某中学校舍抗震加固与节能改造一体化研究

张 文 军

(山西四建集团有限公司第二分公司，山西 太原 030002)

某中学校舍抗震加固与节能改造一体化研究

张 文 军

(山西四建集团有限公司第二分公司，山西 太原 030002)

对抗震加固和节能改造一体化概念的提出和发展进行简单的阐述，并以大同市某所中学的一栋宿舍楼为工程实例，介绍了两套改造方案的具体施工过程，并分析了抗震加固和节能改造一体化技术的优越性，为今后既有砌体建筑进行改造提供必要的技术支持。

既有砌体建筑，节能改造，抗震加固

0 引言

2008年，我国四川省发生汶川特大地震，这次地震是我国近10年来最严重的自然灾害之一，各个地区遭受了不同程度的灾害，其中造成学校校舍倒塌93.7 m2，占总倒塌房屋面积的2.21%[1]，由此引发对我国既有砌体建筑抗震加固的探讨。我国20世纪80年代建造的中小学校舍的结构形式主要为砌体结构，其中大部分不符合现行抗震设防的规定，相关抗震规范对此做了相应的调整，对既有中小学的抗震加固优先进行。

日本、美国等发达国家对既有建筑的抗震加固十分重视，已建立了较为完善的标准法规[2]，国内开始研究地震工程始于20世纪初，代表人物为翁文灏。此外，我国既有的城乡建筑中，99%为高能耗建筑，砌体建筑尤其严重，能源的紧缺推进了既有建筑节能改造的紧迫性和必要性[4]。针对新的历史时期我国既有建筑面临的抗震和节能双重迫切要求，提出了抗震加固与节能改造一体化的概念。

“一体化”施工技术是将既有建筑的抗震加固与节能改造进行有机结合，是从设计、施工技术、质量验收和管理等方面考虑提出的一个新概念。先抗震加固后节能改造会造成装饰层的二次施工，先节能改造后抗震加固会使已进行过的保温节能改造部分或全部破坏，造成重复施工。“一体化”施工技术可以有效地避免这些问题，从而最大程度地减少人力、物力的浪费，缩短工期，降低工程造价。

1 抗震加固与节能改造的理论研究

1.1 抗震加固理论

目前，国内外按照破坏程度对结构抗震性能划分等级，美国Vision2000将结构损伤极限状态分为四个等级：无损伤正常使用状态、有损伤可修复状态、保障生命安全状态、倒塌控制状态[5]，而墨西哥学者则对结构破坏则定义了三种极限状态。我国抗震规范对既有建筑的抗震设防提出“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目标。抗震加固最主要是要确定既有建筑的抗震设防类别和后续使用年限。

GB 50423—2009建筑抗震鉴定标准[6]规定对既有砌体建筑采用两级抗震鉴定方法，第一级鉴定主要考虑房屋的高度和层数、结构体系的检测项目、承重墙体的砖和砂浆的强度要求和房屋的抗震承载力等方面，以宏观控制和构造鉴定为主进行综合评价；在满足结构抗震能力的要求下进行第二级鉴定，主要以抗震验算为主。抗震鉴定完之后，则要依据鉴定结果对砌体结构房屋进行抗震加固，从整体和局部考虑，常用的抗震加固方案有三种：抗力加固方案、增强整体性方案和多道设防加固方案[7]。

1.2 节能改造理论

我国建筑节能始于北方寒冷和严寒地区，主要有三个阶段性任务，第三阶段从2005年开始，提出总体节能65%的目标[8]。2014年，山东省政府出台的《关于进一步提升建筑质量的意见》提出从2015年开始全面执行居住建筑节能75%、公共建筑节能65%的设计标准，这说明我国建筑节能工作将进入一个崭新的阶段，推行建筑节能政策、落实建筑节能任务是一项长期而艰巨的工作。

对于采暖地区既有建筑的节能改造，有三个有效途径：首先是可以改进采暖供热系统，其次是改进建筑围护结构的热工性能，最后从可持续发展角度考虑引入可再生能源利用系统。而节能改造的关键点则是提高既有建筑围护结构的保温隔热性能[9]。

