結(jié)合節(jié)能改造的辦公樓抗震加固

Word版本，下載可自由編輯結(jié)合節(jié)能改造的辦公樓抗震加固0前言

新中國(guó)成立伊始建立起來的一批建造物,特殊是當(dāng)初建筑標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高的一些機(jī)關(guān)事業(yè)單位辦公樓,近年都面臨一個(gè)難題:使用期已達(dá)到或臨近結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限,部分使用功能不滿足要求,是拆除重建還是繼續(xù)使用?基于無數(shù)因素,特殊是資金方面考慮,無數(shù)業(yè)主傾向于裝點(diǎn)改造后繼續(xù)使用。

按建造物的修理改造程序,需要對(duì)結(jié)構(gòu)舉行平安性鑒定和抗震鑒定,以打算是否能在裝點(diǎn)改造后繼續(xù)使用,特殊是無數(shù)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低的磚混結(jié)構(gòu)建造物,必需舉行該項(xiàng)工作。另一方面,政府正在樂觀推行建造節(jié)能,各級(jí)政府都有相應(yīng)的節(jié)能工作目標(biāo),作為機(jī)關(guān)辦公樓,在裝點(diǎn)改造的同時(shí),必需相應(yīng)考慮建造節(jié)能的問題。如何將這兩者有機(jī)結(jié)合起來,以最小的投入獲得最大的收益?筆者結(jié)合全程參加的合肥市某機(jī)關(guān)辦公樓的裝點(diǎn)改造項(xiàng)目,談?wù)剬?duì)這類建造物兼顧結(jié)構(gòu)加固和節(jié)能改造的處理思路和技術(shù)措施。

1工程概況

合肥某辦公樓建于1956年,主體3層,局部4層,總高度15-2m,總面積約6600m2。實(shí)心粘土磚砌體結(jié)構(gòu),縱橫墻混合承重,現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋,未設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁,圖1為標(biāo)準(zhǔn)層建造平面圖。1層、2層內(nèi)外墻為370mm,3層、4層外墻為370mm、內(nèi)墻為240mm。

2結(jié)構(gòu)鑒定及加固[1]

2.1結(jié)構(gòu)檢測(cè)及鑒定

2.1.1材料強(qiáng)度檢測(cè)

因?yàn)樵冀Y(jié)構(gòu)圖紙遺失,對(duì)辦公樓舉行材料強(qiáng)度檢測(cè):采納回彈法測(cè)梁的混凝土強(qiáng)度,推定值為13-4MPa;粘土磚強(qiáng)度檢測(cè),以取樣抗壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果為肯定強(qiáng)度值,以回彈法檢測(cè)結(jié)果作為相對(duì)值舉行普查,確定承重磚墻強(qiáng)度等級(jí)約為MU7.5;采納貫入法測(cè)得1層砌筑砂漿強(qiáng)度為4-1MPa,其余各層均為3-5MPa。

2.1.2樓板靜載實(shí)驗(yàn)

取一間辦公室作為實(shí)驗(yàn)房間,檢驗(yàn)樓蓋結(jié)構(gòu)的承載能力,分級(jí)均布加載和卸載,最大均布荷載為4-29kN/m2(不包括樓蓋自重)。在樓板跨中安裝張線式位移計(jì),最大彎矩截面底部沿兩個(gè)方向分離安裝弦變式應(yīng)變計(jì),通過放大鏡讀數(shù)顯微鏡觀測(cè)開裂狀況。實(shí)驗(yàn)荷載—撓度實(shí)測(cè)曲線及實(shí)驗(yàn)荷載—應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線如圖2,3所示。

在囫圇實(shí)驗(yàn)過程中,直到最大加載,樓板撓度及裂縫寬度(約為0-06mm),均遠(yuǎn)小于規(guī)范的限值,結(jié)構(gòu)處于彈性變外形態(tài),未浮現(xiàn)任何破壞標(biāo)志或跡象,證實(shí)樓蓋滿足承載能力極限狀態(tài)的性能要求。

