剪强度的设计值可按下列规定执行:
1 抗拉强度设计值可按下式计算:
2 弯曲抗拉强度设计值可按下式计算:
3 抗剪强度设计值可按下式计算:
J.0.7 火灾后砌体结构构件受压承载能力可按下列公式计算:
式中:Nt——火灾后砌体结构轴心受压构件的轴向力设计值;
φt——火灾后砌体结构轴心受压构件的纵向弯曲系数;
α——与砂浆强度有关的系数,当砂浆强度等级大于M5时取0.0015;当砂浆强度等级为M2.5时取0.002;当砂浆强度等级为零时取0.009;火灾后砂浆的强度等级,根据实测强度或火灾温度推定。
J.0.8 火灾后砌体结构构件其他承载能力计算,应按推定的火灾后砌体强度和现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定计算。
本标准用词说明
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
引用标准名录
《砌体结构设计规范》GB 50003
《建筑结构荷载规范》GB 50009
《混凝土结构设计规范》GB 50010
《钢结构设计标准》GB 50017
《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144
《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153
《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292
《砌体工程现场检测技术标准》GB/T 50315
《非烧结砖砌体现场检测技术规程》JGJ/T 371
《公路桥涵设计通用规范》JTG D60
条文说明
中国工程建设标准化协会标准
火灾后工程结构鉴定标准
T/CECS252-2019
条文说明
1 总则
1.0.1 随着国民经济的迅速发展,既有建筑、桥梁等工程结构数量迅速增长,涉及的结构类型也越来越广泛。据统计,我国每年发生火灾约10万起,死亡2000多人,伤3000人~4000人,每年火灾造成的直接财产损失10多亿元,给国家和人民群众的生命财产造成巨大损失。为了做好火灾后工程结构恢复重建、维修管理、工程事故处理等工作,需要对火灾后的工程结构进行鉴定,以评估火灾后工程结构的损伤范围、影响程度、安全性能。为了使火灾后工程结构鉴定有章可循,制定本标准。
1.0.2 本标准不仅适用于火灾后工业与民用建构(筑)物的鉴定,而且适用于火灾后桥梁、隧道等工程结构构件的鉴定。结构类型除原有的混凝土结构、钢结构、砌体结构外,增加了木结构、钢-混组合结构。
1.0.3 本标准以火灾后工程结构的构件安全性鉴定为主,火灾后结构整体安全性和可靠性鉴定,还需要依据国家现行有关标准进行,如现行国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292、《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153等。此外,还需要区分由火灾及其他原因造成的结构安全性不足。
1.0.4 为了保证检测鉴定结果的正确性、严肃性,火灾后工程结构鉴定必须由有结构安全性与可靠性鉴定能力,并具有火灾后结构鉴定业绩的检测鉴定机构和人员承担。
2 术语和符号
2.1 术语
本节所给出的术语,为本标准有关章节中所引用的、用于火灾后工程结构鉴定的专用术语。在编写本节术语时,还参考了现行国家标准《工程结构设计基本术语标准》GB/T 50083、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153、《建筑结构荷载规范》GB 50009等国家标准中的相关术语。
2.2 符号
符号主要是参照现行国家标准《工程结构设计通用符号标准》GB/T 50132、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《砌体结构设计规范》GB 50003、《钢结构设计标准》GB 50017和《混凝土结构设计规范》GB 50010等,并根据本标准的需要规定的。
3 基本规定
3.1 鉴定程序和工作内容
3.1.1 为掌握火灾信息(火场物品分布及损伤状况;物品的变形、可燃物或残渣数量、分布等),或现场不被破坏,以便全面准确推断火灾参数。有些结构表面火灾后会随时间发生变化,例如火灾后200℃~500℃混凝土表面随时间发生变化,时间长了就看不清楚了,结构鉴定应在火灾后尽快进行。
现场检测前应对主体结构及其附属物进行垮塌风险性评估,对于确认有塌落风险的工程结构,需要采取设置警戒、及时拆除、支承加固等防护措施。进行结构现状检测、调查应在保障安全的前提下进行,必要时应采取专门的安全措施。
3.1.2 火灾后鉴定不应局限于过火部位,应把相对独立的工程结构单元作为鉴定对象。火灾作用对结构可能造成的损伤,有直接烧灼损伤和温度应力作用损伤两个主要方面,直接烧灼损伤一般局限于火场和高温烟气弥漫区域的结构,但温度应力作用可能遍及整个工程结构,因此本条规定工程结构火灾后鉴定对象应当是整个工程结构或相对独立的结构单元。但是,对于采用砌体或其他耐火墙体材料分割的小房间建筑,火灾可能仅在小范围、短时间发生,火灾温度应力作用影响有限,经初步调查确认,允许仅仅将火灾影响区域范围内的结构或构件列为鉴定对象。
