結(jié)構加固技術在曜影醫(yī)療醫(yī)院項目中應用

宋宏疆

上海龍元建設工程有限公司 上海 200072

1 結(jié)構加固技術的優(yōu)勢

1.1 豎向構件加固技術應用（屈曲約束支撐、黏滯阻尼器墻）

屈曲約束支撐具有明確的增強屈服承載力，支撐受拉與受壓承載力差異小，大大減小與支撐相鄰構件的內(nèi)力，減小構件截面尺寸[1]。大廈一層層高4950mm，裙房區(qū)6處布置屈曲約束支撐【B軸（3-4軸）、J軸（3-4軸）、3軸（F-H軸、C-E軸）5軸（F-H軸、C-E軸）】，4處布置黏滯阻尼墻，設置形成回字形跨軸線梁、柱主體結(jié)構補強，加上6軸局部梁截面加大及（B-C軸、2-3軸）1-6層新增消防樓梯間梁、柱混凝土結(jié)構等組合應用對工程抗震承載力增效顯著。

黏滯阻尼墻可在平面和豎向上下層錯開布置，也可在梁中跨和邊跨布置等特點。采用黏滯阻尼墻主體結(jié)構加固法錯位布置加固支撐點（F軸點位1層、2層位于7軸西3550處、3層、4層位于7軸西750處，5層、6層位于5軸西2700mm處，7軸點位2層位于E軸北3150mm處，3層-5層位于E軸北6100mm處、6層位于E軸北1700mm，）錯開布置起道減震效果均滿足結(jié)構加固需要。黏滯阻尼墻外形采用扁平墻體方式，安裝位置可與墻體一致，安裝完后不造成室內(nèi)房間布局功能受限。

1.2 粘貼碳纖維布的優(yōu)勢

碳纖維布復合材料已廣泛應用于建筑、市政等行業(yè)混凝土結(jié)構的補強和加固，優(yōu)點是強度高（約為普通鋼材的10倍），自重輕（約200g/m2），基本不增加結(jié)構自重及截面尺寸，柔性好，易裁剪，施工簡便易操作，經(jīng)濟性好，工期短[2]。粘碳纖維布和柱、梁錨粘鋼板組合法對本工程結(jié)構加固極為有效，更適用于驗算鋼筋量差值較小的變截面懸挑梁的加固。

1.3 結(jié)構安全性增幅及對附近施工影響

申華金融大廈根據(jù)房屋質(zhì)量檢測報告并結(jié)合部分建筑功能調(diào)整機電更新，進行對應的結(jié)構加固技術及耐久性修復。結(jié)構加固使主樓2～5層、裙房1～6層及地下一層局部，結(jié)構穩(wěn)固升級達到醫(yī)院建筑抗震設防類別乙類要求，建筑抗震設防烈度為7度，建筑結(jié)構安全等級及抗震等級均升為二級。防火等級為一級，主樓后續(xù)使用年限為延續(xù)原設計使用年限，裙房后續(xù)使用年限為40年。結(jié)構加固期間對大廈主樓7-28層200余家企業(yè)辦公影響降低最低（樓東側(cè)改出入口），一層裙房局部、主樓門廳結(jié)構加固，各類強、弱電管線改造、門廳裝飾等工序施工共計90個工日，恢復滇池路大門和電梯廳正常辦公使用。施工中采取揚塵、降噪措施，澆砼施工采用低噪音揚泵接地管泵送方式，建筑垃圾外運采用全封閉室內(nèi)裝鏟外運，建筑設備工料到場立即運輸上樓層，不占用市政道路，施工期對本大廈辦公等周邊環(huán)境影響較小。

1.4 經(jīng)濟性

傳統(tǒng)醫(yī)院工程結(jié)構加固采用鋼筋混凝土（以下簡稱砼）、型鋼等方式，缺點是工期較長，鋼筋、混凝土工程量大，梁、柱、承重墻、窗等結(jié)構類增加較多，對醫(yī)院各樓層房間布局有較大影響，需避讓加固結(jié)構布置。應用本文的結(jié)構加固技術，在能夠滿足結(jié)構設計需要承載上部的荷載值的同時縮短工期3-4個月，節(jié)約物料成本費用約300多萬元（結(jié)構加固成本大概750萬元，傳統(tǒng)鋼砼、型鋼結(jié)構加固成本約為1100萬）。

