既有建筑外墻巖棉板粘錨體系的抗風(fēng)壓設(shè)計研究★

方光秀 方志剛 金賢澤

(1.延邊大學(xué)工學(xué)院土木工程專業(yè)，吉林 延吉 133002；2.延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程技術(shù)系，吉林 延吉 133002)

0 引言

吉林省屬于嚴(yán)寒地區(qū)，既有建筑外墻外保溫層常出現(xiàn)開裂、空鼓、剝離脫落等質(zhì)量通病，其中風(fēng)荷載起至關(guān)重要的作用。通過國內(nèi)外嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻外保溫板粘錨計算與質(zhì)量通病防治措施的有關(guān)文獻(xiàn)研究，現(xiàn)階段對抗風(fēng)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(qū)，根據(jù)各種外墻基層材工況，分別設(shè)計巖棉板粘錨體系，為新建與既有建筑綠色節(jié)能整治與提升性能改造提供借鑒。

1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計算

多高層建筑外墻巖棉板保溫粘錨體系作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，按照規(guī)范規(guī)定[1]，圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按公式8.1.1-2計算：

Wk=βgzμslμzW0。

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

2 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)壓計算

2.1 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度驗算

以吉林省長春市、吉林市、延吉市城區(qū)為例，地表建筑高度在100 m以內(nèi)，地面粗糙度為C類，基本風(fēng)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(fēng)系數(shù)βgz=1.69，風(fēng)荷載局部體形系數(shù)μsl=-2.0，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=1.5，100 m高度處最大風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)壓設(shè)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(qū)100 m高處，500×1 000單塊巖棉板所受負(fù)風(fēng)壓力F=abW，依次為2.95 kN,2.17 kN,2.17 kN。

按照規(guī)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(shù)K=拉伸粘結(jié)力/(剪切力+負(fù)風(fēng)壓引起拉拔力)，長春市、吉林市、延吉市城區(qū)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(jī)械錨固強(qiáng)度驗算

根據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]、吉林省地方標(biāo)準(zhǔn)[4]要求，單個錨栓至少能提供不少于0.3 kN的抗拉強(qiáng)度。

2.2.120 m處保溫系統(tǒng)錨栓力學(xué)計算

1)風(fēng)荷載計算。

陣風(fēng)系數(shù)βgz=1.99；風(fēng)荷載局部體形系數(shù)μsl=-2.0，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=0.74，則長春市、吉林市、延吉市城區(qū)的最大風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值依次為-2.45 kN/m2,-1.80 kN/m2，-1.80 kN/m2。則最大風(fēng)壓設(shè)計值依次為-3.43 kN/m2，-2.52 kN/m2，-2.52 kN/m2。

2)保溫錨栓強(qiáng)度校核。

長春市、吉林市、延吉市城區(qū)單塊巖棉板所受負(fù)風(fēng)壓力F=abW，依次為1.72 kN，1.26 kN，1.26 kN。

現(xiàn)行國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]、相關(guān)文獻(xiàn)[6]和市場調(diào)查，單個錨栓在不同基材上承載力標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。

表1 圓盤錨栓單個承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kN

a.長春市城區(qū)。

混凝土基材，單塊保溫板所需錨栓數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)。

b.吉林市、延吉市城區(qū)。

混凝土基材，單塊保溫板所需錨栓數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)量：

n=1.25F/0.48=1.25×1.26/0.48=3.3個。

2.2.250 m處保溫系統(tǒng)錨栓力學(xué)計算

1)風(fēng)荷載計算。

陣風(fēng)系數(shù)βgz=1.81；風(fēng)荷載局部體形系數(shù)μsl=-2.0，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=1.1，則長春市、吉林市、延吉市城區(qū)的最大風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值依次為-3.31 kN/m2,-2.43 kN/m2,-2.43 kN/m2。則最大風(fēng)壓設(shè)計值依次為-4.63 kN/m2,-3.40 kN/m2,-3.40 kN/m2。

2)保溫錨栓強(qiáng)度校核。

長春市、吉林市、延吉市城區(qū)單塊巖棉板所受負(fù)風(fēng)壓力F=abW，依次為2.32 kN,1.70 kN，1.70 kN。

a.長春市城區(qū)。

當(dāng)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(shù)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(qū)。

當(dāng)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(shù)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(tǒng)錨栓力學(xué)計算

1)長春市城區(qū)。

當(dāng)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(shù)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(qū)。

當(dāng)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(shù)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(jié)果匯總

1)長春市建筑高度層數(shù)與錨栓數(shù)量如表2所示。

表2 建筑高度層數(shù)與錨栓數(shù)量(長春市)

2)吉林市、延吉市建筑高度、層數(shù)與錨栓數(shù)量如表3所示。

表3 建筑高度層數(shù)與錨栓數(shù)量(吉林市、延吉市)

3)錨栓固定件布置。

采用錨栓固定件布置設(shè)計如圖1所示。

3 結(jié)語

1)根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)，以吉林省長春市、吉林市、延吉市城區(qū)為例，通過建筑外墻巖棉板外保溫粘錨風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和抗風(fēng)壓計算，分別提出了5種工況下的建筑高度、層數(shù)與錨栓數(shù)量關(guān)系表以及4種錨栓固定件布置設(shè)計。

2)改進(jìn)型點框法施工的建筑外墻巖棉板保溫粘錨體系可適用于吉林省100 m及其以下新建和既有建筑的綠色節(jié)能診治與提升性能改造工程，安全可靠。