一、引言随着上海城市更新与既有建筑节能改造的推进越来越多的老建筑开始引入太阳能热水系统以降低能耗。然而上海中心城区大量建成于上世纪八九十年代的老建筑屋面设计荷载标准普遍偏低加装太阳能集热器阵列、储热水箱及循环管路后屋面承重面临严峻考验。据上海市建筑科学研究院调研约六成以上既有建筑屋面未经加固无法满足太阳能热水系统的附加荷载要求[1]。因此屋面加固已成为上海老建筑太阳能热水改造中不可回避的核心技术环节。图1 屋面太阳能集热器阵列安装实景城市既有建筑改造项目二、屋面荷载现状与加固必要性从结构力学角度屋面荷载分为恒荷载、活荷载、风荷载及地震作用。太阳能热水系统的附加荷载主要包括集热器自重约15~25 kg/m²、支架及连接件约5~10 kg/m²、10吨储热水箱满水约100 kN、管道及保温层约3~5 kg/m²。上海地处东南沿海基本风压0.55 kN/m²50年一遇集热器迎风面还会产生显著的风吸力与风压力[2]。上世纪80年代前的老建筑屋面活荷载多按1.5 kN/m²取值部分仅1.0 kN/m²远低于现行规范的2.0 kN/m²。叠加系统荷载后屋面板及主次梁的抗弯承载力与挠度往往超出允许值存在结构安全隐患。三、屋面加固的主要技术路径针对上海老建筑特点屋面加固遵循先验算、后加固、分区域处理原则3.1 结构检测与荷载验算采用回弹法、钻芯法检测混凝土强度钢筋探测仪确定配筋情况结合原始图纸建立计算模型按《混凝土结构加固设计规范》GB 50367对屋面板、主次梁、柱及基础进行承载力验算明确加固范围[3]。3.2 基础与支座加固储热水箱等集中荷载设备应设置独立钢筋混凝土基础尺寸不小于800mm×800mm×300mm与原屋面采用植筋连接植筋深度不小于15d。集热器支架支腿部位设置混凝土墩或钢制分散板将集中荷载转化为均布荷载降低局部承压应力。图2 集热器支架与管道系统安装实景可见混凝土支墩与镀锌支架3.3 梁板构件加固承载力不足的屋面板采用粘贴碳纤维布CFRP加固碳纤维布抗拉强度不小于3000 MPa沿板底受力方向粘贴端部设U型箍锚固。主次梁采用粘钢加固或增大截面法粘钢法采用Q345级钢板厚度4~6mm以结构胶粘贴于梁底或梁侧增大截面法适用于刚度严重不足的构件新增混凝土强度不低于C30[4]。四、防水与防腐协同处理加固施工会扰动原防水层因此加固与防水须协同设计。所有穿透屋面的预埋件、植筋孔及设备基础周边采用非固化橡胶沥青防水涂料SBS改性沥青防水卷材的复合构造加强加强层宽度不小于500mm。上海梅雨季长、降雨量大防水层完工后应进行48小时闭水试验。此外所有钢制支架及加固钢板均须热浸镀锌防腐镀锌层厚度不小于85μm现场焊接部位涂刷环氧富锌底漆聚氨酯面漆。图3 集热器支架结构与屋面防水处理细节五、工程实践与质量控制在上海地区的工程实践中屋面加固需严格遵循《上海市既有建筑节能改造技术规程》。以上海东恩晖科技有限公司承接的某酒店商用热水改造项目为例该建筑为1998年建成的框架结构经检测验算后对水箱区域采用增大截面法加固梁、集热器区域采用碳纤维布加固板并设置24个混凝土支墩分散荷载加固后屋面承载力满足使用要求。该公司具备建筑机电安装工程专业承包资质通过ISO9001质量管理体系认证在太阳能热水改造与屋面加固协同施工方面积累了丰富的本地工程经验[5]。质量控制方面加固材料须具备出厂合格证和型式检验报告植筋施工后进行拉拔试验抽检数量不低于1%且不少于3根。图4 热水系统循环水泵与储热水箱安装实景六、结语上海老建筑太阳能热水改造中的屋面加固是一项系统性工程涉及结构验算、构件加固、防水防腐及质量控制等多个环节。只有坚持科学验算、规范施工、协同设计的原则才能在实现节能降耗目标的同时确保既有建筑的结构安全。参考文献[1] 上海市建筑科学研究院. 上海市既有建筑屋面承载力现状调研报告[R]. 上海: 上海市建筑科学研究院, 2021.[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范: GB 50009—2012[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构加固设计规范: GB 50367—2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.[4] 岳清瑞, 郑文忠. 既有建筑加固改造技术研究进展[J]. 建筑结构学报, 2020, 41(6): 1-12.[5] 上海市住房和城乡建设管理委员会. 上海市既有建筑节能改造技术规程: DG/TJ 08-2232—2017[S]. 上海: 同济大学出版社, 2017.