2 項目背景

曜影醫(yī)療醫(yī)院工程位于在上海市黃浦區(qū)寧波路1號，申華金融大廈結(jié)構加固區(qū)域是裙房地下一層、1-5層、601單元。申華金融大廈于1995年由華東建筑設計研究院設計，主樓地上28層，總高95.00m，結(jié)構形式為框架核心筒結(jié)構。裙房地上6層，高度為22.50m，結(jié)構形式為框架結(jié)構，地上部分主要為商業(yè)、辦公等功能。工程以建筑結(jié)構加固修繕及裝修為主，工程具有加固施工面廣、綜合性強等多項特點，涉及到不同加固技術，涉及交叉作業(yè)施工，為了確保結(jié)構加固能夠到達預期強度，必須要從實際情況出發(fā)，加強對結(jié)構加固技術應用的探討[3]。

3 醫(yī)院項目結(jié)構加固技術應用

3.1 豎向構件加固技術應用

3.1.1 屈曲約束支撐加固技術

屈曲約束支撐【又稱防屈曲支撐或BRB(Buckling restrained brace)】1973年的日本研發(fā)了墻板式防屈曲耗能支撐，1994年美國也開始對防屈曲支撐體系進行相應的設計研究和大比例試驗，同時結(jié)合理論計算分析了該支撐體系較其他支撐體系的優(yōu)點[4]。

B R B 全部在裙房區(qū)設置，芯板鋼材屈服強度為235MPa，節(jié)點板、接頭板、預埋板鋼材質(zhì)為Q355B級，板厚20mm，化學錨栓采用M20、M30螺栓。BRB（節(jié)點板、接頭板、預埋板）組成的消能部件，主要設于框架柱之間豎向構件加固，在不增加結(jié)構剛度的情況下滿足結(jié)構對于承載力的要求。BRB作為消能器，抽檢試驗件須在具有第三方機構（CMA檢測資質(zhì)）進行檢測，應能表現(xiàn)出穩(wěn)定的、可重復的滯回性能。依次在1/300、1/200、1/150、1/100 支撐長度的拉伸和壓縮往復各3次變形，實現(xiàn)軸向累計非彈性變形至少為屈服變形的200 倍（組件試驗不做此要求）[5]。

BRB的布置分“人字形、V 字形、單斜桿”三種形式，總體安裝順序宜采用鋼結(jié)構豎向構件加固安裝支撐裝置舉升安裝法（以下簡稱安裝裝置，該裝置作者設計并獲得專利），平面上應從中部向四周開展，豎向應從下向上逐漸進行。安裝前首先確定構件位置，復核軸線標高，清理表面鑿毛接觸截面。BRB的柱、梁端部預埋件采用化學螺栓固定，鋼板采用焊接對接接頭連接。接頭板：梁頂部端部預埋板和接頭板安裝采用安裝裝置舉升角接接頭焊接安裝法，節(jié)點接頭板頂升臺液壓升高至柱梁底，用激光紅外線校對安裝角度及節(jié)點，預埋板和接頭板尾部梁寬定位、接頭板前端與樓面預埋板定位、角度檢查驗收后，采用全熔透角焊縫工序坡口焊接連接。節(jié)點板：阻尼器節(jié)點板和接頭板安裝采用安裝裝置舉升對角安裝法，節(jié)點板梁吊用鋼絲繩吊綁在頂升桿底，先頂升試吊節(jié)點板，用激光紅外線角度復效，經(jīng)兩次檢查后進行節(jié)點板對接連接。

3.1.2 黏滯阻尼墻加固技術

黏滯阻尼墻（簡稱VFW）屬于速度相關型阻尼器，由兩塊外鋼板、一塊內(nèi)鋼板組成，在外鋼板構成的密閉空間內(nèi)注入高粘度的粘滯體，內(nèi)鋼板固定在上層樓梁底，兩塊外鋼板固定在下層樓面，當結(jié)構受到風或地震作用時，上下樓面的運動速度不同，導致內(nèi)鋼板和外鋼板產(chǎn)生相對速度。內(nèi)外鋼板之間的速度梯度使黏滯材料產(chǎn)生阻尼，從而使結(jié)構的阻尼增大，降低結(jié)構的動力反應[6]。（如表1）

表1 黏滯阻尼墻參數(shù)

VFW本體、上連接加勁肋副梁（簡稱上副梁）、下連接加勁肋副梁（簡稱下副梁）外包鋼等材質(zhì)為Q235B級，板厚20mm，化學錨栓采用M12、M20螺栓。VFW制造廠家在下料前，須結(jié)合加固現(xiàn)場樓層層高不同部位、軸線和跨距實測出圖號料，核對深化設計保證號料準確性，確保梁外包鋼、上下副梁、VFW本體產(chǎn)品等尺寸、錨栓孔定位等均須滿足設計及規(guī)范要求。出廠前由制造廠家質(zhì)檢部門做預拼裝質(zhì)量檢驗，經(jīng)檢查合格后附合格證明書、施工說明書，VFW本體裝入豎向插放架，垂直運輸運至工地施工安裝。