2.1.3墻體承載力驗(yàn)算

按照實(shí)測(cè)墻厚及材料強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果,使用PKPM軟件舉行承重墻體的非抗震承載力驗(yàn)算。表1列出各層外墻加固前后的抗力與荷載效應(yīng)之比的最大值和最小值。

2.1.4平安性鑒定[2]

由承載力、構(gòu)造、撓度、裂縫4個(gè)方面評(píng)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件等級(jí):混凝土梁、柱、板為bu;1~4層外縱窗間墻為cu;1層內(nèi)縱墻為cu;3層內(nèi)縱墻為cu;2,4層內(nèi)縱墻為au;1層橫墻為cu;其他墻體為bu。

按照上部結(jié)構(gòu)的反映,墻體未浮現(xiàn)沉降或不勻稱沉降裂縫,表明地基沉降變形穩(wěn)定,無不勻稱沉降,評(píng)定地基基礎(chǔ)為Au級(jí);上部承重結(jié)構(gòu)為Cu級(jí),故結(jié)構(gòu)單元平安性評(píng)級(jí)為Csu級(jí)。

2.1.5抗震鑒定[3]

辦公樓所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度。按結(jié)構(gòu)體系、房屋整體性銜接、局部易損易倒部位的構(gòu)造等舉行第一級(jí)鑒定,其中,承重門窗間最小寬度為0-4m,小于規(guī)定值0-8m,不符合要求。需要舉行其次級(jí)鑒定,該辦公樓房屋為4層結(jié)構(gòu)(部分層),房屋的質(zhì)量和剛度沿高度分布顯然不勻稱,房屋平面布置不規(guī)章。按照現(xiàn)行《建造抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求,按現(xiàn)行國(guó)家《建造抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的辦法驗(yàn)算其抗震承載力,再按照構(gòu)造舉行綜合評(píng)定。

2.1.6加固改造

參照鑒定結(jié)果舉行加固設(shè)計(jì),對(duì)受壓抗力與荷載效應(yīng)≤0-95的墻體、抗震驗(yàn)算不滿足要求的墻體舉行加固,增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱,對(duì)辦公樓入口自立磚柱予以加固。該樓的質(zhì)量和剛度沿高度分布不勻稱,房屋平面布置不規(guī)章,從建造的整體抗震角度考慮,如僅對(duì)部分驗(yàn)算不滿足要求的墻體舉行加固,加固后的墻體抗震性能大大提升,原滿足要求未加固的墻體在抗震時(shí)卻成了薄弱處,確定對(duì)該樓墻體舉行整體加固。

綜合分析,對(duì)墻體采納細(xì)石混凝土鋼筋網(wǎng)計(jì)劃舉行加固。間距較大的內(nèi)橫墻及建造中的大拐角處墻體采納雙面細(xì)石混凝土鋼筋網(wǎng)予以加固,其余采納單面細(xì)石混凝土鋼筋網(wǎng)?？紤]到還要加保溫砂漿層,細(xì)石混凝土層厚度不能太厚,計(jì)算取定為25mm,強(qiáng)度為C25,鋼筋網(wǎng)為Φ6@200mm。

增設(shè)圈梁構(gòu)造柱,為保留原建造風(fēng)貌,間距較大縱橫墻及較薄弱窗間墻處增設(shè)鋼拉桿內(nèi)圈梁,大拐角處增設(shè)內(nèi)構(gòu)造柱。構(gòu)造柱與磚墻用封閉箍筋銜接,鋼筋利用墻上鉆出的孔洞穿過墻體,在室外緊貼剔除抹灰層的墻皮,伸入構(gòu)造柱與其鋼筋錨牢。加內(nèi)構(gòu)造柱作法及墻體加固構(gòu)造(帶保溫層)如圖4,5所示。

