1、河北科技師范學院科研技能訓練I成績： 學院：城市建設學院專業班級：土木工程2012級5班學號：0611120320學生姓名：王澤曉指導老師：曹志剛 2014年12月12日科技支撐計劃項目申請書項目名稱：淺談既有結構抗震加固與節能改造一體化承擔單位：河北科技師范學院項目負責人：起止年月：2015年1月至2016年12月填報日期：2014年12月河北科技師范學院城市建設學院制項 目 名 稱淺談既有結構抗震加固與節能改造一體化第一承擔單位概況單位名稱郵編066004地址河北秦皇島河北大街西段360號E-mail項目負責人電話項目內容摘要由于既有砌體結構抗震加固與節能改造一體化技術從檢測和設計階段開始

2、就將抗震加固技術與節能改造技術兩者有機地結合在一起，從而實現了結構抗震加固和節能改造兩項技術在施工和驗收階段的有效銜接，避免了分期改造所引起的工序增加、返工及重復施工的問題，有效地減少了施工工期，降低了工程造價，一體化改造后的工程不僅滿足砌體結構地震安全性要求，而且房屋實用性及舒適度均得到了明顯的提高。一體化技術的實施勢必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，從而為我國的防災減災及建筑節能事業做出貢獻。主要研究內容如下： (1) 給出了既有砌體結構一體化改造技術的概念，并將該項技術應用于秦皇島小區住宅樓的一體化改造工程中。通過該實際工程的實施和對改造后建筑節能效果的實測，驗證

3、了一體化技術的可行性及有效性。 (2) 借助ANSYS大型有限元分析軟件，依據住宅樓實際受力情況，分別建立了采用傳統抗震加固法及采用一體化改造技術后既有砌體結構的分析模型，并對其抗震性能進行了對比分析。 (3) 運用DeST-h熱工分析軟件，對一體化改造前后砌體結構圍護結構的能耗情況進行了模擬分析，計算出整棟模型每個房間、每個系統和整個建筑一年(8760個小時)中每個小時的自然室溫、逐時冷熱負荷以及采暖季、空 調季和全年的單位面積冷熱負荷，量化了既有砌體結構一體化改造前后的耗能狀況以及節能效果。 關鍵詞砌體結構，抗震加固，節能改造，抗震加固與節能改造一體化，玻化微珠保溫砂漿技術領域抗震與節能優

4、化技術科技活動類型應用研究應用行業建筑安全與優化服務所屬學科建筑安全、節能及優化其他學科一、項目的立項背景和意義隨著我國社會經濟的發展以及相關政策法規的出臺，防災減災與建筑節能已經逐漸成為建筑物必須同時承載的雙重歷史使命。然而，在我國近420億m2既有建筑中，99%為高耗能建筑，單位建筑面積采暖能耗為氣候相近的發達國家新建建筑35倍；同時，這些既有建筑中存在大量由于設計、施工或歷史等原因而造成結構不滿足抗震需求的現象。也就是說，在我國存在大量既有建筑既不滿足抗震安全性要求，同時也不滿足建筑節能要求。雖然我國已分別出臺了關于建筑結構抗震加固和節能改造的相關規定，但如何在同一項工程中將兩者從檢測、

5、設計、施工和驗收的全過程中有機結合，避免重復作業，節約成本，已成為土木工程領域急需解決的問題之一。 基于此，本文提出了既有建筑抗震加固與節能改造一體化技術的概念。采用工程實踐、有限元分析及熱工分析等手段，對在數量上占既有建筑80%以上的砌體結構抗震加固與節能改造一體化的可行性和有效性進行了研究。本文的研究意義 本文擬結合工程實例，通過一系列試驗、理論分析研究，研發適用于我國砌體結構抗震加固與節能改造一體化技術，提高既有砌體結構的地震安全性適用性及舒適度，為我國的防災減災及建筑節能事業做出貢獻。由于山西省度以上縣級城鎮占80%，是全國重點地震監測區，且山西省大多城市處于寒地區，部分城市處于嚴寒地

