1 工程概况
上海归鸿实业有限公司位于老港化工园区良乐路以南、同发路以东地块内。建筑基地面积约23230.8m2,总建筑面积22466 m2,厂区总平面图见图1。
图1 本案厂区鸟瞰图
图2 总平面图
发生火灾事故的甲类车间有3个结构单元组成,建筑面积约8366m2,为五层钢筋混凝土框架结构房屋,受火影响面积约3372.37m2。
为了解火灾后结构的损伤程度以及房屋的安全状况,为损失评估提供依据,上海市浦东新区科技和经济委员会特委托同济大学房屋质量检测站建筑结构检测与鉴定专业人员依据国家有关规范和规程,对该房屋相关范围的火灾损伤情况进行检测与鉴定,并提出鉴定报告和处理意见,为事故处理提供依据。
甲类车间1主楼为四层框架结构房屋,局部五层,外形近似矩形,建筑长度为98.46m,宽20.94m;中间设两道抗震缝,缝宽120mm。首层层高为4.5m,二、三层层高为4.2m,四层层高为4.6m,五层层高为3.6m,总高度21.85m;室内外高差0.20米,±0.000相当于绝对高程4.800m。
本案甲类车间1厂房"生产的火灾危险性分类"为甲类1、2、5、6项,生产产品为水性和油性涂料。建筑耐火等级二级。防火区域采用防爆隔断墙分割,做法为240厚加气混凝土砌块防爆隔断墙,內填C20砼(耐火极限≥4h)。每个防火区域均设有不少于两个安全疏散出口,区域最大安全疏散距离为15m,满足安全疏散距离25m的要求。
选用混凝土小型空心砌块对耐火极限的要求:防火墙>4.00h;承重墙,楼梯间墙,电梯间墙>3.00h;非承重墙,疏散走道两侧的隔墙,>1.00h;房间隔墙>0.75h; 钢梁及其它钢承重构件均需刷防火涂料,钢梁为厚涂型≥20mm,檩条为薄涂型≥7mm,使其耐火极限时间分别达到1.5h、1.0h。
图3 一层建筑平面布置图
该建筑为钢筋混凝土框架结构房屋,抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,地震加速度0.1g,设计使用年限为50年。框架柱截面尺寸一般为500~700mm× 500~700mm,框架梁截面尺寸一般为350 mm×600~700mm,楼面梁截面尺寸一般为250 mm×600mm。钢筋混凝土楼板厚一般为130mm,钢筋混凝土屋面板厚一般为100mm,局部120mm。楼梯踏步板设置滑动支座。基础为桩基础,承台多为三桩承台,部分为四桩承台,采用预应力混凝土管桩,桩形式PHCφ400AB95-38,桩长为38米,单桩承载力为950kN,承台底标高一般为-2.2m,承台厚一般800mm。
主筋和箍筋全部采用HRB400。混凝土强度等级为C30。±0.000以下砌体为MU10混凝土实心砖、RM10商品砂浆,±0.00以上为混凝土空心砌块,强度等级≥MU10、RM7.5商品砂浆,干容重≤12kN/m3。
图4 二层结构平面布置图
1)火作用调查
过火范围现场调查:火灾历时一个多小时,造成火烧区11轴~14轴一到四层大面积混凝土构件不同程度的过火烧损烧毁,14轴~16轴室内高温烟雾熏烤等现状,实际过火面积约1776.72m2。高温烟熏烤区域1595.65 m2,共计损伤区域面积为3372.37m2。
