结合节能改造的办公楼抗震加固

Word版本，下载可自由编辑结合节能改造的办公楼抗震加固0前言

新中国成立伊始建立起来的一批建造物,特殊是当初建筑标准相对较高的一些机关事业单位办公楼,近年都面临一个难题:使用期已达到或临近结构设计使用年限,部分使用功能不满足要求,是拆除重建还是继续使用?基于无数因素,特殊是资金方面考虑,无数业主倾向于装点改造后继续使用。

按建造物的修理改造程序,需要对结构举行平安性鉴定和抗震鉴定,以打算是否能在装点改造后继续使用,特殊是无数抗震设防标准较低的砖混结构建造物,必需举行该项工作。另一方面,政府正在乐观推行建造节能,各级政府都有相应的节能工作目标,作为机关办公楼,在装点改造的同时,必需相应考虑建造节能的问题。如何将这两者有机结合起来,以最小的投入获得最大的收益?笔者结合全程参加的合肥市某机关办公楼的装点改造项目,谈谈对这类建造物兼顾结构加固和节能改造的处理思路和技术措施。

1工程概况

合肥某办公楼建于1956年,主体3层,局部4层,总高度15-2m,总面积约6600m2。实心粘土砖砌体结构,纵横墙混合承重,现浇钢筋混凝土楼盖,未设置构造柱和圈梁,图1为标准层建造平面图。1层、2层内外墙为370mm,3层、4层外墙为370mm、内墙为240mm。

2结构鉴定及加固[1]

2.1结构检测及鉴定

2.1.1材料强度检测

因为原始结构图纸遗失,对办公楼举行材料强度检测:采纳回弹法测梁的混凝土强度,推定值为13-4MPa;粘土砖强度检测,以取样抗压实验结果为肯定强度值,以回弹法检测结果作为相对值举行普查,确定承重砖墙强度等级约为MU7.5;采纳贯入法测得1层砌筑砂浆强度为4-1MPa,其余各层均为3-5MPa。

2.1.2楼板静载实验

取一间办公室作为实验房间,检验楼盖结构的承载能力,分级均布加载和卸载,最大均布荷载为4-29kN/m2(不包括楼盖自重)。在楼板跨中安装张线式位移计,最大弯矩截面底部沿两个方向分离安装弦变式应变计,通过放大镜读数显微镜观测开裂状况。实验荷载—挠度实测曲线及实验荷载—应变实测曲线如图2,3所示。

在囫囵实验过程中,直到最大加载,楼板挠度及裂缝宽度(约为0-06mm),均远小于规范的限值,结构处于弹性变外形态,未浮现任何破坏标志或迹象,证实楼盖满足承载能力极限状态的性能要求。

2.1.3墙体承载力验算

按照实测墙厚及材料强度检测结果,使用PKPM软件举行承重墙体的非抗震承载力验算。表1列出各层外墙加固前后的抗力与荷载效应之比的最大值和最小值。

2.1.4平安性鉴定[2]

由承载力、构造、挠度、裂缝4个方面评定结构构件等级:混凝土梁、柱、板为bu;1~4层外纵窗间墙为cu;1层内纵墙为cu;3层内纵墙为cu;2,4层内纵墙为au;1层横墙为cu;其他墙体为bu。

按照上部结构的反映,墙体未浮现沉降或不匀称沉降裂缝,表明地基沉降变形稳定,无不匀称沉降,评定地基基础为Au级;上部承重结构为Cu级,故结构单元平安性评级为Csu级。

2.1.5抗震鉴定[3]

办公楼所在地区的抗震设防烈度为7度。按结构体系、房屋整体性衔接、局部易损易倒部位的构造等举行第一级鉴定,其中,承重门窗间最小宽度为0-4m,小于规定值0-8m,不符合要求。需要举行其次级鉴定,该办公楼房屋为4层结构(部分层),房屋的质量和刚度沿高度分布显然不匀称,房屋平面布置不规章。按照现行《建造抗震鉴定标准》要求,按现行国家《建造抗震设计规范》的办法验算其抗震承载力,再按照构造举行综合评定。

2.1.6加固改造

参照鉴定结果举行加固设计,对受压抗力与荷载效应≤0-95的墙体、抗震验算不满足要求的墙体举行加固,增设圈梁、构造柱,对办公楼入口自立砖柱予以加固。该楼的质量和刚度沿高度分布不匀称,房屋平面布置不规章,从建造的整体抗震角度考虑,如仅对部分验算不满足要求的墙体举行加固,加固后的墙体抗震性能大大提升,原满足要求未加固的墙体在抗震时却成了薄弱处,确定对该楼墙体举行整体加固。

