自古以來,火災(zāi)就是城市的天敵,火在給人類進程帶來天翻地覆的變化的同時,也帶來了很多的災(zāi)難,在現(xiàn)在城市中,房屋遭受火災(zāi)后,是否還能使用呢?是否正常居住呢?這是困擾很多人的問題,針對這個問題,我在以下給大家做個簡單的介紹。
混凝土是一種非常復(fù)雜的材料,大家都知道,混凝土其實是由水泥、砂子、石子等等復(fù)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(zāi)的效果就有很大的區(qū)別?;炷敛灰粯?,火災(zāi)的起因、強度、溫度也不盡相同,所以必須要就事論事,按現(xiàn)場狀況進行分析。
高溫會顯著降低混凝土和鋼筋的力學性能,但是,我們并不能準確的知道火災(zāi)中的火場溫度到底達到了多少。僅對抵抗火災(zāi)來說,混凝土是非常好的工程材料之一,遠遠優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu),全世界這么多混凝土結(jié)構(gòu),不是沒有原因的。雖然火場溫度的確很高,但是可能只是表面的混凝土達到了比較高的溫度,內(nèi)部的混凝土其實幾乎沒有受到影響。
就建筑物的受影響范圍來說,也要一個案例一個案例的單獨分析。很多火災(zāi)并沒有波及整個建筑物,可能只是在建筑物的某一部分或者某幾個樓層,如何確定影響范圍呢?比如三樓失火,緊鄰它的四樓需不需要維修呢?五樓呢?影響范圍到底有多大呢?
如果混凝土結(jié)構(gòu)其實沒有受到多大影響,這時候進行大范圍、高造價的加固,反而變成了勞民傷財;反過來,如果混凝土結(jié)構(gòu)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,就是在性和經(jīng)濟性之間尋找的平衡點,既要對公眾的負責,又要對公眾的錢包負責。
那究竟應(yīng)該怎么做呢?如果你是一個 Forensic Engineer,受雇于業(yè)主負責此事,你應(yīng)該怎么做呢?
僅就結(jié)構(gòu)方面來說,首先應(yīng)該清理現(xiàn)場,把所有的活荷載移除,簡單說,就是把建筑物內(nèi)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(qū)域,要考慮添加適當?shù)呐R時支撐,防止建筑物進一步坍塌。
保證好問題之后,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(zhì)的混凝土,表面硬度也不一樣,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,上面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(jù)試驗的結(jié)果,我們可以大致知道,哪些混凝土幾乎沒受影響,哪些混凝土有問題,應(yīng)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(zhì)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(zāi)造成的質(zhì)量差、強度低的混凝土,超聲波的傳播速度也慢。通過大規(guī)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。
對于受損的部分,還可以利用 UPV 來測定受損的混凝土表層的厚度。
比如說,表面的混凝土已經(jīng)被火災(zāi)破壞,而內(nèi)部的混凝土還未受影響,因為火災(zāi)的時候內(nèi)部的混凝土的溫度還沒有達到那么高的程度。那么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(fā)射器和接收器都放在表面,然后測量超聲波的傳播時間。超聲波可以沿著受損混凝土的表面?zhèn)鞑?,也可以先傳播到完好混凝土的表層,然后沿著完好混凝土傳播,再折射會受損混凝土表面。完好混凝土中的波速大于受損混凝土中的波速,我改變發(fā)射器和接收器的距離,得到不同距離相對應(yīng)的時間。顯然,距離很近的時候,受損混凝土中的傳播要快,也就是圖中的 path 1,當距離增大到一定程度,path 2 的傳播就要快于 path 1 了。很簡單的數(shù)學關(guān)系,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(jié)省的時間要遠遠大于繞路上高速浪費的時間。)
知道了受損混凝土的位置,知道了受損混凝土的程度,知道了受損混凝土的厚度,接下來就可以開始維修了。方法有很多種,比如說,可以把表面的受損混凝土全部鑿除,然后用噴射高強混凝土重新噴涂結(jié)構(gòu)表面,形成新的、高強度的混凝土表層。
對于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋,一般來說,因為混凝土抵抗火災(zāi)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(dǎo)致鋼筋直接暴露在外面。對于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,可以考慮在噴涂的混凝土外面包鋼板或者 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,很大程度上是出于防火考慮,比如 ACI 規(guī)范對于梁柱混凝土保護層厚度的要求是 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(shè)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(guān)緊要,這是非常錯誤的?;炷翆Ω邷氐牡挚鼓芰Ψ浅?,少一點點混凝土,對于鋼筋來說就是少了很多保護,千萬馬虎不得。
經(jīng)過這樣的房屋檢測、評估、加固之后,一般來說,火災(zāi)后的混凝土結(jié)構(gòu)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(jīng)濟合理的。當然,對于普通的住宅、辦公、旅館等建筑物來說,結(jié)構(gòu)造價并不是重要的部分,建筑裝飾裝修的造價非常高昂,火災(zāi)后重新裝飾裝修,可能花的錢要遠遠多于結(jié)構(gòu)檢測加固的錢。
房屋加固可能涉及到房屋的改造、房屋的加建和使用功能改變等諸多原因,需要進行房屋的各項檢測,里面包括房屋完損檢測、房屋性檢測、房屋的結(jié)構(gòu)和使用功能改變檢測和房屋的抗震檢測等,是一個較為復(fù)雜和體系嚴謹?shù)目茖W檢測過程。
遭受火災(zāi)的房屋并不可怕,則是需要尋找一家專業(yè)的房屋檢測機構(gòu),對房屋進行的體檢,保證你房屋的,并且提出專業(yè)合理的加固建議。根據(jù)專業(yè)報告的鑒定,也可以通過相關(guān)部門的審批。