3.1.3 火灾后工程结构的鉴定分初步鉴定和详细鉴定两个阶段,这是筛选法的具体应用。初步鉴定以构件的宏观检查评估为主,详细鉴定以安全性分析为主。初步鉴定主要从构件外观和状态进行评估,这对构件火灾损伤的整体了解是非常重要的,也是概念鉴定与火灾后加固概念设计的首要条件。详细鉴定是在初步鉴定的基础上进行,需要根据结构上的作用及实测的结构参数进行定量的承载力计算分析。在实际鉴定评级中,应该将两级鉴定评级要求紧密地结合起来,使火灾后结构宏观损伤与剩余承载力两组鉴定内容起到互为校核的作用。
3.1.4 本标准鉴定工作流程框图是根据国际标准《结构设计基础-既有结构的鉴定》ISO 13822制定的。本次修订考虑到近10年来实际鉴定工作的经验,对流程框图进行了部分修改,并对初步鉴定和详细鉴定的工作内容进行了明确划分。详细鉴定完成后,如果发现不满足鉴定要求,可进行补充调查检测。对初步鉴定损伤状态等级为Ⅳ级的结构构件,可不进行详细鉴定,也可根据鉴定目的进行详细鉴定。
3.1.5 本条规定了火灾后初步调查的内容,包括查阅工程结构图纸资料,调查使用历史和使用状况;查阅火灾报告,访问目击者,了解火灾过程;现场勘查,确定火灾影响区域,了解主要燃烧物及残留物状况;判断结构发生倒(坍)塌的风险;与委托方确定火灾后鉴定的范围、内容等。
3.1.6 本条规定了制定鉴定方案应考虑的基本内容,鉴定方案应根据鉴定对象的特点和初步调查结果、鉴定目的和要求制定,也可以根据现场特殊情况进行补充。检测鉴定的范围应和委托方商定,并考虑火灾可能影响到的范围,应包括保障现场检测安全的相关措施,还可以增加工作进度计划、由委托方配合完成的工作内容等。
3.1.7 本条规定了初步鉴定应包括的内容。大量火灾后工程结构鉴定的工程实践经验表明,在下列情况下可以在初步鉴定完成后不必再作详细鉴定:
1)工程结构全面烧损严重,应当拆除;
2)工程结构过火烧损非常轻微,仅仅是表皮损伤的一般工程结构;
3)工程结构烧损比较严重,修复费用超过拆除重建费用等。
除此之外,大多数需要保留工程结构均宜进行详细鉴定。
3.1.8 本条对详细鉴定作出了规定。
详细鉴定是在初步鉴定的基础上进行,主要内容包括火作用分析、结构构件专项检测分析、结构分析与构件校核和详细鉴定评级。详细鉴定是根据结构上的作用及实测的结构参数进行定量的剩余承载力计算分析,然后进行可靠性评级。详细鉴定需要注意力学计算模型的合理性及火灾后结构物化、几何等各类参数选择的正确性,以便获得正确的计算结果。火灾后结构整体的安全性鉴定评级或可靠性鉴定评级应按国家现行有关标准规定进行,例如现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153、《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292等。
3.2 鉴定评级标准
3.2.1 火灾后结构构件的初步鉴定评级主要从构件外观和状态进行评级,这对构件火灾损伤的整体了解是非常重要的,也是概念鉴定与火灾后加固概念设计的首要条件。例如,对于混凝土构件,火灾后外观和状态的改变较为明显,且与内部细微观结构及剩余承载力的改变又有密切联系。因此,构件的初步鉴定在鉴定工作中,起着非常重要的作用。
本次修订要求火灾后工程结构的鉴定对象应为工程结构整体或相对独立的结构单元,考虑到保险理赔方面要求,增加了关于Ⅰ级的规定。为了对火灾后结构状态全面把控,火灾后结构构件的初步评级根据外观损坏状态进行评级,只要受到火灾影响,均不评为Ⅰ级,对于未遭受烧灼作用并未出现火灾及高温损伤的结构构件,可以评为Ⅰ级,以便更好区分理赔等。并对Ⅱa级、Ⅱb级评级标准更加明确了对结构安全的影响程度要求。
3.2.2 火灾后结构构件的详细鉴定评级是根据结构上的作用及实测的结构参数进行定量的剩余承载力计算分析,然后进行安全性或可靠性鉴定评级。详细鉴定评级应注意力学计算模型的合理性及火灾后结构物化、几何等各类参数选择的正确性,以便获得正确的计算结果。火灾后构件评级标准与工业建筑、民用建筑鉴定标准基本相同。对于未受火影响构件且符合国家现行标准要求的构件才能评为a级。
4 调查和检测
4.1 火作用调查与分析
4.1.1 本条规定了火灾后工程结构火作用调查与分析的主要内容,针对具体项目,可根据火场残留物、结构构件现状、火灾规模、燃烧和灭火信息掌握情况等,在满足结构鉴定评估要求条件下,简化有关内容。
4.1.2 本条规定了火作用调查的基本内容,火灾影响区域调查是火灾鉴定中必须确定的,所谓火灾影响区域,是指火场区域、高温烟气弥漫区域和不可忽略的温度应力作用区域的总称。可能发生的火灾损坏(包括:高温灼烤所致的结构材料劣化损坏和温度应力所致的结构或构件变形开裂损坏)均应分布在火灾影响区域范围内。
4.1.3 火场温度过程及温度分布,是指随着火灾引燃、蔓延、熄灭的过程所发生的温度升降变化过程和结构表面受热温度的宏观分布。当需要进一步分析结构温度应力或变形的传播规律特点时,应调查火场温度过程,火场温度过程可根据火灾荷载、可燃物特性、受火构件的热传导特性、通风条件及灭火过程等按燃烧规律推断;必要时可采用模拟燃烧试验确定。火灾温度判断是为了宏观上判定不同区域结构相对的烧灼损伤程度。
4.1.4 本条给出了构件表面温度的几种推定方法,鉴定人可根据实际情况选用。
判断混凝土结构构件表面受火最高温度时应注意,由于混凝土原材料的不同、构件尺寸大小不同、受火后搁置时间的影响等,有关特征可能会存在差异,检测时应注意与未受灾的同类构件进行对比判断。
对于钢结构构件表面曾经达到的最高温度,可结合表面油漆的烧损程度按本标准附录B分析推断。
砌体结构构件的表面温度判断是新增内容,我国闵明保、李延和等人在20世纪90年代做过研究,得出了砖和水泥砂浆表面颜色、裂缝情况与温度的关系。
木结构构件的表面温度判断是新增内容,受火灾影响的木结构构件表面曾经达到的最高温度及作用范围,可根据木材表面颜色和炭化情况推断。例如,木材表面温度达到约200℃时颜色变黑,表面温度达到约300℃时发生炭化。
