某中學校舍抗震加固與節能改造一體化研究

張 文 軍

(山西四建集團有限公司第二分公司，山西 太原 030002)

某中學校舍抗震加固與節能改造一體化研究

張 文 軍

(山西四建集團有限公司第二分公司，山西 太原 030002)

對抗震加固和節能改造一體化概念的提出和發展進行簡單的闡述，并以大同市某所中學的一棟宿舍樓為工程實例，介紹了兩套改造方案的具體施工過程，并分析了抗震加固和節能改造一體化技術的優越性，為今后既有砌體建筑進行改造提供必要的技術支持。

既有砌體建筑，節能改造，抗震加固

0 引言

2008年，我國四川省發生汶川特大地震，這次地震是我國近10年來最嚴重的自然災害之一，各個地區遭受了不同程度的災害，其中造成學校校舍倒塌93.7 m2，占總倒塌房屋面積的2.21%[1]，由此引發對我國既有砌體建筑抗震加固的探討。我國20世紀80年代建造的中小學校舍的結構形式主要為砌體結構，其中大部分不符合現行抗震設防的規定，相關抗震規范對此做了相應的調整，對既有中小學的抗震加固優先進行。

日本、美國等發達國家對既有建筑的抗震加固十分重視，已建立了較為完善的標準法規[2]，國內開始研究地震工程始于20世紀初，代表人物為翁文灝。此外，我國既有的城鄉建筑中，99%為高能耗建筑，砌體建筑尤其嚴重，能源的緊缺推進了既有建筑節能改造的緊迫性和必要性[4]。針對新的歷史時期我國既有建筑面臨的抗震和節能雙重迫切要求，提出了抗震加固與節能改造一體化的概念。

“一體化”施工技術是將既有建筑的抗震加固與節能改造進行有機結合，是從設計、施工技術、質量驗收和管理等方面考慮提出的一個新概念。先抗震加固后節能改造會造成裝飾層的二次施工，先節能改造后抗震加固會使已進行過的保溫節能改造部分或全部破壞，造成重復施工。“一體化”施工技術可以有效地避免這些問題，從而最大程度地減少人力、物力的浪費，縮短工期，降低工程造價。

1 抗震加固與節能改造的理論研究

1.1 抗震加固理論

目前，國內外按照破壞程度對結構抗震性能劃分等級，美國Vision2000將結構損傷極限狀態分為四個等級：無損傷正常使用狀態、有損傷可修復狀態、保障生命安全狀態、倒塌控制狀態[5]，而墨西哥學者則對結構破壞則定義了三種極限狀態。我國抗震規范對既有建筑的抗震設防提出“小震不壞、中震可修、大震不倒”的目標。抗震加固最主要是要確定既有建筑的抗震設防類別和后續使用年限。

GB 50423—2009建筑抗震鑒定標準[6]規定對既有砌體建筑采用兩級抗震鑒定方法，第一級鑒定主要考慮房屋的高度和層數、結構體系的檢測項目、承重墻體的磚和砂漿的強度要求和房屋的抗震承載力等方面，以宏觀控制和構造鑒定為主進行綜合評價；在滿足結構抗震能力的要求下進行第二級鑒定，主要以抗震驗算為主。抗震鑒定完之后，則要依據鑒定結果對砌體結構房屋進行抗震加固，從整體和局部考慮，常用的抗震加固方案有三種：抗力加固方案、增強整體性方案和多道設防加固方案[7]。

1.2 節能改造理論

我國建筑節能始于北方寒冷和嚴寒地區，主要有三個階段性任務，第三階段從2005年開始，提出總體節能65%的目標[8]。2014年，山東省政府出臺的《關于進一步提升建筑質量的意見》提出從2015年開始全面執行居住建筑節能75%、公共建筑節能65%的設計標準，這說明我國建筑節能工作將進入一個嶄新的階段，推行建筑節能政策、落實建筑節能任務是一項長期而艱巨的工作。

對于采暖地區既有建筑的節能改造，有三個有效途徑：首先是可以改進采暖供熱系統，其次是改進建筑圍護結構的熱工性能，最后從可持續發展角度考慮引入可再生能源利用系統。而節能改造的關鍵點則是提高既有建筑圍護結構的保溫隔熱性能[9]。

2 抗震加固與節能改造一體化的工程應用

2.1 工程概況

本文所選工程實例為大同市某所中學的一棟宿舍樓，根據資料可知，該宿舍樓修建于1985年，南北朝向，四層砌體結構；鋼筋混凝土條形基礎，MU10燒結普通磚砌體材料，用M5混合砂漿砌筑；樓板和屋面為鋼筋混凝土預制板；總建筑面積為2 461.6 m2。設計資料和抗震規范下顯示，該工程設計地震分組在第一組，抗震設防類別為丙類結構，抗震設防烈度8度，場地類別Ⅱ類，設計基本地震加速度為0.15g，安全等級為二級。該工程標準層平面圖見圖1。