现场残留物分析与火场温度判定:通过对现场残留物分析,初步判定火灾持续时火场最高温度。一层车间过火区根据铝合金和平板玻璃融化温度判定火场最高温度800~850℃。14轴~16轴南楼梯玻璃破碎,窗框没有更换,楼梯铁栏杆扶手没有变形,油漆层碳化成壳,此处最高温度小于430℃。14轴~16轴其他区域柱、梁、板被黑色烟黑覆盖,结构本身及涂料未变颜色,该区域高温烟熏区的温度小于300℃。二层楼面过火区为11~14-A~C轴,最高灼烧温度在800℃上下。14轴~16轴处温度小于430℃。14轴~16轴该区域最高火烧温度不超过700℃。14~16轴其他区域温度小于300℃。三层楼面过火区为11轴~14轴区域最高火灾温度不高于800℃。14轴~16轴温度小于430℃。14轴~16轴其他区域高温烟熏区的温度小于300℃。四层楼面过火区为11轴~14轴,该楼层最高火灾温度不高于800℃。其他区域和14轴~16轴区域高温烟熏区的温度小于300℃。五层14轴~16轴没有过火区,为高温烟气熏烤区,此层火烧温度低于300℃。
2)火灾损伤调查与构件初步鉴定
损伤状态分级:根据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252:2009)第6.1.2条和第6.1.3条规定进行火灾后构件损伤状态评级。
初步鉴定损伤评级:
IIa级——轻微或未直接遭受烧灼作用,结构材料及结构性能未受或仅受轻微影响,可不采取措施或仅采取提高耐久性的措施。
IIb级——轻度烧灼,但未对结构材料及结构性能产生明显影响,尚不影响结构安全,应采取提高耐久性或局部处理和外观修复措施。
Ⅲ级——中度烧灼尚未破坏,显著影响结构材料或结构性能,明显变形或开裂,对结构安全性或正常使用产生不利影响,应采取加固或局部更换措施。
Ⅳ级——破坏,火灾中或火灾后结构倒塌或构件塌落;结构严重烧灼损坏、变形损坏或开裂损坏,结构承载能力丧失或大部丧失,危及结构安全,必须或必须立即采取安全支护、彻底加固或拆除更换措施。
注:火灾后结构构件损伤状态不评I级。
详细鉴定评级:
b级——基本符合国家现行标准下限水平要求,尚不影响安全,尚可正常使用,宜采取适当措施。
c级——不符合国家现行标准要求,在目标使用年限内影响安全和正常使用,应采取措施。
d级——严重不符合国家现行标准要求,严重影响安全,必须及时或立即加固或拆除。
注:火灾后的结构构件不评a级。
调查内容:分别对混凝土构件的柱、梁、楼板、楼梯构件以及砌筑墙体进行表面损伤调查与初步鉴定,结果表明存在部分构件严重不符合规范要求,需采取加固措施,同时对其它部件如铝合金窗及玻璃窗等损伤状况进行调查。
图5 一层板底烧损记录现状示意图
1)火作用详细调查与分析
根据现场调查分析,可知火灾重灾区为一层到四层的11轴~14轴区域,火灾中心位置也在各楼层的11轴~14轴之间,四个楼层中一层最重,三楼火情略轻,几乎全部为火场。此次灾情造成11轴~16轴混凝土构件梁板柱和墙体不同程度的损伤。通过现场混凝土构件损伤和轻钢结构货架等残留物,依据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252:2009)中的附录A的常见材料变态温度及燃点等和附录B的技术资料,可确定上述火灾中心区火焰最高温度在一层约为800℃左右。
二楼是火灾发生点,生产车间存放有液态可燃物,在火灾形成后通过各类孔洞和14轴~16轴-B轴~C轴楼梯间上下蔓延,造成过火区域有11轴~14轴四个楼层、14轴~16轴二层局部和11轴~14轴-B轴~C轴楼梯,火损构件基本位于这些区域。其余区域有防火门和防火墙阻隔,基本没有过火,只是受到了高温烟气熏烤。一层大门火灾中烧毁,11轴~14轴间铝合金窗在火灾中大部烧毁,检测时所看到的窗为新换铝合金窗。
图6 底层火灾温度分布示意图
2)火灾后混凝土抗压强度检测与分析
