现有建筑的抗震加固和节能改造一体化研究：以玻化微珠保温砂浆系统为例

曹 亮，金蕾蕾，石璐璐，闫爱云

(浙江水利水电专科学校，浙江杭州 310018)

结构的抗震加固和节能改造在我国已有较大的发展.建筑的结构发展离不开建筑材料的革命更新.主要应用于墙体保温层的岩棉或者保温砂浆，主要应用于新型墙体的砂加气砌块或页岩空心砖，主要应用于屋面保温层与地暖保温层的泡沫混凝土等新型材料的出现，使得混凝土结构的抗震加固和节能改造的同步进行变得越来越体现出其工程应用价值.

抗震加固和节能一体化设计时目前一般很少做反应计算和现场测试.很多都是凭经验进行.这种做法能在一定程度上弥补现有结构的不足.但是并不精确.本文在调研时对建筑物做了结构监测和场地测试，考虑其对建筑物的实际影响因素，为业界提供一种解决实际问题方法.

1 调研分析

通过调研浙江郊区大量的建筑物，很多建筑物在设计施工技术方面都存在不合理之处，有抗震加固的需要.目前大量现有建筑都是采用框架或剪力墙结构，在抗震加固后，大量的墙体同时需要外装饰层的重新施工.

本次研究对象以杭州郊区90年代至今的混凝土结构建筑为对象.这些建筑多在2 000以后出现，所以这时候由于《建筑物抗震规范》(GB50011－2001)等一系列的规范出来，对于施工和设计的要求都比较严格，所以这个时候的建筑结构一般整体性的问题比较少，体现在由于倒塌引起的裂缝很少，大多数裂缝都由于房屋细部没有处理好而造成的.以杭州郊区临安龙岗镇的某中学办公楼和实验楼为例，说明检查过程.列出本次调查的主要平面图见图1.

本工程属于重点设防类乙类建筑，抗震设防烈度为6度.实验楼的抗震等级为2类.由于缺乏资料，该场地的类别还需现场检验.

该中学在1998年建造，实验楼为混凝土现浇结构.目前裂缝开展已经到了随时危害结构安全的程度，需要采用措施进行处理.

2 混凝土结构的检测

结构的外观检测除包括裂缝外，还要进行结构变形的检测，包括构件挠度，结构的倾斜，构件的侧移，地基的不均匀沉降等，需要进行检测.对构件挠度，主要采用拉铁丝或者采用经纬仪的观测;基础沉降可根据建筑物四周设置的水准点为参考，用水准仪和经纬仪测量水平和垂直方向的位移;测量结构的倾斜，首先在建筑物设置上中下三点作为观察点，然后在建筑的周围放置水准仪，以下基准点为基准，测量其他点的位移，以上基准点为基准，用经纬仪测量垂直角角度，根据已测的位移和角度可以推测出构件或建筑物的倾斜量.

而混凝土强度的测试，目前常采用的方法有:回弹、钻芯、超声法、超声－回弹法、针贯入法、后装拔出法、前三种方法目前比较常用.但是各自有缺陷.

针贯入法和后装拔出法很少采用.经过比较，我们采用采用回弹法来测定混凝土强度.该检测针对实验楼.

通过回弹、超声检测、随机振动等方式，检测混凝土强度、裂缝尺寸等结果.

由于本次测量的数据非常多，采用随机抽取样本的方法对于里面的40组数据进行了统计，列表见表1.