4.1.5 本条规定了判断一般结构构件内部受火温度的方法,根据受火构件表面残留物判断构件表面曾经达到的温度,操作简单,判断直观。在实际操作中应注意火场残留物的发现位置不一定就是受火作用时的位置,应注意区分。一般钢结构构件表面与内部温度一致。
本条也给出了推断混凝土构件内部截面温度(场)的几种实用方法,鉴定人可根据现场实际情况选用。
对当量标准升温时间(te)的定义,可理解为:若实际火灾对混凝土结构的热损伤作用与标准火灾的某一特定持续时间下对同一混凝土结构的热损伤作用相等,则可将该标准火灾的这一特定持续时间定义为标准当量时间。
不同的通风系数和火灾荷载,具有不同的温度-时间曲线。如果直接以燃烧理论计算曲线作为升温条件计算构件温度场,由于失火房间通风系数和火灾荷载的多变性,只能采用计算机数值解法,因而不便直接使用。使用当量时间(te)可把千变万化的火灾下构件温度场的计算统一为标准升温条件下的计算,同时还考虑了火灾的实际情况,因而具有实用的价值。
本条第1款第1项基于轴心受压(素)混凝土构件在遭受标准升温火作用和一般火灾火作用后承载能力相等的原则,将一般火灾作用时间(t)等效为当量标准升温作用时间(te)。
本条第1款第2项根据构件受火后的特征推定当量标准升温时间的一个方法。本标准公式(4.1.5)依据标准耐火试验中钢筋混凝土板、墙实测的构件表面温度(Ts,℃)与升温时间(te,min)回归得到,上式的平均回归误差为2%。
本条第1款第3项给出根据构件受火后的特征推定楼板当量标准升温时间的一个方法。根据构件受火后的特征推定当量标准升温时间,当温度小于600℃时,可能会出现较大误差。
本标准表4.1.5-1的数据引自四川消防科学研究所试验结果,该试验是采用标准火灾-温度曲线进行试验。目前我国采用国际标准化组织《Fire-resistance tssts—Elements of building construction—Part1:General requirements》ISO 834-1的火灾标准时间-温度曲线,表达式为:
式中:Tf(t)——t时刻的温度(℃);
20——初始环境温度(℃);
t—一升温时间(min)。
试验结果可参阅应急管理部四川消防科学研究所研究报告《钢筋混凝土建筑火灾烧损程度鉴定技术的研究报告》(1990.11)。
本条第2款给出火灾后发生爆裂的混凝土结构构件截面历经最高温度场推断方法,可以根据混凝土表面爆裂临界温度和火灾升温曲线来推断火灾后发生爆裂的混凝土结构构件截面历经最高温度场。影响混凝土高温爆裂的因素较多,为便于工程应用,哈尔滨工业大学、华南理工大学搜集了国内外关于混凝土高温爆裂临界温度的30篇文献,基于82个爆裂临界温度与混凝土强度的试验数据,提出了相关计算公式。随混凝土强度提高,爆裂临界温度降低,这主要是随混凝土强度提高,其微观结构更致密、水蒸气逃逸更困难所致。
本条第3款是基于材料微观分析结果,是推断混凝土构件内部截面温度(场)的实用方法之一。火灾中结构所受热温度由于受多种因素影响,任何一种推断方法都存在其局限性。为较准确地推断结构受热温度,应采用多种方法分析推断,互相补充印证。其中以结构材料微观分析的方法判断结构受火温度较为直接、可靠。采用衍射分析、电镜分析等手段检验岩相组织等。
4.2 结构构件现状检测
4.2.1 本条是对结构现状检测内容的一般规定。
4.2.2 本条是对结构烧灼损伤现状检测方法的一般规定。
4.2.3 本条是对结构温度应力作用损坏现状检测方法的一般规定。
4.2.4 本条是对结构材料性能检验的一般规定。结构材料性能的取样检验,一般采取对比试验法,即分别在受损程度不同的部位和未受损部位取样,进行对比试验,以确定火作用的影响程度。
4.2.5 本条明确了火灾后混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构、钢-混组合结构的现状检测内容。
结构整体结构变形及轮廓尺寸复核检测,包括:整体位移、侧移或挠曲变形,必要时还需要进行结构构件几何(包括截面)尺寸的校核检验。检查检测结果记录应详细、完整,宜绘制描述损伤的图表,并应有照片或其他影像记录资料。
5 火灾后结构分析与构件校核
5.0.1~5.0.4 火灾后结构分析与构件校核所采用的分析方法,应符合国家现行设计标准的规定,例如《混凝土结构设计规范》GB 50010、《钢结构设计标准》GB 50017、《砌体结构设计规范》GB 50003、《木结构设计标准》GB 50005等。当受力复杂或国家现行设计标准没有明确规定时,可根据国家现行设计标准规定的原则进行分析验算。计算分析模型应符合结构的实际受力和构造状况。火灾后结构分析计算模型尚应考虑火灾作用对结构受力性能的不利影响,由于节点连接烧损变形等损伤的存在,会导致结构承载力和刚度降低,对节点连接的约束也会有不利影响。
5.0.5、5.0.6 对火灾后结构构件进行分析与校核,首先要考虑的问题是如何确定符合实际情况的作用(荷载)。因此,要准确确定施加于结构上的作用(荷载),首先要经过现场调查、检测和核实。
5.0.7~5.0.9 火灾后结构构件强度验算应根据构件材质、尺寸、实际荷载状态和设计状态并考虑火灾造成的残余变形、残余应力及材质性能衰减等因素进行验算。钢构件强度分析时,应考虑火作用造成的钢构件局部变形及连接螺栓强度降低的影响。
5.0.10 对于烧灼严重、变形明显等损伤严重的结构构件,必要时可采用火灾过程中更精确的计算模型进行分析,考虑火灾过程中的最不利温度条件和结构实际作用荷载组合,进行结构分析和校核;火灾后结构内力分析,应考虑火作用时结构上实际荷载的组合,注意掌握火灾中结构变化全过程(特别应分析最不利状态),火灾后结构的残余状态。