安裝流程：

測量定位→包鋼板安裝→上副梁與框架梁包鋼板固定→下副梁埋板固定→黏滯阻尼墻安裝→檢測驗收→后期砌體墻（輕鋼龍骨石膏板隔墻）及建筑面層施工。

VFW總體安裝順序宜采用鋼結(jié)構豎向構件加固安裝支撐裝置舉升安裝法。副梁安裝：采用紅外線激光儀校正安裝點位、梁底標高及梁水平、阻尼墻體垂直定位、下包鋼地面埋板定位。上副梁放置在安裝裝置頂升臺上，頂升臺液壓升高至梁安裝點位，校準副梁底包鋼水平及垂直安裝角度，檢查梁與包鋼板位置準確無誤，保證上副梁底板水平達到要求。包鋼預留錨栓孔放樣電錘鉆孔，梁底采用M12化學錨栓螺栓植筋固定，包鋼用角接接頭角焊縫工序連接。下副梁兩側(cè)吊耳用鋼絲繩兩點吊在安裝裝置頂升桿下至樓面安裝點位，校準下副梁水平、垂直角度。復核VFW本體凈尺寸，用標尺在上下鋼板間水平滑動，確保符合安裝要求，安裝VFW本體和副梁采用搭接接頭開槽焊工序連接。下副梁化學錨栓植筋固定，預埋板不超梁外側(cè)，避免影響建筑隔墻布置（如圖1-圖2）。

圖1 安裝現(xiàn)場圖

圖2 黏滯阻尼墻節(jié)點示意

3.1.3 屈曲約束支撐、黏滯阻尼器墻鋼結(jié)構焊接技術要求

BRB的預埋板、接頭板、節(jié)點板需在現(xiàn)場焊接連接，焊接質(zhì)量等級為現(xiàn)場二級。VFW的上下副梁、梁包鋼板預埋件需在現(xiàn)場焊接連接，連接鋼板采用外角單（鈍邊）的單邊V型坡口角縫焊焊接工序，焊接質(zhì)量等級為現(xiàn)場三級。采用對接接頭連接對焊縫工序，全熔透焊接焊縫形式采用V型坡口，對接接頭坡口角度65°-90°為宜。采用搭接接頭開槽焊工序阻尼墻本體和副梁兩塊鋼板相疊，在相疊端的邊緣采用開槽焊的接頭連接。采用角接接頭連接，采用全熔透角焊縫工序，焊縫形式采用單（鈍邊）的單邊V型坡口，角焊縫成凹形焊縫金屬與鋼板間應平過渡，凹形在表面不留切痕。角焊縫轉(zhuǎn)角處不停接著繞角焊接，焊成凹形的角焊縫，焊縫金屬與母材間應平過渡，不得在其表面留下切痕。保持焊接面的平整度，防止因長時間焊接產(chǎn)生鋼板變形，連續(xù)多層施焊，焊道及時檢查，清除缺陷后再焊。焊接后用角磨機打磨至光滑，24小時后進行力學性能檢測和疲勞性能檢測，結(jié)果應符合相關規(guī)范規(guī)定，檢測后做防銹處理，確保安裝質(zhì)量符合規(guī)范《建筑消能減震技術規(guī)程》（JGJ 297-2013）驗收標準。

3.2 梁截面加大加固技術應用

工程采用梁截面加大U型三側(cè)包套的加固技術，用砼增大構件的截面面積和配筋，用以提高構件的強度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，以達到提高結(jié)構承載能力的目的。

界面處理：鑿毛舊砼界面采用機具磨毛處理砼表面，用風鎬鑿除砼毛面深度10mm，用鋼絲刷和清水把鑿毛界面清洗。采用沖擊電鉆鉆孔，孔位避開原結(jié)構內(nèi)部鋼筋，孔深≥18d符合要求。清孔時先刷孔壁，在用吹風機吹出孔內(nèi)粉塵。從孔底注入植筋膠以滿為標準，U型箍筋旋轉(zhuǎn)插孔內(nèi)深度符合要求，植筋后5小時后方可開展鋼筋綁扎。