表1 混凝土强度、尺寸、保护层厚度检测结果

3 场地地震波测试

为了进行抗震计算，需要对场地进行动力检测.我们采用剪切波速仪器测量场地人工波.目前人工波测试都是根据共振原理来测定场地的波谱频率来判别场地特性.人工波测试由于有偶然性，所以需要对其进行修正.一般测量时能够根据人工波谱直接测量得出其频率值.在得到场地人工波谱的记录后，我们按照现在人工波的频谱特性找到强震记录与该频率最接近的记录.经过频谱值测试，我们测得场地的类别为三类场地.经过反应频谱那么根据其选择出数据中实现用傅里叶变化得到的强震记录进行模拟反应计算，得到其反应的波谱效率值.[1］

图2 大楼现场所测人工波谱

4 加固和节能一体化方案设计

根据实测的人工波和选择的强震记录用TAT软件进行计算，结果显示该结构的自震周期、层间位移均、底层柱轴压比均达不到设计要求，因此证明地震反应是形成结构破坏的一个重要因素.结构监测中该实验楼的梁出现的贯穿裂缝和柱体、墙体出现的斜裂缝，均与地震有关.此外还有些隔墙表面原有水泥砂浆抹灰层强度过高，柔韧性不够，而产生裂缝.

通过比较各种裂缝修补方法的特点，该实验楼的裂缝可用环氧树脂作为灌注材料修补，一方面这种方法施工方便，另一方面考虑到结构由于自身性质的改变造成了部分地方荷载不足，造成受力裂缝，考虑其可能在一些结构功能使用上的改变会扩展裂缝，所以就采用最保险的灌浆的方法施工.另外，由于结构本身承载力不足，需要对梁柱进行加固.加固的方法主要采用增大截面法.见图3.对楼板由于过去采用预制楼板，对其拆除改为现浇楼板，并增加楼板的厚度.

对屋面清理后有别于通常的施工方法，在楼板清理后增加玻化微珠保温砂浆保护层或者泡沫混凝土.它能很好的与现浇板结合在一起，并且本身除达到节能要求外，还起到了保护层以及A级防火作用，实现了抗震加固与保温节能的有机一体化.有关砂浆性能是课题组通过玻化微珠保温砂浆实验的基础上，找到最佳配比的保温砂浆，然后现场伴制.玻化微珠保温砂浆性能稳定，现场伴制方便，与耐碱性玻璃纤维网布形成避免产生裂缝的抗裂砂浆.[2－3］

而对墙体施工，需要增加采用钢筋网水泥面层加固，见图4.该钢丝网设在第一遍抗裂砂浆和第二遍抗裂砂浆之间，并用固定锚栓进行锚固.增加墙体的水平抗测力性能.同时在加固的表面增加保温砂浆层，见图5，形成墙体玻化微珠保温砂浆系统.其由内到外为:基层墙体，界面砂浆一道，30 mm厚玻化微珠保温砂浆，刷5 mm厚聚合物抗裂砂浆一遍，加镀锌钢丝网(采用锚栓与基层锚固)，再刷5 mm厚聚合物抗裂砂浆.

而对于隔墙和已经加固的梁柱，可以采用刚才的墙体玻化微珠砂浆保温系统，不会增加原有截面的面积.[4－5］

这是现有的一些工程中常采用的保温系统.保温砂浆可以采用在实验中事先配合好的保温砂浆.该保温层采用的是墙体外保温设计.主要针对的是结构的外墙和承重墙体.梁柱的加固采用外包混凝土加固，采用混凝土等级提高一级的方法.在其表面也加上玻化微珠保温砂浆.它是我们通过正交化实验对比分析而得到的实验结果.玻化微珠保温砂浆的性能在导热系数、抗折强度、干密度、和易性方面都要好于聚苯颗粒保温砂浆.[6－8］

图5 墙体玻化微珠保温砂浆系统

5 结语

综上所述，在具体工程中如何选择合理的措施进行加固和采用什么材料进行保温非常重要.在确定具体方案上必须考虑场地，结构位移，柱轴压比等因素对结构的影响.最关键的是选择合理的地震波进行反应计算.另外需要结合规范要求对结构进行分析.同构保温砂浆综合实验对比分析，我们采用改进的玻化微珠砂浆进行结构节能保温材料.在抗震节能一体化施工中，如何对节能加固一体化设计业非常重要.本次研究在实验和测试的基础上对建筑抗震节能一体化进行了简单归纳和总结，对今后抗震加固的设计和施工具有一定的指导意义.

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