某醫(yī)院門診大樓的檢測與加層改造

程建棚 涂 輝

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑業(yè)得到了很大的發(fā)展，但是部分原有建筑物的規(guī)劃設(shè)計已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要，加上我國土地資源稀缺，不可能完全廢棄原有的建筑物而全部重建，因此建筑物加層改造、加固等工作勢在必行。在原有建筑物上加層，既可增加建筑面積，節(jié)約投資和材料，又可避免拆遷等繁雜瑣事，還可以節(jié)約各項公共生活設(shè)備和市政設(shè)施，一舉多得，建筑物加層改造成為解決建筑面積不足之良策，具有廣泛的適用性和良好的經(jīng)濟(jì)性[1-3]。

1 工程概況

該醫(yī)院門診樓設(shè)計于 1999年，竣工日期為 2001年。整體為框架結(jié)構(gòu)，原設(shè)計為5層，建筑面積3 094.60m2，但由于資金問題只建了 3層。為滿足現(xiàn)在的使用要求，進(jìn)行了加層改造，按照原圖紙進(jìn)行施工，在原有 3層的基礎(chǔ)上再增加 2層，使建筑物的層數(shù)增加到 5層。

2 原有房屋結(jié)構(gòu)的檢測及鑒定分析

該工程設(shè)計時依據(jù) 89系列規(guī)范(以下簡稱舊規(guī)范)，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度為C 30，鋼筋強(qiáng)度為一級鋼fy=210 kPa、二級鋼fy=310 kPa?；A(chǔ)為柱下獨立基礎(chǔ)。根據(jù)加層改造的需要，該醫(yī)院的門診大樓的檢測鑒定主要從以下幾個方面進(jìn)行[4，5]。

2.1 基礎(chǔ)檢測

該建筑物的基礎(chǔ)檢測主要采用現(xiàn)場開挖后的物理量測和基礎(chǔ)取芯檢測。根據(jù)現(xiàn)場的勘測、測量以及芯樣的實測值，可以得出:基礎(chǔ)沒有明顯的沉降，柱下獨立基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計的混凝土強(qiáng)度等級C 30，具有較好的承載能力。

2.2 梁、柱檢測

1)外觀檢測。外觀檢測可以看出:梁、柱總體外觀質(zhì)量合格，截面尺寸符合設(shè)計要求，幾乎沒有危險裂縫;承重主梁和挑梁去除表面的粉刷層經(jīng)打磨處理后，發(fā)現(xiàn)混凝土表面完好。

2)梁、柱混凝土碳化深度。該建筑物已使用了 10年，經(jīng)檢測其大梁、挑梁和柱子的混凝土碳化深度為3mm～5mm，均未超過6mm。

3)梁、柱的混凝土強(qiáng)度檢測。根據(jù) JGJ/T 23-2001回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程規(guī)定:“為保證所測回彈測區(qū)混凝土強(qiáng)度值能較好的符合其實際強(qiáng)度值，當(dāng)混凝土的碳化深度大于2mm時，可采用鉆芯取樣修正，所取芯樣數(shù)不得少于 3個”[6]。該工程采用回彈法和鉆芯取樣兩種檢測方法，現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)綜合分析判定:絕大部分梁、柱混凝土強(qiáng)度不少于25MPa。

為保證檢測的準(zhǔn)確性，該工程還采用PS200型系統(tǒng)鋼筋探測儀對主要承重梁和柱的鋼筋分布情況進(jìn)行了掃描。結(jié)果顯示:該建筑物的承重梁和柱的主筋與箍筋的配置均滿足設(shè)計要求。

3 加層方案的選擇

3.1 原結(jié)構(gòu)加層改造的有利因素

通過以上的檢測，可以發(fā)現(xiàn)該工程采用加層改造具有許多有利因素:1)該框架結(jié)構(gòu)原來就是按 5層設(shè)計的，混凝土和鋼筋都符合設(shè)計要求;2)基礎(chǔ)設(shè)計也是以 5層的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的，現(xiàn)地基已經(jīng)承載 10年，可認(rèn)定為已近固結(jié)，地耐力可以提高 20%左右，減少了處理地基和基礎(chǔ)的工作量;3)框架混凝土的現(xiàn)有強(qiáng)度與原先設(shè)計值相比相差不大，這一點可以從我們的檢測中看出來;4)房屋層數(shù)越多活荷載的折減系數(shù)就會越大。