5.0.11 特殊重要结构构件一般指《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153规定的安全等级为一级的结构构件。
6 火灾后结构构件鉴定评级
6.1 一般规定
6.1.1~6.1.3 初步鉴定状态分级中的Ⅰ级、Ⅱa级、Ⅱb级、Ⅲ级的条文原则一定要掌握。有时火灾表面现象呈伪状态,例如混凝土表面被黑色覆盖,一般定为Ⅱa级状态,即基本正常,没有明显降低构件承载能力和耐久性。但是,在有些情况下,严重火灾后,混凝土构件变形和裂缝非常严重,已严重影响构件承载能力和耐久性,然而表面却仍被碳粒子覆盖,也呈黑色,因此,应先刮去覆盖的碳粒子再检查,此时构件表面混凝土呈灰白色或土黄色,再将这一情况与严重变形或裂缝综合考虑,该构件损伤等级应定为Ⅲ级,因此,在初步鉴定中,首先应掌握Ⅰ级、 Ⅱa级、Ⅱb级、Ⅲ级状态的伪像和基本特征,再依据本标准表6.2.1的内容进行混凝土构件火灾后的状态检查。
初步鉴定过程中对于初步判断未遭受烧灼作用,未发现火灾及高温造成的损伤,构件材料、性能及安全状况未受到火灾影响的构件,初步鉴定损伤等级可定为Ⅰ级状态。初步鉴定结果也便于保险理赔区分是否受到火灾的影响。
能够明显判别构件已经严重烧灼或破坏、烧塌等时,初步鉴定损伤等级应评为Ⅳ级,这些构件可不进行详细鉴定分析,可直接给出详细鉴定评级为d级。
6.1.4、6.1.5 本标准中火灾后结构构件详细鉴定分级主要以构件的安全性鉴定为主。构件的安全性鉴定依据现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144,按承载能力、构造连接两个项目分别评定等级,还应结合实际工程情况,考虑构件过大变形、过宽裂缝、腐蚀及缺陷损伤严重程度及其对构件安全性的影响,并应取其中较低等级作为构件的详细鉴定等级。现行国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292,构件的安全性鉴定也有相应的规定,按承载能力、构造、不适于承载的位移或损伤等项目进行评定,取其中较低等级作为构件的详细鉴定等级。
6.1.6 本条针对火灾后结构整体的可靠性或安全性鉴定,除了要对构件进行鉴定外,还需要考虑结构整体性的连接构造受到火灾的影响,分析结构整体性连接构造性能时,也应考虑火灾或高温对结构性能的影响。火灾后结构整体的安全性鉴定评级或可靠性鉴定评级应按国家现行有关标准规定进行,例如现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144、《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153、《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292等。
6.2 混凝土结构构件
6.2.1 混凝土结构构件评级一般按板、梁、柱、墙等构件来评定。本条中,火灾后混凝土的颜色改变应注意熏黑与碳化变黑的区别,此处被黑色覆盖指熏黑。
在对火灾后混凝土构件进行初步调查时,除了解混凝土构件设计施工情况和被调查构件周围各种材料的高温变态情况外,主要还应了解火灾后混凝土构件外观特征情况,作为判断火灾的火场温度及构件灼着温度的主要依据。
从试验结果和大量的调查中可以知道,混凝土构件的外观在受到火灾高温作用后会发生一系列的变化,比如温度不超过300℃时,混凝土表面仅看见黑烟;当温度由300℃~600℃时,混凝土表面会逐渐变色,由粉红色加深到铁锈红;当温度由600℃上升到700℃~800℃时,混凝土表面颜色逐渐泛黄,由浅黄色到土黄色;当温度超过800℃后混凝土表面颜色开始由土黄色变到灰白色。又比如,混凝土受到高温作用后,其表面会生成许多网状裂缝,特别当混凝土达到临界温度580℃后,其表面会产生大量裂缝,并会发生爆裂和露筋现象,如果火灾后混凝土构件有爆裂和露筋现象,也说明该构件截面温度梯度变化很大,强度损失亦较大。
在进行混凝土构件外观调查时,还应注意由于构件设计的标准不同(如截面尺寸、配筋大小、强度等级),构件形状不同以及所处火灾区域不同,混凝土构件所受温度的作用和强度降低的程度都不尽相同。在同等温度作用下,构件截面设计越大,因尺寸效应的缘故,构件灼着温度相对较低,构件强度降低也较小,构件的形状不同,如楼板厚度较薄,又直接受到火焰冲击,热量不易逸散,其灼着温度较高,强度降低较大,梁虽截面较大,但三面受火,其灼着温度及强度降低次之,柱因截面较大,且侧面受火,其灼着温度及强度降低相对较小。
本条中火灾后混凝土楼板、屋面板和梁初步评级中关于火灾裂缝和变形值的定量问题,考虑到混凝土结构火灾裂缝和变形等损伤参数离散性较大,且构件在结构不同部位的重要性不一样,因此正文条文中采取粗线条评判法,由检测鉴定人员在考虑构件火灾损伤程度及构件重要性等诸因素后进行综合评定。也可参照下列值评定,即:
裂缝宽度<0.2mm为轻微火灾裂缝;
裂缝宽度0.2mm~0.4mm为中等火灾裂缝;
裂缝宽度>0.4mm为粗火灾裂缝。
表1中变形主要指火灾引起板、梁构件的挠度,可参照下列值作初步评定,即:
δ≤[δ]为Ⅱa级,无明显变形;
[δ]<δ≤3[δ]为Ⅱb级,中等变形;
δ>3[δ]为Ⅲ级,较大变形。
其中:δ为火灾后受弯构件实际挠度;[δ]为受弯构件的挠度限值,按国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010(2015年版)的有关规定取值,其规定如下:
本条中关于预应力锚具的规定来源于哈尔滨工业大学所完成的65组锚具-预应力PC钢棒组装件高温时、高温后锚固性能试验。结果表明:火灾后锚具历经最高温度超过不200℃时,其锚固能力几乎完全损失。基于高温后预应力锚具锚固能力退化规律,推测封锚混凝土近表面经历最高温度。因此,建议火灾后封锚混凝土近表面历经最高温度不超过200℃时,评价为Ⅱa级,封锚混凝土近表面历经最高温度超过200℃、不超过250℃时,评价为Ⅱb级,封锚混凝土近表面历经最高温度超过250℃、不超过300℃时,评价为Ⅲ级。按预应力锚具初步评价为Ⅱa级、Ⅱb级、Ⅲ级时,对应的预应力混凝土构件承载力损失分别不超过2%、5%、10%。详见文献“侯晓萌,郑文忠,孙洪宇. 《火灾作用下锚具对预应力钢棒锚固性能退化规律研究》[J].建筑结构学报,2014,35(3):110-118”。
6.2.2 当采用抽样试验确定火灾后混凝土强度时,宜在高温区域和常温区域分别抽取试样,便于对比。抽样数量宜符合现行国家标准《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344的要求。
现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292在构件层次,评定为a、b、c、d四级,具体见表2。
6.3 钢结构构件
6.3.1 火灾后钢结构构件的初步鉴定评级主要根据火灾后比较容易观测到的宏观现象,例如构件的涂装与防火保护受损情况、构件开裂、局部变形、整体变形等,初步判断出哪些构件明显损坏(Ⅳ级),哪些构件火灾损伤较小(Ⅱa级),对Ⅳ级构件一般情况下无须再进行进一步检测,从而可大大减少需要鉴定的构件数量。
对于有防火保护的钢构件,火灾后防火保护完好且基本无损,则表示火灾中构件所经历的温度不高,构件的损坏很小,因此评为Ⅱa级。至于构件保护层脱落或出现明显裂缝,则表示构件可能在火灾中经历较高的温度,应根据构件的局部屈曲和变形等情况对其损伤做进一步检测。
从火灾后的钢结构建筑案例现场调查来看,局部残余变形与局部屈曲是钢构件在火灾中常见的一种损伤,且构件有局部损伤时,并不一定出现很大的整体变形,因此钢结构的局部残余变形、局部屈曲是独立的火灾损伤现象,应单独评定。
表6.3.1中,Ⅲ级损伤变形界限值取为Ⅱa级损伤变形限值的2倍,当火灾后构件的残余变形超过该值,说明构件的变形很大,损伤已很严重。
此外,还可借助高温过火冷却后钢材表面的颜色来大致判定构件曾经历的最高温度及损伤,表3列出了结构钢高温过火冷却后的颜色变化情况。大体上,钢材表面颜色随着钢材所经历的最高温度的升高而逐步加深。但是,由于高温过火冷却后钢材表面的颜色与钢材的种类、高温持续时间、冷却方式等因素有关,而实际构件表面在绝大多数情况下或有防腐涂料或有锈蚀,以此钢材的表观颜色只能作为参考。
火灾后钢结构应特别加强对连接节点的检测。连接节点处往往局部应力集中,现场焊接施工质量不易保证,因此在火灾下钢结构连接也时有出现损坏的。对于高强度螺栓连接,只要螺栓出现松动,就应予以更换。
6.3.2 受火构件的材料特性可能发生较大的变化,故详细鉴定时应对受火构件的材料特性进行调查,并作为承载力与冲击韧性评定的依据。本次修编结合同内近年来相关研究成果,增加了通过火灾作用温度判定高强螺栓、焊缝屈服强度以及高强螺栓预拉力,以方便检测评级。受火钢构件的材料特性一般包括:
(1)屈服强度与极限强度;
(2)延伸率;
(3)冲击韧性;
(4)弹性模量。
受火钢构件的承载力包括:
(1)截面抗弯承载力;
(2)截面抗剪承载力;
(3)构件和结构整体稳定承载力;
(4)连接强度。
一般地,受火构件的材料特性宜采用现场取样试验测定,取样过程中保证现场安全。当现场不易取样或现场取样对构件有较大的损害时,可采用同种钢材加温冷却试验确定。采用同种钢材加温冷却试验来确定受力构件的材料强度与冲击韧性时,钢材的最高温度应与构件在火灾中所经历的最高温度相同,并且冷却方式应能反映实际火灾中的情况(泼水冷却或是空气冷却)。
现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292按表4评定为a、b、c、d四级。
6.4 砌体结构构件
6.4.1 砌体结构构件初步鉴定评级中,结构构件变形主要指侧移变形,表6.4.1中变形的判定可参照表5和表6。表5和表6中的值与《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292-2015和《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144-2019保持一致。
6.4.2 本条对火灾后砌体结构构件的详细鉴定评级作出了规定。
1 砌体结构构件火灾后截面温度场取决于火灾过程、火灾影响区域及持续时间、构件表面最高温度、截面形式、材料的热工性能等。
火灾后砌体结构构件检测的规定,是根据火灾后建筑结构检测鉴定经验,并参照《建筑物火灾后诊断与处理》《房屋结构灾害检测与加固》等文献制定的。火灾后砂浆和块材强度的分析判定有三种方法,分别是现场原位检测、抽样实验室检测和根据构件截面温度场判定。本标准附录J给出了砂浆和黏土砖块材火灾后的强度折减系数;本标准表J.0.1-1根据墙体表面最高温度推定黏土砖及砂浆的强度;本标准表J.0.1-2是根据高温实验结果推定砂浆强度。实际火灾情况下,墙体截面温度场是非均匀温度场,表面温度高、内部温度低,而实验温度场一般为均匀温度场,因此本标准表J.0.1-2的数值低于本标准表J.0.1-1的数值。实际鉴定时,宜根据火灾持续作用时间等因素,采用不同的分析判定方法,确定砂浆及黏土砖的强度折减系数。
