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您當前的位置 > > 東莞災後加固公司為你解答被大火燒過的樓還可以繼續住嗎

    【東莞災後加固公司·為你解答】

    問:看到這次迪拜住宅樓被燒的新聞,十層樓都被燒過了,鋼筋都被熔化了吧?這樣的話,住下去會不會有很大的危險?如果不能住人了,是把它炸掉還是修繕?

     回答一:

    就像生病了就去醫院請專業的醫生看病,房子出問題了就去請專業的工程師。醫生不能根據網上隻言片語的描述就診斷病情,同樣,工程師也不能根據網上簡略的信息就做出判斷。

    房子被火燒之後應該怎麽辦?還能不能接著用?需要拆除嗎?還是需要維修?應該怎麽維修?

    事實上,有專門的工程師負責這些問題。就像有專門的內科醫生、骨科醫生、兒科醫生一樣,工程師也分很多種,其中的 Forensic Engineer 就是專門做這些事情的。有些人說,Forensic Engineer 就是結構物的醫生,診斷病情、治病救人。亿鼎博上課的時候教授說,與其說是醫生,不如說更像是獸醫。因為醫生可以聽取病人的反饋,但是結構物不會說話,所以 Forensic Engineer 的工作更像是獸醫。

    的確,高溫會顯著降低混凝土和鋼筋的力學性能,但是,亿鼎博並不能準確的知道火災中的火場溫度到底達到了多少。僅對抵抗火災來說,混凝土是非常好的工程材料之一,遠遠優於鋼結構、木結構,全世界這麽多混凝土結構,不是沒有原因的。雖然火場溫度的確很高,但是可能隻是表麵的混凝土達到了比較高的溫度,內部的混凝土其實幾乎沒有受到影響。

    混凝土是一種非常複雜的材料,大家都知道,混凝土其實是由水泥、砂子、石子等等複合而成的材料。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,其強度隨溫度的變化明顯不同,抵抗火災的效果就有很大的區別。混凝土不一樣,火災的起因、強度、溫度也不盡相同,所以必須要就事論事,按現場狀況進行分析。

    就建築物的受影響範圍來說,也要一個案例一個案例的單獨分析。很多火災並沒有波及整個建築物,可能隻是在建築物的某一部分或者某幾個樓層,如何確定影響範圍呢?比如三樓失火,緊鄰它的四樓需不需要維修呢?五樓呢?影響範圍到底有多大呢?

    如果混凝土結構其實沒有受到多大影響,這時候進行大範圍、高造價的加固,反而變成了勞民傷財;反過來,如果混凝土結構受到的影響比較嚴重,而這時候不管不顧,這就成了草菅人命。所謂的工程科學,就是在安全性和經濟性之間尋找最好的平衡點,既要對公眾的安全負責,又要對公眾的錢包負責。

    那究竟應該怎麽做呢?如果你是一個 Forensic Engineer,受雇於業主負責此事,你應該怎麽做呢?

    僅就結構安全方麵來說,首先應該清理現場,把所有的活荷載移除,簡單說,就是把建築物內的家具、物品、各種重物都搬出來;其次要做一個徹底的視覺檢查,看上去受損嚴重的區域,要考慮添加適當的臨時支撐,防止建築物進一步坍塌。

    保證好安全問題之後,接著就要做一個初步的混凝土檢測,一般可以用回彈錘做一個簡單快速的普查。所謂的回彈錘,原理很好理解,不同強度、不同材質的混凝土,表麵硬度也不一樣,拿一個錘子敲上去,錘子回彈的幅度也不一樣。比如你拿錘子敲鋼板,會嘣的一聲彈回來,但是你拿錘子敲豆腐,就不會彈回來。有專門的這種錘子,上麵有刻度測量回彈幅度,有機械裝置保證每次敲擊的力度相同。根據試驗的結果,亿鼎博可以大致知道,哪些混凝土幾乎沒受影響,哪些混凝土有問題,應該進一步檢測。

