醫(yī)院結(jié)構(gòu)改造與加固設(shè)計

季迎龍

摘要：通過對貴州銅仁某醫(yī)院（高層建筑）的結(jié)構(gòu)改造與加固，對建筑功能改變后的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與計算，對原有結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量維持與利用，原結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范與現(xiàn)行規(guī)范不同之處的處理以及新舊結(jié)構(gòu)結(jié)合部位的處理進(jìn)行了分析與探討，針對設(shè)計中遇到的問題進(jìn)行針對性的解決及施工中遇到的問題采取相應(yīng)的技術(shù)措施或方案。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)改造加固;醫(yī)院;混凝土結(jié)構(gòu)加固

貴州省銅仁市第二人名醫(yī)院（原名銅仁地區(qū)人民醫(yī)院）門診醫(yī)技大樓，始建于 2003年，內(nèi)部設(shè)備及醫(yī)療環(huán)境跟不上時代進(jìn)步，業(yè)主按計劃對其進(jìn)行整體改造，擬建設(shè)為三級甲等門診綜合大樓（項(xiàng)目子項(xiàng)名稱A樓）。

1.工程概況

本工程位于位于貴州省銅仁市碧江區(qū)解放路155號，建筑物地上 12 層（不含 1 層技術(shù)層（設(shè)備轉(zhuǎn)換）及頂層夾層），沒有地下室，基礎(chǔ)形式為樁基承臺（一柱一樁，人工挖孔樁，持力層中風(fēng)化巖層）。結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，首層層高4.5m，技術(shù)層、12層、12層夾層層高為3.0m，其他層高均為3.6m，建筑物總高度 50.5m。該工程砼構(gòu)件強(qiáng)度均為C30。

根據(jù)業(yè)主改造使用要求，將該門診醫(yī)技大樓改建為三級甲等門診綜合大樓。按照三級甲等門診綜合大樓的使用要求，一至三層為門急診，三層設(shè)中心供應(yīng)，四至十二層設(shè)手術(shù)室、病房、婦產(chǎn)科、學(xué)術(shù)廳、大會議室及醫(yī)生辦公室，技術(shù)層為設(shè)備轉(zhuǎn)換層;在建筑北面增設(shè)污梯，在建筑東北面設(shè)置潔梯。建筑改造后平面功能相對于原建筑大部分為裝修翻新，及布置改變。改造后的標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面及整體電算模型如圖 1 圖2所示。

.結(jié)構(gòu)改造設(shè)計的若干問題及處理方案

項(xiàng)目剛開始就碰到一個棘手的問題，這棟樓原設(shè)計未考慮抗震設(shè)防，按現(xiàn)行規(guī)范要求，本工程抗震等級為二級（抗震設(shè)防烈度6度，乙類建筑），對整棟樓進(jìn)行抗震鑒定與加固是提高建筑抗震能力的最好辦法，但是業(yè)主不愿意對整棟樓進(jìn)行抗震加固，因?yàn)檫@樣會導(dǎo)致項(xiàng)目成本大大增加，業(yè)主會重新評估加固的可行性，甚至考慮拆除重建。如果業(yè)主拆除重建，這個加固項(xiàng)目也就沒法進(jìn)行下去了。為了能做好這個項(xiàng)目，考慮業(yè)主的訴求且兼顧規(guī)范要求，認(rèn)真查閱了相關(guān)規(guī)范及請教總師，抗震加固可以從兩方面著手：一是增加結(jié)構(gòu)抗力（增強(qiáng)承載力，增強(qiáng)整體性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系等），二是減小地震作用（增大結(jié)構(gòu)周期，附加子結(jié)構(gòu)，增大阻尼，減小結(jié)構(gòu)自重等）。發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目原本隔墻采用燒結(jié)多孔磚（容重1550kg/m3），且本次改造好多墻體需要拆除，故建議業(yè)主拆除整棟樓隔墻，采用輕質(zhì)墻體（容重不大于800kg/m3），根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010）（2016年版）5.2.1公式F_EK=α₁G_eq可以降低地震作用。進(jìn)而確定改造方案原則：

1.本項(xiàng)目所在貴州銅仁地區(qū)的設(shè)防烈度沒有改變，乙類抗震建筑，其基本地震作用也不改變，抗震等級則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)確定。