由于目前大多数黏土砖砌体结构均采用黏土红砖,已有的研究及现场调查结果基本也是黏土红砖的,现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003也未对黏土砖进行区分,本标准中也未对黏土砖的类别进行区分。
已有的试验研究表明,混合砂浆的高温性能略好于水泥砂浆,本标准偏于安全地采用水泥砂浆的强度折减系数。
火灾后砌体结构构件表面温度Ts,可根据构件所处区域的火场温度推定公式(2);截面内部温度Td可根据表面温度推定公式(3):
式中:T一—火场温度(℃);
Ts——砌体结构构件表面温度(℃);
Td——砌体结构构件距迎火面d(mm)处的温度。
公式(2)和公式(3)适用于黏土砖砌体结构构件,其他砌块形式的砌体结构构件尚缺少相应的试验和调查数据支撑。
2 本次修订增加了砌体抗压、抗拉、抗弯及抗剪强度设计值的推定方法,同时也给出了火灾后砌体抗压承载能力计算方法及其相关系数的取值方法。砌体强度设计值取值、抗压承载能力计算及其参数取值的原则与现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003一致。
4 现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292按表7评定为a、b、c、d四级。
6.5 木结构构件
6.5.1 本条是参照现行国家标准《木结构设计标准》GB 50005和《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292制定的。
考虑到初步鉴定评级时,木构件变形的测量较粗略,因此条文中采取粗线条评判法,由检测鉴定人员在考虑构件火灾损伤程度及构件重要性等诸因素后,综合评定。若无经验,可按表8评定。
6.5.2 本条第2款主要参考了国家标准《木结构设计标准》GB 50005-2017第4.3.2条关于干材和湿材的强度折减规定。由于木结构在建造和使用过程中木构件的含水率已基本稳定,设计强度值均按照正常含水率取值,火灾后浇水冷却木材含水率会明显上升,参照国家标准《木结构设计标准》GB 50005-2017第4.3.2条予以折减。
木结构构件火灾后承载力参考了现行国家标准《木结构设计标准》GB 50005的有关规定进行计算;对于高温后水冷却木材,参考《木结构设计标准》GB 50005-2017表4.3.2-3针对含水率大于25%的湿材的规定进行强度折减。
《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292-2015按表9将木构件承载能力评定为a、b、c、d四级。
6.6 钢-混组合结构构件
6.6.1、6.6.2 近些年,随着国内钢-混组合结构构件的快速发展,钢-混组合结构发生火灾的案例陆续出现,为了更准确地对此部分受火结构构件进行鉴定,本次修编汇总了国内多家科研院所的相关研究成果,增加了此部分内容。
火灾后钢-混组合结构构件的初步鉴定评级中,混凝土结构内置钢结构一般包括:型钢混凝土框架梁、型钢混凝土框架柱、型钢混凝土框架梁柱节点、型钢混凝土剪力墙等。钢结构内置混凝土一般包括:钢管混凝土柱、钢板组合剪力墙、外包钢-混凝土组合梁、钢管混凝土支撑等。
7 鉴定报告
7.0.1 依据现行国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292和《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144的有关规定,鉴定报告除本条文规定的内容外,还包含标题、日期、委托人、承担鉴定的单位、签章、摘要、目录、鉴定目的、范围、工程结构火灾和火灾后的状况、检测项目、检测依据、取样原则、试验方法、试验分析结果、结构分析与校核、构件可靠性评级、结论、建议和附录(包括相关照片、材质检测报告、证据资料等)内容。火灾概况叙述的主要内容包括:起火时间、主要可燃物、燃烧特点和持续时间、灭火方法和手段等。
7.0.2 本标准明确规定了鉴定报告编写要点,以保证鉴定报告的质量。
附录A 混凝土构件表面特征与温度关系
附录A主要是根据江苏省建筑科学研究院闵明保等《建筑物火灾后诊断与处理》的试验研究;苏联《建筑物火灾后混凝土结构鉴定标准》(1987)、《火灾损伤建筑物技术鉴定》;李引擎等《建筑防火设计与研究》等试验资料和标准基础上制定的。
附录B 常见材料变态温度、燃点
附录B资料引自段文玺论文《建筑结构的火灾分析和处理》(《工业建筑》,1985.5-7)及闵明保论文《建筑结构火灾温度的判定方法》(《建筑结构》,1994.1:37-42)。
附录C 砌块材料表面特征与温度的关系
附录C是根据江苏省建筑科学研究院闵明保等《建筑结构火灾温度的判定方法》的研究成果,并综合国内外近些年的科研成果,对部分内容进行了调整。
附录D 混凝土构件在标准升温条件下温度场曲线
D.0.1 附录曲线是标准升温条件下单面受火的截面温度场曲线。计算中板的分层厚度为10mm,图中的受火实时间te是指当量标准升温时间(min)。应用温度场曲线确定任意受火时间板中任意点的温度可以插值。
D.0.2 附录曲线是标准升温条件下周边受火的圆形构件截面温度场曲线。计算中截面的分层厚度为10mm,图中的受火时间te是指当量标准升温时间(min)。应用温度场曲线确定任意受火时间圆形截面构件任意点的温度可以插值。