    接下來,一般會用 UPV 來做進一步的檢測,所謂的 UPV 就是 Ultrasonic pulse velocity,測量的是超聲波在混凝土中的傳播速度。這個傳播速度與彈性模量的平方根成比例,而彈性模量又與抗壓強度的平方根成比例。質量好、強度高的混凝土,超聲波的傳播速度也快;反過來,因為火災造成的質量差、強度低的混凝土,超聲波的傳播速度也慢。通過大規模的 UPV 檢測,就可以篩選出哪些部位受損嚴重,受損的程度到底如何。

    對於受損的部分,還可以利用 UPV 來測定受損的混凝土表層的厚度。

    比如說,表麵的混凝土已經被火災破壞,而內部的混凝土還未受影響,因為火災的時候內部的混凝土的溫度還沒有達到那麽高的程度。那麽我如何知道到底多厚的表層被破壞了呢?

    我可以把超聲波的發射器和接收器都放在表麵,然後測量超聲波的傳播時間。超聲波可以沿著受損混凝土的表麵傳播,也可以先傳播到完好混凝土的表層,然後沿著完好混凝土傳播,再折射會受損混凝土表麵。完好混凝土中的波速大於受損混凝土中的波速,我改變發射器和接收器的距離,得到不同距離相對應的時間。顯然,距離很近的時候,受損混凝土中的傳播要快,也就是上圖中的 path 1,當距離增大到一定程度,path 2 的傳播就要快於 path 1 了。很簡單的數學關係,就能求算出受損混凝土的厚度。

    如果覺得很難理解,可以這樣想,從你家開車去很近的地方,顯然是走普通道路比走高速快,因為你還要繞路去高速入口;但如果是開車去很遠的地方,顯然是走高速更快,因為高速上節省的時間要遠遠大於繞路上高速浪費的時間。

    知道了受損混凝土的位置、程度、厚度,接下來就可以開始維修了。方法有很多種,比如說,可以把表麵的受損混凝土全部鑿除,然後用噴射高強混凝土重新噴塗結構表麵,形成新的、高強度的混凝土表層。

    對於混凝土結構中的鋼筋,一般來說,因為混凝土抵抗火災的性能很好,如果保護層厚度足夠的話,一般鋼筋不會有太大的問題,除非因為特殊情況,比如表層混凝土脫落,導致鋼筋直接暴露在外麵。對於鋼筋的檢測也有很多辦法,比如測量電勢差、GPR 雷達檢測等等。如果認為鋼筋有問題,可以考慮在噴塗的混凝土外麵包鋼板或者 FRP 進行加固。

    混凝土保護層的厚度要求,除了耐久性、鋼筋錨固的需求之外,很大程度上是出於防火考慮,比如 ACI 規範對於梁柱混凝土保護層厚度的最低要求是 1.5 英寸(38 毫米),也就是說,梁柱中的任何鋼筋至少都要外包 38 毫米的混凝土。很多工程在設計、施工的時候,對混凝土保護層的厚度要求不夠重視,認為無關緊要,這是非常錯誤的。混凝土對高溫的抵抗能力非常強,少一點點混凝土,對於鋼筋來說就是少了很多保護,千萬馬虎不得。

    經過這樣的檢測、評估、加固之後,一般來說,火災後的混凝土結構都能重新投入使用。雖然這樣的檢測加固花錢不少,但是相比盲目的拆掉重建而言,還是經濟合理的。當然,對於普通的住宅、辦公、旅館等建築物來說,結構造價並不是最重要的部分,建築裝飾裝修的造價非常高昂,火災後重新裝飾裝修,可能花的錢要遠遠多於結構檢測加固的錢。

     回答二:

    燒完之後直接住人顯然是不現實的,建議檢測之後選擇維修加固或者拆除重建再來住人,當然這是一個複雜的問題,需要檢測之後做很多權衡。火災對結構的影響是很複雜的,需要檢測完了再來確定是否可以直接使用,或者需要維修或者直接拆除。