2.進(jìn)行多遇地震下的強(qiáng)度及變形計算，并要進(jìn)行罕遇地震下的抗傾覆評估計算，評估結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)“大震下不倒塌或不發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞”。

3.根據(jù)改造后使用功能確定的抗震等級進(jìn)行強(qiáng)度及變形計算，強(qiáng)度計算不能滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)時，則應(yīng)當(dāng)加固。

除上述以外的一般樓層和部位，在符合原設(shè)計規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，下列情況應(yīng)允許維持原結(jié)構(gòu)設(shè)計狀態(tài)：

a）.原設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)件（包括混凝土梁、柱）可以滿足抗震及非抗震狀態(tài)下的強(qiáng)度計算要求，僅配筋率不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求時。

b）.原設(shè)計結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)截面和實(shí)配箍筋均可以滿足節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗震強(qiáng)度驗(yàn)算要求，僅構(gòu)造配箍率不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求時。

c）.非本次建筑功能改變及新舊規(guī)范的改變而導(dǎo)致抗震等級提高（例如非抗震設(shè)防改為抗震設(shè)防）的構(gòu)件，如在非地震狀態(tài)下（相當(dāng)于原設(shè)計狀態(tài)）可以滿足強(qiáng)度及變形計算要求，也應(yīng)允許維持原結(jié)構(gòu)設(shè)計狀態(tài)。

經(jīng)過計算復(fù)核本工程需要加固的部位如下：

1.因改造而導(dǎo)致的梁板配筋不足，加固這類構(gòu)件時同時兼顧抗震能力的提升，比如梁僅因縱筋配筋不足時，也增加梁箍筋加密區(qū)或碳布箍。

2.本工程柱計算結(jié)果縱筋均滿足要求，且原柱大部分柱箍筋間距均為100，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，僅鋼筋錨固長度不滿足現(xiàn)行規(guī)范，但是1～6層部分柱軸壓比不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，對此部分柱進(jìn)行加大截面處理。對柱加固時，我有一點(diǎn)與總師理解不一樣，柱加固時有些柱從上到下沒有改變功能，屬于按之前定的原則”滿足安全前提下不改造不加固”的柱，但是總師認(rèn)為，加大截面減小柱軸壓比有利于提高柱在抗震下的延性，但我認(rèn)為這部分柱是因?yàn)楹奢d規(guī)范更迭（原設(shè)計普通樓面活荷載1.5KN/m2，現(xiàn)規(guī)范要求2kn/m2），且該部分不涉及改造，但是總師不同意，認(rèn)為該棟樓其他區(qū)域已經(jīng)涉及改造及荷載增加，保證豎向構(gòu)件的抗震延性有利于結(jié)構(gòu)整體抗震性能，拗不過總師，對這類構(gòu)件都進(jìn)行了加大截面，當(dāng)然我也承認(rèn)對這些柱進(jìn)行加固比不加固好。

碰到的第二個問題是對基礎(chǔ)的復(fù)核，由于原地勘的缺失，本工程單樁承載力特征值無法計算，原基礎(chǔ)承臺配筋也無法確認(rèn)（比較模糊），因而無法計算基礎(chǔ)是否需要加固，想讓這“摳門的甲方” 重新做地勘不現(xiàn)實(shí)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)感覺可以對比改造前后的柱底內(nèi)力來確定是否需要加固，而且原結(jié)構(gòu)有一個有利條件：樁基為人工挖孔樁，一柱一樁，且持力層為中風(fēng)化巖層，安全儲備比較大。但是對比改造前后柱底內(nèi)力，上部荷載有規(guī)范版本的更迭，如果按現(xiàn)行規(guī)范活荷載取值進(jìn)行對比，那么荷載無疑會大幅增加，我覺得活荷載可以都取現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行對比，這樣才能體現(xiàn)因改造導(dǎo)致的內(nèi)力變動，并請教了總師，總師認(rèn)為可以，最終對比下來柱底內(nèi)力增大幅度最大8%，可以不進(jìn)行加固。