D.0.3 附录曲线图是按照钢筋混凝土构件的导热微分方程,在标准火灾条件下,按照数值计算结果编制。其中矩形截面温度场表格可用于三面受火梁和四面受火柱。详细内容可参阅路春森等编著的《建筑结构耐火设计》(建材工业出版社,1995)。
本附录中有关板的部分计算结果与应急管理部天津消防科学研究所实测数据(参阅原公安部天津消防科学研究所研究报告:Fire resistance of beam-slab specimens-experimental studies,1993)对比见表10。
从表10数值可见,在板内靠近受火面附近处,计算值比实测值大;在距受火面较远点,计算值比实测值小。
由于混凝土构件截面内的温度分布与诸多因素有关,如混凝土的热参数取值、截面尺寸误差、试验炉升温曲线控制水平、热电偶位置误差、受热后构件内水分的迁移等,即使在同一构件中对称位置处(理论上应相等)所测得的温度也相差较大。表11数据是由应急管理部天津消防科学研究所实测数据(参阅原公安部天津消防科学研究所研究报告:Fire resistance of reinforced concrete columns-experimental studies,1993)。试件尺寸为305mm×305mm,在每个试件的对称轴上共设置8个两两对称的热电偶,分别距受火表面为12mm、25mm、38mm、63mm。在各受火时刻,实测的最大、最小和温度值见表11。最大值与本附录计算值的误差列于表12。
从表12中可见,计算值均比实测值大,主要是含水率的影响。计算时混凝土的含水率采用平衡含水率(混凝土质量的2%~4%),而试件试验时含水率较高,相对含水率达63%~98%。但计算值要比法国混凝土结构耐火设计规范所给值偏小(参见李引擎等译《混凝土结构耐火设计强度实用计算法》,1989)。
附录E 常见可燃物发生轰燃情况下当量标准升温时间的确定
本附录是基于轴心受压(素)混凝土构件在遭受标准升温火作用和实际火灾火作用后承载能力相等的原则,将实际火灾作用时间(t)等效为标准升温作用时间(te),由此可以在实际工程中应用标准火灾试验的一些成果曲线。
之所以用作对比的混凝土构件采用轴心受压素混凝土柱,不考虑钢筋的作用,其原因是火灾后钢筋的强度恢复较大,而混凝土的强度损伤较大且不能恢复。
图1示出以400mm×400mm混凝土柱为对比对象的计算结果。图中以实际火灾条件下承载力曲线的最小值作水平线相交于标准火灾下柱承载力曲线,该交点所对应的时间即为当量标准升温时间(t1/2,q2时,当量标准升温时间约为68min。
实际火灾和标准火灾条件下混凝土柱的承载力曲线计算结果表明,所选柱截面由400mm×400mm改变为300mm×300mm时,当量标准升温时间(te)基本无变化。
本标准表E.0.4数据仅适用于发生轰燃的情况,其中轰燃是指着火房间内所有可燃物表面均开始剧烈燃烧。
附录F 火灾后混凝土材料的微观分析
F.0.1、F.0.2 X衍射分析和电镜观测都是在微观领域中对火灾后混凝土构件进行分析。
X射线衍射分析首先解决待测物的物相组成,并由此推知混凝土中各种成分的原始状况,经历过哪些变化。由特征峰的弥散或明锐程度(通常用峰的半高宽度),表示结晶的好坏。这些信息与混凝土构件受火损伤的程度相关,从而为评价混凝土构件的强度提供信息。条文中列出这些物相反应的特征温度可以帮助判定混凝土小样所在部位的历经温度,而混凝土构件的历经温度一经确定,即可利用混凝土在高温下的折减系数(附录F)评定火灾混凝土的实际强度。事实上,混凝土中的各种原始材料以及水泥水化产物,碳化产物等都能在火灾中发生各种变化,其热致相变(脱水、分解、高温相反应等)常需要一定的温度。火灾后各种相变产物的检出都可以对混凝土的历经温度提供依据。
扫描电镜观测分析也是近几十年发展起来的现代化分析手段,它着眼于待测物的显微形貌,可放大到十万倍,比普通光学显微镜的分辨率高得多。混凝土材料微观晶格结构拍照立体感极强。当用于火灾后混凝土构件分析时,用电镜分析获得的各种物相显微形貌变化,如玻璃态化、CSH凝胶的干缩、产生微裂纹,各种水化产物的变化等与物相组成分析配合,可以从混凝土材质的微观结构变化中找出混凝土强度及混凝土破坏的实质。
X射线衍射分析和电镜观测都采用分层切片办法试验。分层切片的厚度视构件火灾损伤状况而定,如果截面温度场或火灾损伤梯度较大,切片厚度宜小,目前的切片厚度一般在5mm~10mm之间。
附录G 火灾后钢筋混凝土的力学性能
G.0.1 不同学者给出的普通混凝土和高强混凝土高温自然冷却后的抗压强度折减系数试验结果分别见图2和图3,图中同时展示了本标准表G.0.1-1中相应取值的连线。不同学者给出的普通混凝土浇水冷却后的抗压强度折减系数试验结果见图4,图中同时展示了本标准表G.0.1-2中相应取值的连线。本标准表G.0.1-1和本标准表G.0.1-2中的取值是根据《高温后混凝土和钢筋强度的统计分析》 (华南理工大学学报,Vol.36,No.12,2008)的建议,大体具有95%的保证率。
混凝土高温下的抗压强度折减系数按表13确定。表13中的取值是根据《高温下混凝土和钢筋强度的统计分析》(自然灾害学报,Vol.19,No.1,2010)的建议,大体具有95%的保证率。
不同学者给出的普通混凝土高温下的抗压强度折减系数试验结果分别见图5,图中同时展示了表13中相应取值的连线。
G.0.2 不同学者给出的HPB235钢筋和HRB400钢筋高温自然冷却后的屈服强度折减系数试验结果分别见图6和图7,图中同时展示了本标准表G.0.2中相应取值的连线。本标准表G.0.2中的取值是根据《高温后混凝土和钢筋强度的统计分析》(华南理工大学学报,Vol.36,No.12,2008)的建议,大体具有95%的保证率。