對(duì)辦公樓南立面入口自立磚柱予以外包鋼加固,保證地震時(shí)的逃命通道足夠平安。拆除突出屋面的原煙囪。

3節(jié)能改造

對(duì)于既有建造節(jié)能改造,業(yè)內(nèi)雖然十分熱衷,但限于資金及體制等方面的緣由,各級(jí)政府所制定的建造節(jié)能目標(biāo),實(shí)現(xiàn)起來難度極大。其中,各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的遲遲不能出臺(tái),也對(duì)此項(xiàng)工作的實(shí)質(zhì)性發(fā)展不利。本次改造的標(biāo)準(zhǔn)部分參考2023年實(shí)施的《公共建造節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn))。節(jié)能改造應(yīng)從圍護(hù)結(jié)構(gòu)和各種系統(tǒng)兩個(gè)方面入手,辦公樓的照明和空調(diào)系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)計(jì),此處不做研究。

在確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造范圍時(shí),存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)核算的問題,對(duì)于屋面,因?yàn)楝F(xiàn)有防水層保持良好,且屋面已有通風(fēng)層,從節(jié)省造價(jià)及不增強(qiáng)結(jié)構(gòu)荷載的角度考慮,此次不舉行改造。只對(duì)外墻、外窗舉行改造。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的外墻要求Km≤1-0W/(m2-K),外窗K≤2-8W/(m2-K)(該樓的窗墻面積比約為0-42)。

3.1外墻

采納在鋼筋網(wǎng)細(xì)石混凝土的外面再加保溫層和防護(hù)層,復(fù)合外墻的詳細(xì)構(gòu)造見圖5。保溫層采納膠粉聚苯顆粒保溫漿料[4],由硅酸鹽類膠粉料和聚苯顆粒輕骨料按一定比例加水?dāng)嚢瓒?其導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0-059W/(m-K);防護(hù)層由水泥抗裂砂漿與耐堿玻纖網(wǎng)格復(fù)合而成,在防護(hù)層表面涂上高分子彈性涂料,形成一層有憎水、透氣的高彈性涂層,既使防護(hù)層有很好的防水功能,又能排出保溫層的水分,防護(hù)層厚約3mm;飾面層采納仿石材涂料。

外墻的熱工計(jì)算按不利于保溫的單面加固外墻計(jì)算,因防護(hù)層、涂料層很薄,計(jì)算中不考慮它們對(duì)保溫的有利作用。外墻各計(jì)算構(gòu)造層的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)取值見表2。

保溫層的厚度δb計(jì)算由控制標(biāo)準(zhǔn)反推得到,將外墻近似作為勻質(zhì)多層材料的平壁結(jié)構(gòu)。外墻各材料層的熱阻:

因?yàn)闉橥獗?且為后加鋼拉桿內(nèi)圈梁、內(nèi)構(gòu)造柱,可以忽視熱橋影響,亦即外墻平均傳熱系數(shù)即為主墻體傳熱系數(shù),K=Km≤1-0W/(m2-K),代入相關(guān)數(shù)據(jù),即:

3.2外窗改造

因?yàn)樵缙谵k公樓采納的單玻木窗太過破舊,辦公樓1990年初已經(jīng)更換為鋁合金單玻窗。鋁合金窗雖然美觀性能好,但其保溫隔熱性能相對(duì)于木窗更差,該辦公樓的窗墻面積比達(dá)到0-42,受窗戶影響的空調(diào)能耗比重十分大。

近幾年來,隨著對(duì)建造節(jié)能問題的重視,相應(yīng)的保溫隔熱性能好的窗戶類型越來越多,對(duì)于新建造,價(jià)格達(dá)每平方米千元以上的中空玻璃窗、鍍膜窗等是可以接受的,而使用在舊建造上卻感到有點(diǎn)大材小用,改造投資太大。

經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后[5],鑒于辦公樓的外墻都為370mm厚,可實(shí)行在保留舊一般鋁合金窗的基礎(chǔ)上,在其外側(cè)增裝一個(gè)塑鋼窗。那么,本來鋁合金窗的傳熱系數(shù)K1=6-2W/(m2-K),新的塑鋼窗的傳熱系數(shù)K2=4-7W/(m2-K),兩個(gè)窗戶之間至少有10mm以上的靜止空氣層K3≤7-3W/(m2-K),這樣,組合窗的傳熱系數(shù)K近似計(jì)算為:

從保守