6、區，該課題的研究開發，有助于在山西省及我國類似地區推廣使用經濟適用的加固改造技術，促進抗震防災與建筑節能工作進展。一體化技術的研究充分考慮了新型技術在施工上的技術可行性及經濟合理性，課題的研究成果直接面向施工技術規程及在其指導下的工程應用，具有顯著的理論意義和實用價值，而且具有較好的前期工作基礎。 二、 國內外現狀及發展趨勢 我國砌體結構的發展狀況 砌體結構是指用磚、石或砌塊為材料，用砂漿砌筑的結構。砌體結構按照所采用塊料的不同，可分為磚砌體、石砌體和砌塊砌體三大類。 我國是砌體大國，砌體結構在我國有著悠久的歷史，是最古老的一種建筑結構。我國的砌體結構有著輝煌的歷史紀錄，許多古人留下的名勝古跡

7、都是砌體結構，有舉世聞名的萬里長城，它是兩千多年前用“秦磚漢瓦”建造的世界上最偉大的砌體工程之一；有在春秋戰國時期就已興修的水利工程，如今仍然起灌溉作用的秦代李冰父子修建的都江堰水利工程；有在1400年前由料石修建且現存的河北趙縣安濟橋，凈跨37.37米，全長50.82米，寬約9米，拱高7.2米，是世界上最早的敞肩式拱橋，該橋已被美國土木工程學會選為世界第12個土木工程里程碑。所有這些都是值得我們自豪和繼承的。既有砌體結構抗震加固現狀 相對于混凝土結構，砌體結構的加固多采用傳統方法，新材料、新技術的應用較少，理論研究不深。 砌體結構加固分為直接加固與間接加固兩類。設計時，可根據實際條件和使用要

8、求選擇適宜的方法。 (1) 地基基礎的抗震加固 既有砌體結構的抗震加固首先是地基基礎的加固，根據地基的豎向承載力、水平承載力及不利地基因素，分別采取加強上部結構剛度、加固處理地基、加大基礎底面積等措施。 (2) 砌體房屋上部結構的抗震加固 砌體房屋上部結構的抗震加固技術和方法，根據加固原因和目的確定。 對于砌體墻抗震承載力不足或開裂受損的房屋，可采取面層或板墻加固、拆除重砌、增設砌體或鋼筋混凝土抗震墻、裂縫灌漿加固等技術。 對于整體性差的砌體房屋，可采用外加構造柱、圈梁、鋼拉桿或錨桿等加強縱橫墻及其與樓屋蓋的連結采用增設托梁、預制樓屋蓋增設疊合層等加強樓屋蓋的整體性及其支承連接。 對于局部薄弱

9、部位，如無拉結筋的填充墻、支承主梁的墻體、出屋面的小房間和“女兒墻”、懸挑構件、平面不規則處等，采取有關拉結、增強承載力、拆除或平面切割等措施。上述傳統加固方法主要是從抗震承載力方面著手，通過增大材料強度、加大截面、增設新構件等方法，提高結構構件的抗震承載力或整體性，達到抗震加固目的。隨著我國減震技術的發展，在房屋抗震加固改造中，還可從地震作用效應方面，通過利用減震技術，減小現有房屋結構的地震作用，達到抗震防災的目的。目前技術經濟性好、可用于普通房屋建筑的減震技術包括：基礎隔震技術、消能減震技術以及調諧減震技術等被動減震方法。二、 國內外現狀及發展趨勢 既有砌體結構節能改造現狀 目前，既有砌體

10、結構進行節能改造面臨諸多實際困難。 (1) 法律法規的缺失。目前，國家和地方的法律法規對既有砌體結構節能改造均無明確的強制性要求，對既有建筑節能改造工作量、節能量的核定方法尚未明確，各地都在工作摸索中，沒有成熟的經驗可供借鑒，造成工作無法可依。 (2) 資金缺口較大。同時，近年煤炭價格連年上漲，供熱企業虧損嚴重，與熱計量相配套的熱源、熱望技術改造資金嚴重缺乏。 國外建筑節能改造的發展狀況 在發達國家建筑節能大致經歷了三個階段：第一階段，稱為在建筑中節約能源(energy saving in buildings)，我國稱為建筑節能；第二階段，稱為建筑中保持能源(energy conservati

11、on in buildings)，意為在建筑中減少能源損失；第三階段，近年來，普遍稱為在建筑中提高能源利用效率(energy eficiency in buildings)，意為積極意義上的提高能源利用效率，而不再是消極意義上的節省。 例如：法國從1974年起分三步走用法律形式正式規定采暖居住建筑的節能指標，要求1974年節能25%，1982年和1989年分別達到節能45%、60%。1990年法國的建筑能耗己從1984年占社會總能耗的42%45%降低到28%。在法國政府的主持下已完成了40座中等城市的舊房節能改造，雖然自1974年以來法國住宅面積增加了約14%，但建筑能耗幾乎沒有增長，法國的建