采用回弹、钻芯法测定火灾后混凝土的强度。共钻取芯样139组,其中86组芯样完整选做强度试验。分别对梁、板、柱等主要构件进行混凝土回弹检测和芯样试件检测。综合回弹和芯样检测结果、以及根据初步鉴定判定的构件表面灼烧温度查《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252:2009)附表提供的混凝土强度折减系数,火灾后结构复核时非过火区及Ⅱa级构件混凝土强度按设计强度取值,过火区Ⅱb级梁柱、楼梯混凝土强度可按C25取值,过火区Ⅲ级梁柱及板的混凝土强度可按C20取值,火灾中心区楼板混凝土强度按C15取值。
3)火灾后钢筋材性试验
从构件中或裸露在外的钢筋中截取钢筋试样进行钢筋力学性能检测,随机抽检钢筋18组,其中15组钢筋材性试验件,3组焊接试验件。结果显示,火烧后除个别直接受火灼烧的钢筋,其他钢筋屈服强度和抗拉强度指标满足要求。综合试验结果及规程要求,火灾后结构复核时非过火区及Ⅱa级构件钢筋强度按设计强度取值,过火区Ⅱb级梁柱、楼梯钢筋强度折减系数可取0.90,过火区Ⅲ级梁柱及板的钢筋强度折减系数可取0.85,火灾中心区楼板钢筋强度折减系数可取0.80。
4)梁柱配筋检测及复核
根据《既有建筑物结构检测与评定标准》(DG/TJ08-804-2005)的要求和方法,用钢尺量测框架梁、柱的截面尺寸;采用局部开凿量测抽样复核框架梁柱的配筋和保护层厚度,检测结果表明:混凝土框架梁、柱截面尺寸与原设计基本相符。框架梁柱截面钢筋配置的规格和数量总体与原设计基本相符,个别箍筋不符合设计要求,另有少量构件钢筋主筋配置存在局部放大的情况。
5)火烧区砌筑砂浆强度检测
对砌体主要材料砌筑砂浆的强度采用贯入法进行了现场抽检,检测结果显示,设计采用RM7.5商品砂浆,火烧区砌筑砂浆强度降低较多,五层烟熏区的砂浆强度也比设计值有降低。
6)房屋倾斜于混凝土构件变形情况检测
房屋整体倾斜情况检测:采用全站仪进行测量,结果显示。测量结果表明房屋整体向北平均倾斜率0.04‰,向东平均倾斜率0.10‰。东西向最大倾斜的部位在西北角E轴/11轴,向东倾斜3.01‰;南北向最大倾斜在东南角檐墙转角处,向北倾斜1.74‰。房屋平均倾斜小于2‰。符合规范安全要求。
框架柱、梁及板变形情况检测:采用全站仪进行测量。测量结果百科原始结构施工误差、装饰施工误差、测量误差和累计总体变形。
7)火灾后结构验算与鉴定
运用PKPM及SATWE等分析程序进行结构建模与抗震计算。考虑了材料强度折减与荷载取值,然后对构件进行安全验算与鉴定评级,结果表面,部分结果需要进行局部处理和外观修复,部分结果需要采取加固措施。
对本案厂房区域内部分结构单元进行了火灾后调查和火灾损伤初步鉴定,火灾损伤主要影响区在一层~四层11轴~14轴,该区域受灾最大的是一~二层的楼板,Ⅳ类板占比分别为37%和48%。14轴~16轴,五层结构混凝土构件未受影响,可正常服役,其他楼层大多数构件未受影响可以正常服役。
根据初步鉴定结果和火灾详细调查,依据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS 252:2009)对初步鉴定评级为Ⅱa、Ⅲ级的承重构件进行了详细的计算分析和评定,由于受火灾的影响,少量Ⅱa、Ⅲ级的构件详细鉴定评为d级,其中框架柱13根,框架梁12根,次梁5根。Ⅳ类构件详细鉴定评为d级。
根据《危险房屋鉴定标准》(JGJ125-2016)第6.3.3~6.3.6条,火灾后根据原设计功能在正常使用情况下的最不利工况时,部分楼层和主体承重结构承载力不能满足正常使用要求,局部出现险情,构成局部危房。房屋危险点和构件目前尚未影响整体结构的安全性。通过对上述有关构件采取必须的加固措施,以及按结构耐久性要求加固处理后,该厂房车间可继续正常使用。
