被大火烧过的楼还可以继续住吗?

时间:2015/10/30 | 作者: | 分类:建筑随笔 | 浏览:424 ℃ | 发表评论

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?
被大火烧过的楼还可以继续住吗?
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。

被大火烧过的楼还可以继续住吗?

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,知道了受损混凝土的程度,知道了受损混凝土的厚度,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。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注