某醫(yī)院住院樓框架結構的加固改造設計

文/汪盛 湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410000

1、工程概況

某醫(yī)院大樓位于湖南省長沙市，原結構十層框架結構，地下一層，地上十層，建筑高度38.4m?，F(xiàn)因建設年代久遠平面布局缺陷日益明顯、設備陳舊，部分科室業(yè)務發(fā)展空間嚴重不足，無法滿足日益增長的就醫(yī)需求，現(xiàn)已超負荷運轉多時。為使之能夠滿足現(xiàn)代化醫(yī)院建設的需要、適應現(xiàn)代化醫(yī)療業(yè)務的發(fā)展。將門急診樓進行改擴建及醫(yī)療流程設計。

主要加固改造內(nèi)容有：1.二層～五層17～25區(qū)域進行擴建；2.新增一部扶梯、一部電梯；3.部分梁板拆除、樓板封堵；4.平面功能進行調(diào)整，新地部分設備用房、機房和衛(wèi)生間。

本次抗震設防烈度6度，抗震設防分類為乙類，按6度進行抗震作用計算，并按7度采取抗震構造措施。設計基本地震加速度值0.05g, 設計地震分組為第一組, 建筑場地類別為二類場地。地震影響系數(shù)αmax=0.04，場地反應譜特征周期Tg=0.45s。

為對建筑物現(xiàn)階段工作狀況有較為深入的了解，本次提質(zhì)改造前由業(yè)主委托具備檢測鑒定資質(zhì)的單位對房屋結構主體進行系統(tǒng)全面的檢測，檢測結果表明結構主體和各主要受力構件工作正常。但因該建筑建造于2004年，因規(guī)范的更新，其設計已不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。因此為了確保安全使用,滿足使用功能要求,必須對該樓進行全面加固改造。 其標準層平面布置圖如圖1。

2、加固改造

2.1 結構加固設計原則

對于加固工程，設計方案的選擇不僅要結合施工現(xiàn)場實際情況，具有可實施性，還必須滿足承載力要求和使用性要求，符合現(xiàn)行加固設計規(guī)范的要求，加固后的建筑物應能滿足使用功能的升級及抗震構造要求。同時要本著經(jīng)濟合理的宗旨，節(jié)約造價。

圖1 標準層結構平面圖

2.2 加固設計

2.2.1 加固計算

對主體結構采用盈建科建筑結構計算模塊YJK-A 1.8.0進行整體計算。該地區(qū)抗震設防烈度為6度,設計基本加速度值為0.05 g，根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范(GB 50011-2010) 》中的要求,框架抗震等級為四級。機房均布活荷載取為8.0 kN /m2，走廊均布活荷載取為2.5kN/m2。加固模型示意圖見圖2。

根據(jù)改造前的檢測報告，Ⅰ、Ⅱ區(qū)塊混凝土抗壓強度回彈法推定等級為C40～C45，結構計算時按C40取值。

圖2 加固模型示意圖

2.3 結構加固改造方案

2.3.1 框架梁、柱加固

Ⅰ區(qū)塊柱網(wǎng)尺寸：開間為6.6m,進深為6.6m、7.8 m,中柱截面尺寸為800mm×900 mm,邊柱截面尺寸為600 mm×800 mm,框架梁截面尺寸為300 mm ×600 mm。與原有平面功能相比，房間荷載幾無變化，僅部分區(qū)域新砌輕質(zhì)隔墻。結構計算復核表明原有框架梁、柱基本滿足改造后使用荷載的要求,僅需對原有結構進行抗震及耐久性的處理。設計中考慮了兩種方案：(1)碳纖維加固法；(2)粘貼鋼板加固法。這兩種加固方法均適用于一般情況下的受彎構件承載力不足的加固。因醫(yī)院尚在營業(yè)，各交通運輸通道受限，且醫(yī)院為人流密集區(qū)域，白天無法進行正常作業(yè)，僅晚上可進行施工，經(jīng)過多方面的考慮，Ⅰ區(qū)塊框架梁、柱加固擬采用碳纖維加固方法，做法見圖3、圖4。

圖3 碳纖維加固大樣1

圖4 碳纖維加固大樣2

已加固的碳纖維布如在陽光的直接照射下粘結劑易老化,影響其結構強度和使用壽命,故需在碳纖維外側再增設粉刷保護層。粉刷保護層施工需待樹脂硬化后進行,此時可先刷一層膠并噴灑細砂,以增加其附著力。這樣不僅完成了梁、柱的加固,還能在一定程度上提高結構抗震性能并滿足耐久性的要求。

圖5 體外預應力加固

圖6 鋼筋混凝土樓板加固大樣

Ⅱ區(qū)塊柱網(wǎng)尺寸：開間為6.6m,進深為6.6m、7.8 m,中柱截面尺寸為800mm×900 mm,邊柱截面尺寸為600 mm×800 mm。此區(qū)域改造較大，新增機房、CT室、DR室等均集中在此區(qū)域，樓面活載增加較多，經(jīng)結構計算復核表明原有框架梁、柱均不能滿足改造后使用荷載的要求,因此需對原有梁、柱進行全面加固。框架柱加固考慮了加大截面法和粘鋼法,由于加大截面法具有造價低、耐久性好等優(yōu)點,但自重會有所增加，且現(xiàn)場濕作業(yè)較多、施工工期較長。而后者的優(yōu)缺點正好與前者相反。考慮到Ⅱ區(qū)塊柱子加固范圍較多，但均不沿街,具有一定的施工場點等條件，最后確定采用加大截面法加固。框架梁加固則考慮了加大截面法、碳纖維加固法及體外預應力法，由于加大截面法施工周期長，現(xiàn)場濕作業(yè)多，加大截面法首先被排除了。另外，在現(xiàn)有荷載條件下，復核計算后,承載力需要大幅度提高,這樣體外預應力加固成為首選。對于耐久性處理,仍采用了Ⅰ、Ⅱ區(qū)塊的相同處理方法。做法見圖5。

2.3.2 樓板加固

由于大樓改造后部分房間改為機房等,因此設計恒載、活載均有所增加。按照計算要求，須對樓板進行加固處理。造價、耐久性等方面綜合考慮,采用粘貼鋼板加固。

2.3.3 地基基礎加固

該建筑物Ⅰ、Ⅱ區(qū)塊使用近20年，均為樁筏基礎，經(jīng)過多年的使用，地基土已固結完成，地基沉降已趨于穩(wěn)定,結合《建筑抗震鑒定標準(GB50023-2009)》和以往經(jīng)驗,樁基礎持力層在長期壓縮和固結作用下承載力可提高20%左右。在設計過程中充分利用這一潛力,盡可能使荷載增加控制在20%以內(nèi),這樣基礎可不進行加固處理。

結語：

工程經(jīng)過設計施工已投入使用,使用至今,用戶反映良好。該工程設計實踐表明,在復雜的加固工程設計中,既要遵守設計規(guī)范要求,又要靈活掌握其實質(zhì),使加固手段簡單實用,以滿足大規(guī)模加固工程的需要。