2.2 工程檢測和鑒定

該工程建于20世紀80年代，要求其后續使用年限不得少于30年，故采用GB 50423—2009建筑抗震鑒定標準中規定的A類建筑的抗震鑒定方法。首先用全站儀對該樓的基礎、墻體、局部構件等進行了觀測，檢測結果顯示該樓的基礎完好，土體未見潮濕；局部墻體開裂嚴重，多出現在門窗洞口角部，裂縫形式為水平及斜向裂縫；構造柱沒有伸進女兒墻體內部，局部已發生明顯外傾。然后用貫入法檢測了該校舍砌筑砂漿的強度為5.5 MPa，其實際強度等級可達到M5，用鉆芯法檢測了其鋼筋混凝土構件的實際強度，可按C20計算。最后測定了圍護結構的傳熱系數，屋頂傳熱系數3.685>0.6，外墻傳熱系數1.597>0.68，不滿足相關標準的規定。

依據現行相關標準和有關文獻的規定，對該工程既有校舍結構進行靜力安全性鑒定和抗震鑒定，鑒定結論為：該校舍既有結構靜力安全等級為Csu，抗震承載力不足，不滿足大同地區7度抗震烈度的抗震設防要求，應該對該工程進行抗震加固措施，提高抗震防災能力，避免嚴重震害造成的生命財產損失。

2.3 抗震加固和節能改造一體化設計方案

2.3.1 一體化改造設計方案

根據上述檢測和鑒定結果，對該既有校舍外墻及內墻陽角處的抗震加固采用鋼筋網水泥砂漿面層法進行雙面加固，抹灰厚度為20 mm，所用水泥砂漿的強度等級為M15；在樓梯間沒有構造柱的另外兩角增設鋼筋混凝土構造柱，構造柱截面尺寸為150 mm×500 mm，縱向鋼筋為8Φ10，箍筋為Φ6@200。對墻體和屋頂的節能改造選用新型無機保溫隔熱材料——膨脹珍珠巖保溫砂漿，采用保溫砂漿外保溫系統。

2.3.2 一體化改造施工方案

綜合檢測和鑒定結果，根據設計方案，給出兩套不同的施工方案：“抗震加固—節能改造一體化”方案和“抗震加固—增層—節能改造一體化”方案。

1)“抗震加固—節能改造一體化”方案。

a.施工前將女兒墻拆除，按相關規范和圖集重新砌筑，對墻體進行鋼筋網水泥砂漿面層加固，操作簡便，效果良好。做面層前將墻面原抹灰層清理干凈，保證加固面層與原墻體的可靠粘結，并把原砌筑砂漿剔除深至5 mm～10 mm，吹凈表面灰粉，噴素灰一道，然后對墻體上的裂縫進行灌漿處理。鋼筋網采用Φ6@300雙向、梅花形布置，并用結構膠穿透。砂漿面層采用噴射法施工，當墻體濕潤到一定程度時，用小型噴射機噴射20 mm砂漿面層，噴射時，噴頭與受噴面應垂直，當開始砂漿收水時，應立即進行抹平壓光。面層施工完成后對水泥砂漿進行定時灑水養護，避免出現干裂縫。加固方法見圖2。

b.既有校舍的樓梯間只有兩個角設有構造柱，對沒有構造柱的另外兩角增設鋼筋混凝土構造柱進行加固，見圖3。C20的混凝土強度等級，8根直徑為10 mm的二級鋼筋搭設成縱向鋼筋，箍筋選用Φ6@200，加密區間距為150 mm。構造柱從最底面開始設置，上下貫通，通長鋼筋穿墻或穿樓板時，孔洞直徑應比鋼筋直徑大10 mm～15 mm，孔內清理干凈后放入鋼筋，孔洞用水泥砂漿壓力填實。

c.節能改造采用膨脹珍珠巖保溫砂漿，其配比為：水泥∶膨脹珍珠巖=1∶8(體積比)，節能改造和抗震加固同時進行，在墻體外噴射完20 mm厚的M15水泥砂漿加固層后，利用噴涂發泡設備在墻體噴涂25 mm厚的膨脹珍珠巖保溫砂漿，用刮杠將砂漿搓揉壓平，并把多余的保溫砂漿刮掉；當保溫砂漿充分固化后，人工涂抹3 mm厚的抗裂砂漿，然后把耐堿網格布壓入；抗裂砂漿干硬后，刮兩邊柔性膩子，并選用合適的涂料涂刷外表面。屋面保溫改造時，膨脹珍珠巖保溫砂漿厚度為50 mm，待其干燥固化后，先涂刷一層冷底子油，然后鋪設SBS改性瀝青防水卷材3 mm厚，最后刷保護層。