1)本案厂房车间为四层钢筋混凝土框架(局部五层),建于2012年。该火灾历时一个多小时,造成火烧区11轴~14轴一到四层结构、围护和内部设施等构件(物品)不同程度的过火烧损烧毁,14轴~16轴内高温烟雾熏烤等现状,过火面积约1776.72m2。高温烟熏烤区域1595.65 m2,共计火烧影响区域面积为3372.37m2。
2)一层楼面过或区域:一层有d级(含Ⅳ级)构件35个(柱8个,梁10个,板15个,楼梯2个)烧损严重,不满足规范要求,建议立即采取措施。其余评定为c级、b级(含Ⅱa级)构件,需要使用前采取适当措施予以加固和维修。
3)二层楼面过火区域:二层是本次火灾的发源地,大火是由楼板中间的开洞和楼梯向上下蔓延。二层有d级(含Ⅳ级)构件25个(柱3个,梁1个,板21个)烧损严重,不满足规范要求,建议立即采取加固措施。其余评定为c级、b级(含Ⅱa级)构件,需要使用前采取适当措施予以加固和维修。
4)三层楼面过火区域:三层是此次火灾烧损程度较轻的楼层。三层没有d级(含Ⅳ级)构件,均评定为c级、b级(含Ⅱa级)构件,需要使用前采取适当措施予以加固和维修。
5)四层楼面过火区域:有d级(含Ⅳ级)构件14个(柱2个,梁12个)烧损严重,不满足规范要求,建议立即采取加固措施。其余评定为c级、b级(含Ⅱa级)构件,需要使用前采取适当措施予以加固和维修。
6)五层为严重烟熏区。构件目测评定等级都为Ⅱa,详细评定均为b级构件,宜采取适当措施按耐久性要求维修处理。
7)楼梯丁1-3层是过火区,其余楼层和楼梯乙为严重烟熏熏烤区。楼梯丁一层~三层有2个混凝土构件评定为d级,需要立即采取措施补强加固;6个楼梯踏步板挠度验算不符合要求评定为c级,需要采取适当措施以补强;其余楼梯的混凝土构件只需要采取维护性修理以满足使用功能要求。
8)砌体围护墙有18片墙损伤等级评为Ⅳ级,必须及时采取加固措施或拆除更换处理,有13片墙评为Ⅲ级、13片墙评为Ⅱb级,应采取加固补强措施。其余评为Ⅱa级的墙体需要采取维护性修理以满足使用期安全和耐久性要求。
9)火烧区全部外墙铝合金窗烧毁,大部已更换处理;烧毁的大门和防火门,需更换恢复处理;该房屋电气、给排水、通讯、供暖等设施已烧毁或烧损,需重新铺设修复处理。
10)根据《危险房屋鉴定标准》(JGJ125-2016),其中一层、二层、四层楼层危险性等级为Cu级,上部主体结构的危险性等级C级。火灾后根据原设计功能在正常使用情况下的最不利工况时,部分楼层和主体承重结构承载力不能满足正常使用要求,局部出现险情,构成局部危房。房屋危险点和构件目前尚未影响整体结构的安全性。通过对上述有关构件采取必须的加固措施,以及按结构耐久性要求加固处理后,该厂房车间可继续正常使用。
1)建议对一到四层不满足安全性要求的各类混凝土梁、柱采用置换方法、加大截面法、粘贴碳纤维布等方法进行修复、补强加固,其余受火灾高温烟熏影响的构件建议按《混凝土结构耐久性修复与防护技术规程》(JGJ/T259-2012)推荐的方法分类进行耐久性修复处理。
2)局部拆除和恢复毁损的楼面现浇板,其余不满足安全性要求的楼面板、楼梯板等采用置换方法、加大截面法、粘贴碳纤维布等方法进行修复、补强加固,其余受火灾高温烟熏影响的现浇板建议按《混凝土结构耐久性修复与防护技术规程》(JGJ/T259-2012)推荐的方法分类进行耐久性修复处理。
3)损毁的墙体应局部或全部拆除,防爆墙、防火墙、楼梯间墙应按原设计功能要求恢复,其余受火灾高温烟熏影响的墙体敲去空鼓、开裂的粉饰层,采用加筋水泥砂浆面层修复。
4)加固设计单位应考虑房屋的损伤现状和使用功能根据原设计要求和现行相关规范标准及相关加固技术规程对结构进行复核和加固施工图设计。加固施工单位须有相应资质与经验。
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