    僅從結構工程的角度出發回答這個問題。火災從發生,旺盛燃燒一直到熄滅可能沒有那麽久,可能被撲滅,都可以有效的降低對結構的影響。

    鋼材的性能; 既然題主提到了鋼筋,就從鋼開始說。

    這是溫度對常見的結構鋼材力學性能影響的曲線,其中最關鍵的兩個因素是fy和E,fy是屈服強度,E是彈性模量。不知道題主是否是業內人士,若不是,做個不恰當但是好理解的解說,fy決定承載能力,最大能擔多少重量。E決定會有多少變形,加同樣的重量往下垂了多少。

    在500°C時候,鋼材的E下降到原來的2/3左右,fy大約隻有原來的1/3;在600°C時候,鋼材的E下降到了原來的一半,fy大約隻有原來的1/8,因此鋼材的抗變形能力(剛度)和強度都下降了非常多。

    火場的溫度和結構的溫度

    這是一篇論文中在火場溫度1100°C情況下,溫度穩定後鋼筋混凝土梁截麵上的溫度分布。大部分鋼筋分布在梁表麵80mm以內,所以在這種情況下梁內鋼筋大約在1000~800度之間。實際火場溫度變化,可能高於1100,也可能低於1100,並且是不均勻的,按照常見燃燒物火焰顏色區分火場溫度,大部分火焰都是橘黃到明黃色,這樣的火焰一般在800°~1000°,按照這篇論文裏麵的等溫曲線推算,鋼材處在下限500,上限1000的溫度範圍內,上麵已經說了,500度時候鋼材性能已經大幅度下降。

     考慮溫度和鋼材性能時候結構的變化

    如果是鋼結構,如果沒有防火處理那是基本直接跪了,經過防火處理,防火塗層也隻能保護鋼結構幾個小時。最典型的例子就是亿鼎博悲催的世貿大廈,在911恐怖襲擊中被活活燒塌了。

    如果是鋼筋混凝土結構,其抗彎承載力是和fy成正比的,所以500°C時候,梁板這類抗彎為主的構件承載能力也隻剩1/3左右了。結構設計是有冗餘度的,如果簡單粗暴的拋開基於可靠度概率的設計理論,直接講安全餘量有多少,大概設計承載力是實際荷載的1.5~3倍左右,混凝土的柱子、牆體不會下降太多,還能撐住,但是梁板往往撐不住的,就會變形發生彎曲。由於火場溫度並不均勻,可能有點地方變形嚴重,有的地方並不怎麽破壞。

    混凝土的主要成分是水泥、骨料和水,能夠發揮強度都是靠水泥和水反應把骨料膠結在一起,水泥的有效成分主要是矽酸X鈣和鋁矽酸鹽,它們和水反應生成各種矽酸鹽的水合物以及氫氧化鈣,這是混凝土的強度的來源,沒有他們混凝土就變成了一灘散沙。

    在200°C下,混凝土中的化學結合水開始脫離,350°C,矽酸鹽類開始脫水分解,570°C氫氧化鈣開始脫水分解。我想這個過程大家都不陌生,高中化學課上灼燒五水硫酸銅,灼燒石灰石都玩過,原來致密堅硬的固體開始慢慢變成齏粉,這樣的反應就在混凝土裏麵發生。

    事實上高溫並不均勻分布,這樣還有一個問題——溫度應力。溫度應力的例子再簡單不過了,大冷天倒熱水進入玻璃杯子可能會爆掉,這就是溫度應力。巨大的溫度應力會扯裂混凝土。而不均勻的溫度引起的變形可以直接破壞結構本身,產生超越局部材料破壞的結構構件破壞。    

    所以一場大火過後即使這棟建築沒有坍塌,其過火範圍內的結構也是發生了變化的,請一定請專業人員來做檢測鑒定,看看是毫發無傷,還是受損嚴重應該加固湊合用還是拆了重建,千萬不要自己好奇跑進去~

    來源:知乎,《建築結構》雜誌編輯整理。    

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