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        讓老建筑更好地“活”在當下

        2024-04-10

        建筑是歷史的見證

        記錄著時代變遷

        訴說著往昔故事

         

        北京建工建研院劉航博士領銜的團隊

        16年如一日

        深耕抗震加固領域

        以科技攻關補短板

        用自主創新強實力

        全國首次提出

        預應力低干預加固技術

        讓危房重獲新生

        讓百姓喜樂安居

        讓城市更具韌性

         

        眼下

        這支團隊聚焦韌性城市建設

        加速培育和發展新質生產力

        致力于服務建筑建造、運維、消納的

        全壽命周期

        讓老建筑更好地“活”在當下

         

        借助它山之石  突破技術困境

         

        據官方數據顯示,我國城鎮既有建筑總量已超過500億平方米,其中磚砌體建筑所占比例很大。在近年來的歷次地震中,大量磚混、磚木結構房屋倒塌,損失嚴重。因此,對現存大量不滿足抗震設防要求的磚混結構房屋進行加固改造,提高其抗震安全性,是符合減量發展和高質量發展要求的重要舉措。

         

        磚混建筑抗震性能差的根源在于,其主要承重墻體是由磚塊砂漿砌筑而成,雖然有一定的豎向承重能力,但是整體性較差,抵抗側向作用的能力不高,在地震作用下容易碎裂坍塌。要想從根本上提高磚墻的抗震能力,就要從提高其整體性和抗剪承載力兩方面想辦法。

         

        給墻體加約束打箍可以提高其整體性,但一般無法同時提高抗剪承載力。傳統加固方法中,圈梁構造柱法就是在給墻體打箍。那么,能否一舉兩得,在提高磚墻整體性的同時提高其抗剪承載力?

         

         

        憑著科研人員特有的敏感和大膽假設,劉航頭腦中閃現出在美國參加學術會議時接觸到的預制裝配式技術,外國人將預應力筋串到預制構件中以提高其抗震性能。雖然磚混結構與預制混凝土結構有著天壤之別,但結構受力的原理相同,能否借鑒這一思路,通過布置鋼絞線的方法,給磚混墻體加上“緊箍”,把磚塊像“串糖葫蘆”一樣固定起來,從而提升抗震性能呢?

         

        為此,劉航查閱了大量文獻記錄,國內尚無此先例,但國際上新西蘭等國家對此有少量應用,多用于加固巴洛克式教堂等古老建筑。通過與奧克蘭大學教授的深入溝通,劉航了解到應用了此種加固方法后的建筑在日后的地震中表現很好,因此堅定信心,要在中國“砌體建筑后張預應力抗震加固”領域中邁出第一步。

         

        完成國內首創  形成成套技術

         

        在多項國家和北京市科技計劃的支持下,劉航帶領團隊針對既有磚砌體建筑的低干預加固關鍵技術開展攻關,并在國內首次提出了預應力加固磚混墻體的新辦法。磚混墻體被加上預應力這個“緊箍”后,不僅整體性提高了,磚塊也被一皮皮地壓緊,抗剪承載力大大提高。為檢測加固效果,建研院在中國地震局實驗室進行了一次大型擬動力實驗。

         

         

        工作人員按照1:1的比例建造了一棟兩層高、200平方米的房屋模型,采用新型預應力加固法進行加固,并接受作動器模擬地震的考驗——這是國際上首次進行如此大型的試驗。隨著模擬地震波的持續輸入,8度小震、8度中震、8度大震……房屋絲毫無損,實驗人員又進行了國際最高等級9度大震試驗,房屋仍只有微小變形。試驗結果充分證明了該加固技術的有效性:加固前設防烈度不足8度的房屋,在加固后經受住了相當于10度半到11度地震作用的考驗!