HPB235钢筋、HRB335钢筋和HRB400钢筋高温下的屈服强度折减系数按表14确定。
不同学者给出的HPB235钢筋和HRB400钢筋高温下的屈服强度折减系数试验结果分别见图8和图9,图中同时展示了表14中相应取值的连线。表14中的取值是根据《高温下混凝土和钢筋强度的统计分析》(自然灾害学报,Vol.19 No.1,2010)的研究结果取整得到的,大体具有95%的保证率。
G.0.3 折减系数根据已有研究成果和文献资料,在考虑95%保证率的基础上确定。
火灾后混凝土经高温作用后,其弹性模量及混凝土与钢筋间粘结强度随温度的升高而降低。当温度达到500℃以后,混凝土的弹性模量下降速度比混凝土抗压强度降低速率更为迅速,下降约60%左右。在此温度下,由于混凝土与钢筋间的变形差异增大,使得混凝土与钢筋间粘结强度也大为降低,由于光圆钢筋与带肋钢筋本身的摩阻力和咬合力的不同,因而在高温作用后的粘结强度下降程度也有所不同,光圆钢筋在500℃以后粘结强度下降约50%,而HRB335级钢筋下降则不到20%。当温度达到700℃~800℃以后,混凝土的弹性模量几乎为零,而此时的混凝土与钢筋间的粘结强度,光圆钢筋已全部丧失,HRB335级钢筋也丧失了60%,可以看出火灾对光圆钢筋的粘结强度影响较大。
当温度低于400℃时,普通混凝土弹性模量的降低速率大于高强混凝土,超过400℃后,高强混凝土的弹性模量下降速率比普通混凝土快。高强钢筋与混凝土之间的粘结强度随过火温度的退化关系与普通钢筋与混凝土之间的粘结强度随过火温度的退化关系接近。
G.0.4 为测量火灾后预应力钢绞线剩余应力,哈尔滨工业大学完成了30根应力水平(外荷载引起的拉应力与钢绞线抗拉强度标准值之比)为0.3~0.7的1770级钢绞线拉伸、卸载试验,其中,偏轴应变测量方法(偏轴应变测量应变片贴方法如图10所示)和轴线应变测量方法各15根。结果表明:按轴向应变计算钢绞线应力误差较大,这主要是由于环氧树脂打磨很难完全平整,且在应变片的粘贴过程中无法保证应变片与钢绞线轴线平行,使得应变片测量过程中偏移其钢绞线轴线所致。
将偏轴应变绝对值ε′乘以系数K,得到轴向应变绝对值ε,结合相关文献(易贤仁.钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究[J].华中科技大学学报(城市科学版),2008,25(3):211-213)的试验结果,系数K=1.1~1.25,偏于保守取K=1.1,按本标准公式(G.0.4)计算钢绞线应力,计算值与实测值吻合较好。
G.0.5 哈尔滨工业大学对不同抗拉强度等级的低松弛高强预应力钢丝、钢绞线进行了高温时、高温后力学性能试验,量测了火灾下预应力钢丝、钢绞线的条件屈服强度、极限强度等。基于试验数据,确定了本规程高温时、高温后预应力钢丝、钢绞线强度折减系数。除高温后预应力钢丝、钢绞线强度折减系数列于本标准表G.0.5外,为便于参考,本条文说明给出高温时预应力钢丝、钢绞线强度折减系数如表15所示。
附录H 火灾后钢结构钢材、高强度螺栓及焊缝的力学性能
H.0.1~H.0.3 各种钢材由于化学组分及其所经受的一系列加工过程(包括生产轧制、热处理方式、冷加工工艺等)的不同,其常温下的性能、高温下的性能以及高温过火对钢材性能的影响均有较大的差别。
一般地,普通热轧结构钢在高温过火冷却后的强度降低很小,而经过热处理、冷拔加工得到的高强度钢(如35号钢、45号钢)以及薄壁冷弯型钢在高温过火冷却后强度降低较多。
H.0.4 高强度螺栓预拉力决定了钢结构高强螺栓节点的连接强度,连接节点高温过火冷却后其参数降低较多。
附录J 火灾后砌体强度及承载能力的计算方法
J.0.1~J.0.8 砌体强度包括抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度。火灾后砌体强度平均值根据砂浆和块材的强度按照现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的相关方法推算。普通黏土砖砌体火灾后砂浆强度和块材强度可采用现场检测的方法检测,也可以根据表J.0.1-1推算,或根据火场温度及构件截面温度场分析结果,按表J.0.1-2进行推定。对于其他类型的砌体结构,由于缺乏试验研究成果,强度应采用现场检测的方法确定。使用表J.0.1-2时,黏土砖受火温度小于900℃时的强度不折减,受火温度超过900℃时可按系数0.75进行折减。
火灾后240mm黏土砖、砂浆与受火温度对应的抗压强度折减系数按表J.0.1-1确定。根据砂浆试块受高温作用试验得到的受火作用后砂浆强度折减系数按表J.0.1-2确定。
已有的研究文献表明:砂浆及砌块其强度随高温作用的变化规律有较大的离散性,还没有公认的公式。实际砌体结构中砂浆及砌体受火灾作用与实验室又有很大不同,原标准第K.0.1条的系数在实际应用时的参考意义不大。本次修订用火灾后240mm砖砌体中黏土砖抗压强度折减系数取代。本次折减系数是综合了实际火灾构件截面温度场对砂浆和黏土砖抗压强度的折减。
附录J中的砌体抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度设计值及纵向弯曲系数的推定方法,明确了火灾后砌体结构承载能力计算方法。
表J.0.1-1中的折减系数是对于240mm厚黏土砖墙体中黏土砖块材的,是截面平均折减系数,可以根据火场温度直接得到砂浆及块材的强度折减,然后根据公式(J.0.1)~(J.0.3)计算各种强度平均值及相应的设计值。
实际应用时,可以根据公式(2)和公式(3)分析截面每一点的温度,然后推算每一点的强度折减,适用于采用数值分析构件承载能力的情况。