既有建筑外墻巖棉板粘錨體系的抗風壓設計研究★

2020-04-24 08:41:30方光秀方志剛金賢澤

山西建筑 2020年8期

方光秀方志剛金賢澤

(1.延邊大學工學院土木工程專業，吉林延吉 133002；2.延邊職業技術學院建筑工程技術系，吉林延吉 133002)

0 引言

吉林省屬于嚴寒地區，既有建筑外墻外保溫層常出現開裂、空鼓、剝離脫落等質量通病，其中風荷載起至關重要的作用。通過國內外嚴寒地區建筑外墻外保溫板粘錨計算與質量通病防治措施的有關文獻研究，現階段對抗風壓性能方面研究甚少，為此本文針對吉林省長春市、吉林市、延吉市城區，根據各種外墻基層材工況，分別設計巖棉板粘錨體系，為新建與既有建筑綠色節能整治與提升性能改造提供借鑒。

1 建筑圍護結構風荷載標準值的計算

多高層建筑外墻巖棉板保溫粘錨體系作為圍護結構，按照規范規定[1]，圍護結構風荷載標準值應按公式8.1.1-2計算：

Wk=βgzμslμzW0。

其中,W0為基本風壓，kN/m2，查規范[1]附錄E；μz為風壓高度變化系數，查規范[1]表8.2.1；βgz為高度z處陣風系數，查規范[1]表8.6.1；μsl為風荷載局部體形系數；查規范[1]第8.3.3-2條。

2 建筑圍護結構的抗風壓計算

2.1 拉伸粘結強度驗算

以吉林省長春市、吉林市、延吉市城區為例，地表建筑高度在100 m以內，地面粗糙度為C類，基本風壓依次為W0=0.75×1.1=0.83 kN/m2，0.55×1.1=0.61 kN/m2，0.55×1.1=0.61 kN/m2，100 m高度處的陣風系數βgz=1.69，風荷載局部體形系數μsl=-2.0，風壓高度變化系數μz=1.5，100 m高度處最大風壓標準值依次為：

Wk=βgzμslμzW0=1.69×

-2.0×1.5×0.83=-4.21 kN/m2。

Wk=βgzμslμzW0=1.69×

-2.0×1.5×0.61=-3.09 kN/m2。

Wk=βgzμslμzW0=1.69×

-2.0×1.5×0.61=-3.09 kN/m2。

則100 m高處最大風壓設計值依次為：

W=-1.4WK=-1.4×4.21=-5.89 kN/m2；

W=-1.4WK=-1.4×3.09=-4.33 kN/m2；

W=-1.4WK=-1.4×3.09=-4.33 kN/m2。

吉林省長春市、吉林市、延吉市城區100 m高處，500×1 000單塊巖棉板所受負風壓力F=abW，依次為2.95 kN,2.17 kN,2.17 kN。

按照規范[1,2]，外保溫粘貼面層重量及可變荷載引起的剪切力為3.0 kN/m2；單張板所受剪切力為3.0×0.5×1.0=1.5 kN。

安全系數K=拉伸粘結力/(剪切力+負風壓引起拉拔力)，長春市、吉林市、延吉市城區K依次為：

K=30.0/(1.5+2.95)=6.7;

K=30.0/(1.5+2.17)=8.2;

K=30.0/(1.5+2.17)=8.2。

2.2 機械錨固強度驗算

根據國家行業標準[3]、吉林省地方標準[4]要求，單個錨栓至少能提供不少于0.3 kN的抗拉強度。

2.2.120 m處保溫系統錨栓力學計算

1)風荷載計算。

陣風系數βgz=1.99；風荷載局部體形系數μsl=-2.0，風壓高度變化系數μz=0.74，則長春市、吉林市、延吉市城區的最大風壓標準值依次為-2.45 kN/m2,-1.80 kN/m2，-1.80 kN/m2。則最大風壓設計值依次為-3.43 kN/m2，-2.52 kN/m2，-2.52 kN/m2。

2)保溫錨栓強度校核。

長春市、吉林市、延吉市城區單塊巖棉板所受負風壓力F=abW，依次為1.72 kN，1.26 kN，1.26 kN。

現行國家行業標準[5]、相關文獻[6]和市場調查，單個錨栓在不同基材上承載力標準值如表1所示。

表1 圓盤錨栓單個承載力標準值 kN

a.長春市城區。

混凝土基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.80=1.25×1.72/0.8=2.7個。

實心砌體基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.59=1.25×1.72/0.59=3.6個。

多孔磚砌體基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.52=1.25×1.72/0.52=4.1個。

空心砌塊基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.50=1.25×1.72/0.50=4.2個。

加氣混凝土砌塊基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.48=1.25×1.72/0.48=4.5個。

注：1.25為錨栓受荷不均勻系數。

b.吉林市、延吉市城區。

混凝土基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.80=1.25×1.26/0.8=2.0個。

實心砌體基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.59=1.25×1.26/0.59=2.7個。

多孔磚砌體基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.52=1.25×1.26/0.52=3.0個。

空心砌塊基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.50=1.25×1.26/0.50=3.2個。

加氣混凝土砌塊基材，單塊保溫板所需錨栓數量：

n=1.25F/0.48=1.25×1.26/0.48=3.3個。

2.2.250 m處保溫系統錨栓力學計算

1)風荷載計算。

陣風系數βgz=1.81；風荷載局部體形系數μsl=-2.0，風壓高度變化系數μz=1.1，則長春市、吉林市、延吉市城區的最大風壓標準值依次為-3.31 kN/m2,-2.43 kN/m2,-2.43 kN/m2。則最大風壓設計值依次為-4.63 kN/m2,-3.40 kN/m2,-3.40 kN/m2。

2)保溫錨栓強度校核。

長春市、吉林市、延吉市城區單塊巖棉板所受負風壓力F=abW，依次為2.32 kN,1.70 kN，1.70 kN。

a.長春市城區。

當基材為混凝土、實心砌體、多孔磚砌體、空心砌塊、加氣混凝土砌塊時，單塊保溫板所需錨栓數量分別為3.6個，4.9個，5.6個，5.8個，6.0個。

b.吉林市、延吉市城區。

當基材為混凝土、實心砌體、多孔磚砌體、空心砌塊、加氣混凝土砌塊時，單塊保溫板所需錨栓數量分別為2.7個，3.6個，4.1個，4.3個，4.4個。

2.2.3100 m處保溫系統錨栓力學計算

1)長春市城區。

當基材為混凝土、實心砌體、多孔磚砌體、空心砌塊、加氣混凝土砌塊時，單塊保溫板所需錨栓數量分別為4.6個，6.3個，6.5個，6.7個，7.0個。

2)吉林市、延吉市城區。

當基材為混凝土、實心砌體、多孔磚砌體、空心砌塊、加氣混凝土砌塊時，單塊保溫板所需錨栓數量分別為3.4個，4.6個，5.2個，5.4個，5.7個。

2.2.4驗算結果匯總