12、筑節能成就巨大 砌體結構的發展趨勢 (1) 發展和推廣應用砌體結構新材料。為適應節能、節地、利廢和環保的要求，限制粘土磚的應用而大力發展新型砌體材料，充分利用工業廢料和地方性材料，發展節能砌體結構。 (2) 采用新技術、新結構體系。配筋砌體、組合砌體和預應力砌體是砌體結構的發展方向。向砌塊孔洞內灌混凝土，使其成為鋼筋混凝土與砌塊的組合砌體，可用于多高層房屋，可減輕自重，提高砌體的強度和抗震性能。 (3) 采用新的設計方法。更加深入地研究砌體結構的本構關系、破壞機理和受力性能，研究砌體結構整體工作性能，多高層計算理論和方法，通過物理和數學模式，建立精確而完整的砌體結構理論，使砌體結構的計算方法和

13、設計理論更趨于完善。 總而言之，砌體結構在我國出現較早，應用范圍大，但其發展卻比較緩慢。根據我國的國情，今后很長一段時間內，砌體結構仍是主要的建筑結構形式之一。三、 項目主要實施內容、技術路線、技術關鍵及創新點本項目實施內容：在分析了國內既有砌體結構抗震加固和節能改造情況的基礎上，并結合太原紡織苑小區住宅樓一體化改造的工程實例，對一體化改造技術進行了初步的研究。 (1) 給出了既有砌體結構一體化改造技術的概念，并通過工程實踐驗證了該項技術的可行性。 (2) 應用ANSYS大型有限元分析軟件，依據住宅樓實際受力情況，分別建立了采用傳統抗震加固技術與采用一體化改造技術后砌體結構的力學模型，并對其進

14、行抗震性能對比分析。 (3) 用溫度計對原砌體結構一體化改造前后房間的室內溫度進行實時測量，為一體化改造前后既有砌體結構的耗能分析提供依據。 (4) 運用DeST-h熱工分析軟件，對一體化改造前后砌體結構圍護結構的能耗情況進行了模擬分析和對比，量化了既有砌體結構一體化改造前后的耗能狀況以及節能效果。 從以上分析，得到了一些重要結論，為既有砌體結構一體化改造技術的推廣應用提供了理論方面的支持。本項目技術路線：1. 基于現有的抗震加固技術提出了M15水泥砂漿加固面層配合玻化微珠保溫砂漿的一體化技術2. 采用傳統抗震加固法與采用一體化改造技術后的砌體結構在豎向荷載作用下的受力性能進行模擬分析3. 采

15、用傳統抗震加固法與采用一體化改造技術后的砌體結構進行模態分析和譜分析4. 應用DeST-h熱工分析軟件計算出一體化改造前后兩種模型全年的能耗情況技術關鍵：1. 抗震加固及節能改造所采用材料全部為無機材料2. 應用ANSYS大型有限元分析軟件3. 靜力分析4. 模態分析三、項目主要實施內容、技術路線、技術關鍵及創新點創新點：(1) 本文對秦皇島小區既有砌體結構住宅樓進行受力分析時，樓面裝修和活載按附加質量輸入，沒有考慮材料強度的降低以及本構關系的變化，忽略了保溫砂漿的強度對結構受力的貢獻，導致計算結果與實際情況有一定差距。因此，應進一步加強材料的研究，及其對構件對結構抗震性能的影響，以便全面了解

16、既有砌體結構的受力性能及特性。 (2) 本文的既有砌體結構的有限元分析因時間有限，自由度較多，只進行了線性分析，希望以后可以進行非線性分析，做更深入的研究。 (3) 本文中對既有砌體結構一體化改造技術進行了初步研究，其后續工作應在經濟性、耐久性、設計方法、施工管理以及理論研究等方面做更深入的研究。 既有砌體結構一體化改造技術的研究、推廣是一個繁瑣、漫長的過程。本文僅對其進行了靜力分析、抗震性能分析、耗能分析，還有很多工作需要我們去完善，以便該項技術可以盡快得到很好的推廣與應用。 本文既有砌體結構一體化改造所采用的是新型無機保溫材料玻化微珠保溫砂漿，該材料理化性能穩定、無毒無害、無輻射，是綠色、環保的高效益生態建筑材料。在一體化改造中具有與抗震加固施工相