3.2 加層改造中具體加固方案的選擇

該建筑物原先就是按照5層設(shè)計，通過對加層設(shè)計方案的比較論證，最后采用了直接加層的方法。但由于設(shè)計時是采用舊規(guī)范，考慮到建筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗震方面的要求，采用了適當(dāng)?shù)募庸谭椒?，具體的加固方案考慮以下兩種:第一種方案:直接加固。采用碳纖維復(fù)合材料加固梁、柱。具體做法就是利用碳纖維材料對建筑物的主要受力構(gòu)件進(jìn)行加固，從而使其強(qiáng)度達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。這種加固法有突出的優(yōu)點:1)強(qiáng)度高、效果好;2)加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性; 3)自重輕，基本不增加結(jié)構(gòu)的自重及截面尺寸，柔性好，易于裁剪。但是這種方法也有相應(yīng)的缺點:1)施工的工期比較長;2)考慮到正在使用當(dāng)中的建筑，特別是門診大樓，里面的一些儀器設(shè)備的擺放位置限制了施工空間，所以施工難度大[7]。第二種方案:間接加固。這種做法的主要特點就是對原有建筑物進(jìn)行卸載，通過減少原有建筑物的整體荷載來達(dá)到建筑物需要的強(qiáng)度的目的。具體的做法是采用輕質(zhì)隔墻取代原有的磚墻。根據(jù)檢測的結(jié)果，通過PKPM建模對建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)核計算，已建建筑的原有墻體改為輕質(zhì)隔斷，同時加層部分的墻體也部分采用輕質(zhì)隔斷。通過以上操作使原框架結(jié)構(gòu)的變形減小，內(nèi)力發(fā)生重分布;使梁柱的固端彎矩、跨中彎矩以及剪力將大大減少，特別是混凝土柱因上下端彎矩減小而承壓面積增大，承載能力自然增加;填充墻體自重減輕，傳給基礎(chǔ)的荷載減小，改善了柱基偏心受壓狀況而使承載力提高。間接加固就從總體上提高了建筑物的承載力。這種做法的優(yōu)點:1)施工方便;2)造價便宜;3)施工工期不會延誤，可以和加層同時進(jìn)行;4)最主要的是可以不影響現(xiàn)在門診大樓的正常使用。缺點:1)具體操作前要拿到準(zhǔn)確的工程概況和檢測報告，并進(jìn)行仔細(xì)的結(jié)構(gòu)復(fù)核，工作量有點大;2)對現(xiàn)有的建筑進(jìn)行墻體材料替換的時候要充分考慮荷載的影響，根據(jù)計算和設(shè)計要求逐步卸荷，切忌盲目操作，并要求有較高的施工質(zhì)量[7]。兩種方案的性價比對照見表1。

表1 兩種加固方案的性價比比較

考慮到新舊結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作和連接的方便，并考慮到維護(hù)、維修方便以及費用等問題，最后選擇用第二種方案。

4 加層方案的具體內(nèi)容

經(jīng)檢測單位檢測，部分柱混凝土強(qiáng)度等級為C 25，小于原來設(shè)計的柱混凝土等級 C30，根據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)合計算，最后采用間接加固及部分植筋的做法，使原結(jié)構(gòu)受力體系滿足加層改造的要求。具體的墻體拆除和植筋部位見圖 1。

原有的建筑屋面找平層需要拆除，施工時建筑材料不應(yīng)集中堆放，需要植筋加固的部分應(yīng)做好下部支撐加固措施，植筋應(yīng)由專業(yè)資質(zhì)施工隊伍進(jìn)行施工，需通過質(zhì)檢部門的檢測達(dá)到承載力要求。加固及加蓋部分應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)有規(guī)范構(gòu)造要求進(jìn)行施工。

5 施工注意事項

實施卸載加層時，應(yīng)先拆除原框架的實心填充墻隔斷，順序是先上后下，逐層或若干層同時將柱軸力轉(zhuǎn)移至其他結(jié)構(gòu)，以利于結(jié)構(gòu)安全。換加氣混凝土隔斷時，操作順序應(yīng)先下后上，逐層或若干層同時將柱軸力從被轉(zhuǎn)移到的結(jié)構(gòu)逐層或若干層同時施加到已完成加固改造的結(jié)構(gòu)上。卸載過程應(yīng)充分利用原結(jié)構(gòu)的承載體系，在卸載中盡量少的采用附加支撐體系，在技術(shù)上實現(xiàn)支撐用量少，卸載程度可控制，卸載方法具有針對性，加載過程分級逐步進(jìn)行并得到控制，經(jīng)濟(jì)上大幅度降低成本。

6 結(jié)語

加層改造工程設(shè)計大部分涉及新舊規(guī)范的銜接，復(fù)核和設(shè)計時應(yīng)同時考慮新舊規(guī)范。當(dāng)舊有結(jié)構(gòu)需要加固時，考慮各種限制條件，靈活運用各種加固方法。加層改造方案如設(shè)計得當(dāng)，與新建相比有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 鄭文忠，王 英.對既有房屋套建增層改造的認(rèn)識與思考[J].工業(yè)建筑，2005，4(6):89-92.

[2] 齊俊玲，李如白，婁 余.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加層抗震加固設(shè)計[J].工業(yè)建筑，1999(5):63-65.

[3] 劉 軍.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加層、改造及抗震加固[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007，37(sup):128-133.

[4] 巴桂江，張?zhí)K芳.深圳某工程改造加固實例[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007，37(sup):157-159.

[5] 黃興棣，田 煒，王永維，等.建筑物鑒定加固與增層改造[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[6] GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[7] JGJ 116-98，建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S].