2)“抗震加固—增層—節能改造一體化”方案。

本方案多了一項工作：增層處理，該工程的增層材料選用多孔粘土磚，規格與既有結構實心磚相同，多孔磚的容重小，能降低地震作用。施工前，先將原女兒墻拆除，采用植筋法將增層部分和原有部分進行可靠連接，砌筑砂漿采用M5的混合砂漿，在原建筑的頂面完成第五層的砌筑施工后，接著對墻體進行上述的抗震加固和節能改造一體化施工。

方案1實現了保障結構安全和校舍節能的雙重目的，方案2除了前兩點，還增加了校舍的使用面積。本工程應用抗震加固與節能改造一體化的思想進行既有建筑改造，不僅縮短了工期，而且從長遠考慮也降低了綜合成本。

3 抗震加固與節能改造一體化的優越性

1)設計和施工方面，既有建筑一體化改造將兩者的前期準備工作進行了有機的結合，同時銜接了抗震加固和節能改造的技術要點，避免二次作業，從而減少工作量和工作時間，同時前者可為后者提供工作平臺，后者又是前者的引申，二者相輔相成，降低了對居民的干擾程度。

2)經濟性方面，一體化改造使得節能改造和抗震加固合為一體，方便統一安排、綜合組織施工工序，避免分期改造所引起的工序增加和二次返工重復，節約了成本和大量的人力物力，遵循了我國可持續發展的戰略思想。

3)環保方面，一體化技術中節能改造所采用的保溫材料全部為無機材料，防火等級高，安全無害，具有顯著的環境效益。

4)最新的方案增加了增層處理這個環節，在原有建筑上增設1層～2層所增加的建筑面積可以按照市場價格出售，不僅可以緩解我國當前住房緊張的矛盾，而且又可以增加建筑使用面積，進而改善民生。

4 結語

1)當前我國中小學校舍的結構絕大部分為砌體結構，對其進行抗震加固主要是提高砌體結構墻體的延性和抗震能力，將抗震加固和節能改造合二為一可以避免二次重復施工，降低成本，縮短工期。

2)既有建筑節能改造與抗震加固及增層改造相結合，是解決改造工程中資金問題的一種新思路新方法，對既有建筑進行增層改造，這將取代拆除重建既有建筑物，大大減少了建筑垃圾的產生，對環境保護也具有十分重要的意義。

3)對既有建筑進行抗震加固和節能改造一體化能有效提高此類工程的改造效率，為國家節約大量的人力和物力，這在設計、施工和經濟等方面的優勢日益突出，將全面應用于我國既有建筑的抗震加固和節能改造中。

4)本工程實例的一體化改造取得了較好的效果，具有很好的工程實際意義，為今后多層砌體結構房屋的抗震加固提供工程參考。

[1] 徐有鄰.汶川地震震害調查及對建筑結構安全的反思[M].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[2] Fema547，NEHRP techniques for the seismic rehabilitation of existing buildings.Washington D.C.:National Institute of Standards and Technology[S].

[3] 王鴻禎.中國地質事業早期史[M].北京:北京大學出版社,1990：26-29.

[4] 李 珠,高 峰,賀志軍.淺析既有建筑節能改造與抗震加固及增層改造一體化[J].建筑節能,2011(12):71-73，80.

[5] Vision 2000 Committee.Performance-based engineering of building[C].Miranda E.Seismology Committee of the structure Engineer Association of California,Oakland:Wiley Inc,1995.

[6] GB 50423—2009，建筑抗震鑒定標準[S].

[7] 楊 斌.砌體結構抗震加固的若干問題研究[D].南京:東南大學,2009.

[8] 李百益.建筑圍護結構墻體保溫節能技術的研究[D].西安:西安科技大學,2009.

[9] 楊 博.既有砌體結構抗震加固與節能改造一體化的研究[D].太原:太原理工大學,2010.

Study on the integration technology of seismic reinforcement and energy saving reconstruction for a secondary school dormitory

Zhang Wenjun

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,SecondBranch,Taiyuan030002,China)

Describes the concept of combining seismic reinforcement and energy saving of existing buildings. A project example of a high school dormitory in Datong was given, and two rehabilitation programs of the specific construction has been described. The advantages of integration technology of seismic reinforcement and energy saving reconstruction have been analyzed, which will provide the necessary technical support for the future reconstruction of existing buildings.

existing buildings, energy saving reconstruction, seismic reinforcement

2014-09-16

張文軍(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0036-03

TU746.3

A