2 抗震加固与节能改造一体化的工程应用

2.1 工程概况

本文所选工程实例为大同市某所中学的一栋宿舍楼，根据资料可知，该宿舍楼修建于1985年，南北朝向，四层砌体结构；钢筋混凝土条形基础，MU10烧结普通砖砌体材料，用M5混合砂浆砌筑；楼板和屋面为钢筋混凝土预制板；总建筑面积为2 461.6 m2。设计资料和抗震规范下显示，该工程设计地震分组在第一组，抗震设防类别为丙类结构，抗震设防烈度8度，场地类别Ⅱ类，设计基本地震加速度为0.15g，安全等级为二级。该工程标准层平面图见图1。

2.2 工程检测和鉴定

该工程建于20世纪80年代，要求其后续使用年限不得少于30年，故采用GB 50423—2009建筑抗震鉴定标准中规定的A类建筑的抗震鉴定方法。首先用全站仪对该楼的基础、墙体、局部构件等进行了观测，检测结果显示该楼的基础完好，土体未见潮湿；局部墙体开裂严重，多出现在门窗洞口角部，裂缝形式为水平及斜向裂缝；构造柱没有伸进女儿墙体内部，局部已发生明显外倾。然后用贯入法检测了该校舍砌筑砂浆的强度为5.5 MPa，其实际强度等级可达到M5，用钻芯法检测了其钢筋混凝土构件的实际强度，可按C20计算。最后测定了围护结构的传热系数，屋顶传热系数3.685>0.6，外墙传热系数1.597>0.68，不满足相关标准的规定。

依据现行相关标准和有关文献的规定，对该工程既有校舍结构进行静力安全性鉴定和抗震鉴定，鉴定结论为：该校舍既有结构静力安全等级为Csu，抗震承载力不足，不满足大同地区7度抗震烈度的抗震设防要求，应该对该工程进行抗震加固措施，提高抗震防灾能力，避免严重震害造成的生命财产损失。

2.3 抗震加固和节能改造一体化设计方案

2.3.1 一体化改造设计方案

根据上述检测和鉴定结果，对该既有校舍外墙及内墙阳角处的抗震加固采用钢筋网水泥砂浆面层法进行双面加固，抹灰厚度为20 mm，所用水泥砂浆的强度等级为M15；在楼梯间没有构造柱的另外两角增设钢筋混凝土构造柱，构造柱截面尺寸为150 mm×500 mm，纵向钢筋为8Φ10，箍筋为Φ6@200。对墙体和屋顶的节能改造选用新型无机保温隔热材料——膨胀珍珠岩保温砂浆，采用保温砂浆外保温系统。

2.3.2 一体化改造施工方案

综合检测和鉴定结果，根据设计方案，给出两套不同的施工方案：“抗震加固—节能改造一体化”方案和“抗震加固—增层—节能改造一体化”方案。

1)“抗震加固—节能改造一体化”方案。

a.施工前将女儿墙拆除，按相关规范和图集重新砌筑，对墙体进行钢筋网水泥砂浆面层加固，操作简便，效果良好。做面层前将墙面原抹灰层清理干净，保证加固面层与原墙体的可靠粘结，并把原砌筑砂浆剔除深至5 mm～10 mm，吹净表面灰粉，喷素灰一道，然后对墙体上的裂缝进行灌浆处理。钢筋网采用Φ6@300双向、梅花形布置，并用结构胶穿透。砂浆面层采用喷射法施工，当墙体湿润到一定程度时，用小型喷射机喷射20 mm砂浆面层，喷射时，喷头与受喷面应垂直，当开始砂浆收水时，应立即进行抹平压光。面层施工完成后对水泥砂浆进行定时洒水养护，避免出现干裂缝。加固方法见图2。

b.既有校舍的楼梯间只有两个角设有构造柱，对没有构造柱的另外两角增设钢筋混凝土构造柱进行加固，见图3。C20的混凝土强度等级，8根直径为10 mm的二级钢筋搭设成纵向钢筋，箍筋选用Φ6@200，加密区间距为150 mm。构造柱从最底面开始设置，上下贯通，通长钢筋穿墙或穿楼板时，孔洞直径应比钢筋直径大10 mm～15 mm，孔内清理干净后放入钢筋，孔洞用水泥砂浆压力填实。

