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建筑是歷史的見證
記錄著時(shí)代變遷
訴說著往昔故事
北京建工建研院劉航博士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)
16年如一日
深耕抗震加固領(lǐng)域
以科技攻關(guān)補(bǔ)短板
用自主創(chuàng)新強(qiáng)實(shí)力
在全國(guó)首次提出
預(yù)應(yīng)力低干預(yù)加固技術(shù)
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(tuán)隊(duì)聚焦韌性城市建設(shè)
加速培育和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力
致力于服務(wù)建筑建造、運(yùn)維、消納的
全壽命周期
讓老建筑更好地“活”在當(dāng)下
借助它山之石 突破技術(shù)困境
據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)城鎮(zhèn)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(jié)構(gòu)房屋倒塌，損失嚴(yán)重。因此，對(duì)現(xiàn)存大量不滿足抗震設(shè)防要求的磚混結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行加固改造，提高其抗震安全性，是符合減量發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)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(cè)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(shí)提高抗剪承載力。傳統(tǒng)加固方法中，圈梁構(gòu)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(shí)提高其抗剪承載力？
憑著科研人員特有的敏感和大膽假設(shè)，劉航頭腦中閃現(xiàn)出在美國(guó)參加學(xué)術(shù)會(huì)議時(shí)接觸到的預(yù)制裝配式技術(shù)，外國(guó)人將預(yù)應(yīng)力筋串到預(yù)制構(gòu)件中以提高其抗震性能。雖然磚混結(jié)構(gòu)與預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)有著天壤之別，但結(jié)構(gòu)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(xiàn)記錄，國(guó)內(nèi)尚無此先例，但國(guó)際上新西蘭等國(guó)家對(duì)此有少量應(yīng)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(xué)教授的深入溝通，劉航了解到應(yīng)用了此種加固方法后的建筑在日后的地震中表現(xiàn)很好，因此堅(jiān)定信心，要在中國(guó)“砌體建筑后張預(yù)應(yīng)力抗震加固”領(lǐng)域中邁出第一步。
完成國(guó)內(nèi)首創(chuàng) 形成成套技術(shù)
在多項(xiàng)國(guó)家和北京市科技計(jì)劃的支持下，劉航帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)既有磚砌體建筑的低干預(yù)加固關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)，并在國(guó)內(nèi)首次提出了預(yù)應(yīng)力加固磚混墻體的新辦法。磚混墻體被加上預(yù)應(yīng)力這個(gè)“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(cè)加固效果，建研院在中國(guó)地震局實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一次大型擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)。
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(yù)應(yīng)力加固法進(jìn)行加固，并接受作動(dòng)器模擬地震的考驗(yàn)——這是國(guó)際上首次進(jìn)行如此大型的試驗(yàn)。隨著模擬地震波的持續(xù)輸入，8度小震、8度中震、8度大震……房屋絲毫無損，實(shí)驗(yàn)人員又進(jìn)行了國(guó)際最高等級(jí)9度大震試驗(yàn)，房屋仍只有微小變形。試驗(yàn)結(jié)果充分證明了該加固技術(shù)的有效性：加固前設(shè)防烈度不足8度的房屋，在加固后經(jīng)受住了相當(dāng)于10度半到11度地震作用的考驗(yàn)！
從思路形成到加固體系構(gòu)建，劉航帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了包括實(shí)驗(yàn)、形成理論、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法、編入規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、形成成套技術(shù)在內(nèi)的全過程工作。他們首次將智能鋼絞線用于砌體結(jié)構(gòu)房屋的預(yù)應(yīng)力加固，創(chuàng)建了預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)房屋的全套設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)。“后張預(yù)應(yīng)力加固既有磚砌體結(jié)構(gòu)施工工法”獲評(píng)北京市級(jí)工法，并編入北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》。該項(xiàng)技術(shù)只需要在墻面指定位置摳出線槽，埋入鋼筋并施加預(yù)應(yīng)力即可，不縮小居室面積，施工過程綠色環(huán)保，把對(duì)居住者生活造成的影響降到了最低，同時(shí)可以大量節(jié)省加固材料，工程造價(jià)較傳統(tǒng)技術(shù)節(jié)省30%至40%。
聚焦城市更新 打造韌性建筑
建于上世紀(jì)60年代的中石化北京化工研究院機(jī)修車間，根據(jù)新的改造設(shè)計(jì)要求，不僅要承擔(dān)會(huì)展中心的職能，還要保持老建筑的原汁原味。劉航團(tuán)隊(duì)將“一種砌體建筑豎向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗震加固結(jié)構(gòu)”專利應(yīng)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(fēng)、音響等現(xiàn)代化設(shè)施，更保留了木質(zhì)原貌，實(shí)現(xiàn)了“修舊如舊”。
十年來，研究中心團(tuán)隊(duì)在城市更新既有建筑加固改造技術(shù)領(lǐng)域不斷耕耘，承擔(dān)省部級(jí)以上科技項(xiàng)目10余項(xiàng)，與北京建筑大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等高校開展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，研發(fā)了砌體建筑低干預(yù)抗震加固技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全性提升技術(shù)的高效率、低干預(yù)和低碳排放，成功完成人民大會(huì)堂、貴賓樓飯店等百余項(xiàng)城市更新改造工程。團(tuán)隊(duì)于2019年承擔(dān)的工業(yè)遺址加固改造項(xiàng)目——秦皇島電力博物館，現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)刂奈膭?chuàng)旅游景點(diǎn)。
2020年，十九屆五中全會(huì)通過的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中首次提出建設(shè)“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(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”這一基本要求，還要實(shí)現(xiàn)“功能快速恢復(fù)”的更高目標(biāo)。“韌性建筑”在時(shí)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。
2022年12月，劉航主持的“既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震韌性提升關(guān)鍵技術(shù)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(huì)對(duì)課題成果給予了高度評(píng)價(jià)，課題主要研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)首次提出了采用外附自復(fù)位構(gòu)件、附加交叉拉桿支撐對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，從而提升結(jié)構(gòu)抗震韌性的兩種新技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)如能進(jìn)一步在更廣泛的工程中推廣應(yīng)用，可大幅度提高震后可修復(fù)性，顯著降低修復(fù)成本、縮短修復(fù)周期，提升既有建筑的抗震韌性，從而盡快實(shí)現(xiàn)提高老舊房屋安全設(shè)防等級(jí)的目標(biāo)，是一種值得大力推廣的抗震加固新技術(shù)，目前已在中石化北京化工研究院燕山分院機(jī)修車間等改造工程中成功應(yīng)用。
目前，北京建工已經(jīng)啟動(dòng)首批“揭榜掛帥”項(xiàng)目，推進(jìn)兩個(gè)城市更新關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，建研院牽頭承擔(dān)的“面向城市更新的建筑安全性提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，研究?jī)?nèi)容正是結(jié)合現(xiàn)有資源和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)對(duì)重要?dú)v史建筑的更新保護(hù)技術(shù)、適應(yīng)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(shù)、城市更新中固廢處置與碳排放評(píng)價(jià)技術(shù)、智能建造技術(shù)等開展研究，所形成的創(chuàng)新成果可服務(wù)于建筑建造、運(yùn)維、消納全壽命周期，著力解決“卡脖子”問題，在促進(jìn)集團(tuán)各產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)同發(fā)展的同時(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)城市更新領(lǐng)域人才隊(duì)伍，占據(jù)業(yè)內(nèi)城市更新技術(shù)高地。
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