         

        (左右滑動查看所有)

         

        從思路形成到加固體系構建,劉航帶領團隊完成了包括實驗、形成理論、簡化設計計算方法、編入規范標準、形成成套技術在內的全過程工作。他們首次將智能鋼絞線用于砌體結構房屋的預應力加固,創建了預應力加固砌體結構房屋的全套設計和施工關鍵技術。“后張預應力加固既有磚砌體結構施工工法”獲評北京市級工法,并編入北京市地方標準《建筑抗震加固技術規程》。該項技術只需要在墻面指定位置摳出線槽,埋入鋼筋并施加預應力即可,不縮小居室面積,施工過程綠色環保,把對居住者生活造成的影響降到了最低,同時可以大量節省加固材料,工程造價較傳統技術節省30%至40%。

         

        聚焦城市更新  打造韌性建筑

         

        建于上世紀60年代的中石化北京化工研究院機修車間,根據新的改造設計要求,不僅要承擔會展中心的職能,還要保持老建筑的原汁原味。劉航團隊將“一種砌體建筑豎向無粘結預應力抗震加固結構”專利應用到改造中,不僅使木屋頂每平方米的承載力提高了200千牛,從而可以加裝燈光、通風、音響等現代化設施,更保留了木質原貌,實現了“修舊如舊”。

         

        ▲人民大會堂城市更新改造工程

        ▲秦皇島電力博物館城市更新改造工程

         

        十年來,研究中心團隊在城市更新既有建筑加固改造技術領域不斷耕耘,承擔省部級以上科技項目10余項,與北京建筑大學、北京工業大學等高校開展產學研聯合攻關,研發了砌體建筑低干預抗震加固技術等多項技術,實現了結構安全性提升技術的高效率、低干預和低碳排放,成功完成人民大會堂、貴賓樓飯店等百余項城市更新改造工程。團隊于2019年承擔的工業遺址加固改造項目——秦皇島電力博物館,現已成為當地著名的文創旅游景點。

         

        ▲中國人??偛哭k公大樓加固改造工程

        ▲加固技術應用于北京農村危房改造項目試點,受到了北京電視臺的關注和報道

         

        2020年,十九屆五中全會通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中首次提出建設“韌性城市”,而建筑作為韌性城市的重要組成部分,在未來不僅要達到“小震不壞,中震可修,大震不倒”這一基本要求,還要實現“功能快速恢復”的更高目標。“韌性建筑”在時代的召喚下呼之欲出,而這無疑需要更加完善的加固改造體系來支撐。

         

        ▲中石化北京化工研究院機修車間加固改造工程

         

        2022年12月,劉航主持的“既有鋼筋混凝土框架結構抗震韌性提升關鍵技術研究”通過北京市住建委組織的專家鑒定,以杜修力院士為主任委員的專家委員會對課題成果給予了高度評價,課題主要研究成果達到國際領先水平。該項目在國內首次提出了采用外附自復位構件、附加交叉拉桿支撐對鋼筋混凝土框架結構進行抗震加固,從而提升結構抗震韌性的兩種新技術。該項技術如能進一步在更廣泛的工程中推廣應用,可大幅度提高震后可修復性,顯著降低修復成本、縮短修復周期,提升既有建筑的抗震韌性,從而盡快實現提高老舊房屋安全設防等級的目標,是一種值得大力推廣的抗震加固新技術,目前已在中石化北京化工研究院燕山分院機修車間等改造工程中成功應用。

         

         

        目前,北京建工已經啟動首批“揭榜掛帥”項目,推進兩個城市更新關鍵核心技術攻關,建研院牽頭承擔的“面向城市更新的建筑安全性提升關鍵技術研究與示范”項目,研究內容正是結合現有資源和技術優勢,繼續對重要歷史建筑的更新保護技術、適應于城市更新的新型建筑材料、既有建筑的安全性和韌性提升技術、城市更新中固廢處置與碳排放評價技術、智能建造技術等開展研究,所形成的創新成果可服務于建筑建造、運維、消納全壽命周期,著力解決“卡脖子”問題,在促進集團各產業鏈條協同發展的同時,進一步培養城市更新領域人才隊伍,占據業內城市更新技術高地。

         

         拼搏二季度,沖刺“雙過半”!

         

         

        本文圖片及文字版權北京建工所有,轉載請注明來源!

        內容策劃:北京建工黨委宣傳部

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