碰到的第三個問題是新增電梯的設(shè)計。本次新增電梯采用鋼結(jié)構(gòu)，這里簡單介紹一下，因?yàn)橹皡⑴c過上海老公房增加電梯的設(shè)計，所以輕車熟路一點(diǎn)。上海這邊新增電梯首先要求電梯能獨(dú)立滿足自身強(qiáng)度、穩(wěn)定、位移角（地震下）要求。沿著這個思路首先單獨(dú)進(jìn)行電梯整體計算，因設(shè)置小方柱，柱穩(wěn)定無法通過，通過設(shè)置層間鋼柱來減小計算長度實(shí)現(xiàn)。其次控制主體結(jié)構(gòu)與新增電梯的沉降差異，本工程一樣電梯與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接時通過設(shè)置長螺栓孔來釋放主體結(jié)構(gòu)與新增電梯的沉降差，同時滿足電梯在風(fēng)載下的側(cè)向穩(wěn)定。

3.施工圖審圖問題及解決措施

審圖遇到的問題1是需要提供地勘報告及驗(yàn)算基礎(chǔ)是否需要加固，此問題實(shí)際已在設(shè)計時已考慮到，其解決過程詳設(shè)計中遇到的問題及解決過程，這里不再贅述。

第二個問題還是柱加大截面，施工圖中柱加大截面新增縱筋穿越層時角筋穿板通長，中筋錨入梁中，原設(shè)計節(jié)點(diǎn)圖詳圖3：

審圖老師認(rèn)為增大截面縱筋全部通長穿板或穿梁，不能因?yàn)檫@些柱是軸壓比不滿足進(jìn)行加固縱筋就可以錨入梁中，實(shí)際加大截面后，柱外圍鋼筋就是受力鋼筋，柱子作為梁的支座，其新增縱筋應(yīng)穿梁通長，其實(shí)我也理解這個原理，繪圖時有想過縱筋穿梁，但是實(shí)施起來，縱筋穿梁幾乎沒法施工，首先梁比較高（梁高600～800mm），鉆頭幾乎沒辦法穿透，施工質(zhì)量沒法保證，其次即使能施工也對梁端造成比較大損傷（梁寬度范圍內(nèi)要植筋3～4根）。后來請教總師，總師認(rèn)為縱筋可以都從梁兩邊穿過，梁寬范圍內(nèi)設(shè)置構(gòu)造筋錨入梁中（詳見圖4示例），按此方法與審圖溝通，認(rèn)為可以。

4.施工問題

施工中碰到的問題還是蠻多的，僅例舉一個比較典型的問題。

一是我院現(xiàn)場代表發(fā)現(xiàn)他們加固附近時，不鏟除找平層，僅鏟除裝飾面層然后用水泥修補(bǔ)找平就開始貼碳纖維。

我立即聯(lián)系施工單位讓他們鏟除找平層至原結(jié)構(gòu)板面，處理平整后再粘貼碳纖維。施工單位有的施工員不理解認(rèn)為無需鏟除砂漿層直接修補(bǔ)平整也可以粘貼碳纖維，我向他們解釋碳纖維加固是利用膠粘劑與基材（也就是混凝土板）間的剪切力來使碳纖維受拉，從而達(dá)到碳纖維與基材共同受力，因而要求基材必須傳力可靠，而砂漿面層不能達(dá)到這樣的要求。這些施工人員似乎理解的按照我院要求去施工了。

5.結(jié)語

（1）建筑改造與加固應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國家規(guī)范設(shè)計，并盡量減小對原結(jié)構(gòu)的改造量，同時提高結(jié)構(gòu)的整體抗震能力;

（2）對結(jié)構(gòu)改造要進(jìn)行常遇地震下的強(qiáng)度計算，針對強(qiáng)度不足問題予以加固;

通過對該工程的設(shè)計，學(xué)會了在建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計中，既要盡可能地遵守現(xiàn)行規(guī)范要求，又要靈活處理，盡量對原有設(shè)計進(jìn)行維持。該工程經(jīng)過我院結(jié)構(gòu)改造加固設(shè)計，既實(shí)現(xiàn)了建筑功能的變換，又保證了結(jié)構(gòu)的安全可靠性，受到了業(yè)主的好評。

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（作者單位：上海凌境建筑設(shè)計事務(wù)所（普通合伙））