c.节能改造采用膨胀珍珠岩保温砂浆，其配比为：水泥∶膨胀珍珠岩=1∶8(体积比)，节能改造和抗震加固同时进行，在墙体外喷射完20 mm厚的M15水泥砂浆加固层后，利用喷涂发泡设备在墙体喷涂25 mm厚的膨胀珍珠岩保温砂浆，用刮杠将砂浆搓揉压平，并把多余的保温砂浆刮掉；当保温砂浆充分固化后，人工涂抹3 mm厚的抗裂砂浆，然后把耐碱网格布压入；抗裂砂浆干硬后，刮两边柔性腻子，并选用合适的涂料涂刷外表面。屋面保温改造时，膨胀珍珠岩保温砂浆厚度为50 mm，待其干燥固化后，先涂刷一层冷底子油，然后铺设SBS改性沥青防水卷材3 mm厚，最后刷保护层。

2)“抗震加固—增层—节能改造一体化”方案。

本方案多了一项工作：增层处理，该工程的增层材料选用多孔粘土砖，规格与既有结构实心砖相同，多孔砖的容重小，能降低地震作用。施工前，先将原女儿墙拆除，采用植筋法将增层部分和原有部分进行可靠连接，砌筑砂浆采用M5的混合砂浆，在原建筑的顶面完成第五层的砌筑施工后，接着对墙体进行上述的抗震加固和节能改造一体化施工。

方案1实现了保障结构安全和校舍节能的双重目的，方案2除了前两点，还增加了校舍的使用面积。本工程应用抗震加固与节能改造一体化的思想进行既有建筑改造，不仅缩短了工期，而且从长远考虑也降低了综合成本。

3 抗震加固与节能改造一体化的优越性

1)设计和施工方面，既有建筑一体化改造将两者的前期准备工作进行了有机的结合，同时衔接了抗震加固和节能改造的技术要点，避免二次作业，从而减少工作量和工作时间，同时前者可为后者提供工作平台，后者又是前者的引申，二者相辅相成，降低了对居民的干扰程度。

2)经济性方面，一体化改造使得节能改造和抗震加固合为一体，方便统一安排、综合组织施工工序，避免分期改造所引起的工序增加和二次返工重复，节约了成本和大量的人力物力，遵循了我国可持续发展的战略思想。

3)环保方面，一体化技术中节能改造所采用的保温材料全部为无机材料，防火等级高，安全无害，具有显著的环境效益。

4)最新的方案增加了增层处理这个环节，在原有建筑上增设1层～2层所增加的建筑面积可以按照市场价格出售，不仅可以缓解我国当前住房紧张的矛盾，而且又可以增加建筑使用面积，进而改善民生。

4 结语

1)当前我国中小学校舍的结构绝大部分为砌体结构，对其进行抗震加固主要是提高砌体结构墙体的延性和抗震能力，将抗震加固和节能改造合二为一可以避免二次重复施工，降低成本，缩短工期。

2)既有建筑节能改造与抗震加固及增层改造相结合，是解决改造工程中资金问题的一种新思路新方法，对既有建筑进行增层改造，这将取代拆除重建既有建筑物，大大减少了建筑垃圾的产生，对环境保护也具有十分重要的意义。

3)对既有建筑进行抗震加固和节能改造一体化能有效提高此类工程的改造效率，为国家节约大量的人力和物力，这在设计、施工和经济等方面的优势日益突出，将全面应用于我国既有建筑的抗震加固和节能改造中。

4)本工程实例的一体化改造取得了较好的效果，具有很好的工程实际意义，为今后多层砌体结构房屋的抗震加固提供工程参考。

[1] 徐有邻.汶川地震震害调查及对建筑结构安全的反思[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

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

[3] 王鸿祯.中国地质事业早期史[M].北京:北京大学出版社,1990：26-29.

[4] 李 珠,高 峰,贺志军.浅析既有建筑节能改造与抗震加固及增层改造一体化[J].建筑节能,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，建筑抗震鉴定标准[S].

[7] 杨 斌.砌体结构抗震加固的若干问题研究[D].南京:东南大学,2009.

[8] 李百益.建筑围护结构墙体保温节能技术的研究[D].西安:西安科技大学,2009.

[9] 杨 博.既有砌体结构抗震加固与节能改造一体化的研究[D].太原:太原理工大学,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

张文军(1979- )，男，工程师

1009-6825(2015)13-0036-03

TU746.3

A