综合分析,对墙体采纳细石混凝土钢筋网计划举行加固。间距较大的内横墙及建造中的大拐角处墙体采纳双面细石混凝土钢筋网予以加固,其余采纳单面细石混凝土钢筋网。考虑到还要加保温砂浆层,细石混凝土层厚度不能太厚,计算取定为25mm,强度为C25,钢筋网为Φ6@200mm。

增设圈梁构造柱,为保留原建造风貌,间距较大纵横墙及较薄弱窗间墙处增设钢拉杆内圈梁,大拐角处增设内构造柱。构造柱与砖墙用封闭箍筋衔接,钢筋利用墙上钻出的孔洞穿过墙体,在室外紧贴剔除抹灰层的墙皮,伸入构造柱与其钢筋锚牢。加内构造柱作法及墙体加固构造(带保温层)如图4,5所示。

对办公楼南立面入口自立砖柱予以外包钢加固,保证地震时的逃命通道足够平安。拆除突出屋面的原烟囱。

3节能改造

对于既有建造节能改造,业内虽然十分热衷,但限于资金及体制等方面的缘由,各级政府所制定的建造节能目标,实现起来难度极大。其中,各种标准规程的迟迟不能出台,也对此项工作的实质性发展不利。本次改造的标准部分参考2023年实施的《公共建造节能设计标准》(以下简称标准)。节能改造应从围护结构和各种系统两个方面入手,办公楼的照明和空调系统按标准重新设计,此处不做研究。

在确定围护结构的改造范围时,存在一个经济核算的问题,对于屋面,因为现有防水层保持良好,且屋面已有通风层,从节省造价及不增强结构荷载的角度考虑,此次不举行改造。只对外墙、外窗举行改造。标准中对夏热冬冷地区的外墙要求Km≤1-0W/(m2-K),外窗K≤2-8W/(m2-K)(该楼的窗墙面积比约为0-42)。

3.1外墙

采纳在钢筋网细石混凝土的外面再加保温层和防护层,复合外墙的详细构造见图5。保温层采纳胶粉聚苯颗粒保温浆料[4],由硅酸盐类胶粉料和聚苯颗粒轻骨料按一定比例加水搅拌而成,其导热系数λ≤0-059W/(m-K);防护层由水泥抗裂砂浆与耐碱玻纤网格复合而成,在防护层表面涂上高分子弹性涂料,形成一层有憎水、透气的高弹性涂层,既使防护层有很好的防水功能,又能排出保温层的水分,防护层厚约3mm;饰面层采纳仿石材涂料。

外墙的热工计算按不利于保温的单面加固外墙计算,因防护层、涂料层很薄,计算中不考虑它们对保温的有利作用。外墙各计算构造层的厚度和导热系数取值见表2。

保温层的厚度δb计算由控制标准反推得到,将外墙近似作为匀质多层材料的平壁结构。外墙各材料层的热阻:

因为为外保温,且为后加钢拉杆内圈梁、内构造柱,可以忽视热桥影响,亦即外墙平均传热系数即为主墙体传热系数,K=Km≤1-0W/(m2-K),代入相关数据,即:

3.2外窗改造

因为早期办公楼采纳的单玻木窗太过破旧,办公楼1990年初已经更换为铝合金单玻窗。铝合金窗虽然美观性能好,但其保温隔热性能相对于木窗更差,该办公楼的窗墙面积比达到0-42,受窗户影响的空调能耗比重十分大。

近几年来,随着对建造节能问题的重视,相应的保温隔热性能好的窗户类型越来越多,对于新建造,价格达每平方米千元以上的中空玻璃窗、镀膜窗等是可以接受的,而使用在旧建造上却感到有点大材小用,改造投资太大。

经济技术比较后[5],鉴于办公楼的外墙都为370mm厚,可实行在保留旧一般铝合金窗的基础上,在其外侧增装一个塑钢窗。那么,本来铝合金窗的传热系数K1=6-2W/(m2-K),新的塑钢窗的传热系数K2=4-7W/(m2-K),两个窗户之间至少有10mm以上的静止空气层K3≤7-3W/(m2-K),这样,组合窗的传热系数K近似计算为:

从保守