鋼筋工程：進場鋼筋分批分次報驗送檢，鋼筋驗收合格才可切割、彎箍制作。加大截面梁底箍筋低于兩側(cè)原結(jié)構梁底，用U型箍植入原結(jié)構梁底或柱側(cè)吊筋連接，箍筋間距加密為100mm。焊接采用單面焊焊接連接長≥10d，焊接接頭相互錯開，焊縫飽滿、無渣。鋼筋綁扎保證不偏位扎，雙向受力的鋼筋滿扎牢固，箍筋彎鉤疊合處應沿受力鋼筋方向錯開設置。

模板工程：模板按圖紙放樣尺寸配拼裝柱、梁模板，模板表面涂刷脫模劑，側(cè)模直角搭于底膜至舊結(jié)構板底，保證U型三側(cè)模板接縫嚴密，達到整體模板不漏漿，用40mmX80mm木枋斜撐壓緊木枋固定梁、板。支模架采用間距900mm門型鋼管扣件，梁底縱橫方向用鋼管配扣件方式緊固鎖定，設掃地桿鞏固架體。

灌漿工程：采用橫式高壓注漿機壓力灌漿施工，灌漿料采用HGM-1型高強無收縮灌漿料（豆石加固型高強無收縮灌漿料，簡稱灌漿料）與原砼粘結(jié)強度＞2.5MPa。灌漿前24小時淋水養(yǎng)護界面，灌漿前1小時清理積水。灌漿前按模板距離1500mm-2000mm，鉆50mm錐形灌漿孔，且每道梁孔數(shù)≥3處。灌漿從一側(cè)點灌漿，至第二點溢出,按此順序施灌排出空氣，不得同時多點灌漿。機械攪拌時不摻外加劑，加灌漿料同時加入清水（清水按配合比9-10%用量，用刻度的桶添加），通過1-2分鐘攪拌形成糊狀物，倒入高壓注漿機開始壓力灌漿。采用直流平無振搗灌漿，合理調(diào)整灌漿時間，中途全程攪拌、灌漿等工序連續(xù)施工。出現(xiàn)少量漏漿時及時停止，采用發(fā)泡劑、膠帶等封堵處理后繼續(xù)施灌。遇到突發(fā)事件需暫停時，將灌漿管插入灌漿機入料口循環(huán)回漿。暫停時間超出攪拌30分鐘的，超時無法繼續(xù)的將漿料報廢處置。

控制要點：按《關于進一步完善本市建設工程材料備案管理的通知》（滬建建材[2017]1089 ）號文中規(guī)定，材料自驗并備案，灌漿料、細石骨料、高壓注漿機各類參數(shù)均須符合要求，報業(yè)主、監(jiān)理單位審核通過。實行灌漿令制度，報監(jiān)理旁站監(jiān)督，全程拍攝灌漿視頻，視頻文件按層數(shù)、軸線梁、柱位編號分類歸檔保存。同條件養(yǎng)護抗壓強度試件，標準養(yǎng)護28d試件，抗壓強度未達到35N/mm2，延長對梁、柱后續(xù)施工。

3.3 粘貼碳纖維布施工

碳纖維加固技術是20世紀80年代末、90年代初在美、日等發(fā)達國家興起的一項結(jié)構加固技術，該方法通過將抗拉強度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預浸成為復合增強材料（單向連續(xù)纖維），用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結(jié)構上，形成一個新的復合體，使增強材料與原砼共同受力，增大結(jié)構的抗裂或抗剪能力，提高結(jié)構的強度、剛度、抗裂性和延伸性[7]。

工程粘貼碳纖維布加固位置主樓區(qū)、裙房區(qū)總粘貼面積約10000m2左右，加固詳細用于抗剪和抗彎不足的砼梁、樓板，也用于板底和新開洞口結(jié)構梁板等部位。碳纖維布單向織布高強Ⅰ型，采用300g/㎡，厚度0.167mm，抗拉輕度≥3000MPa。碳纖維布和A級改性環(huán)氧樹脂膠粘劑均符合《纖維增強復合材料加固混凝土結(jié)構技術規(guī)程》（DG/TJ08-012-2017)的規(guī)定，配置專用膠性能指標詳見下表。

鑿除混凝土表層存在的腐蝕、蜂窩等各種不良區(qū)域，對于大面積劣質(zhì)層，鑿除之后，要采用聚合物水泥砂漿修復[8]。粘貼碳纖維和混凝土的膠粘劑，配套采用底涂、修補/找平膠料、粘膠等三種膠粘劑組成，膠料配合比為主劑和固化劑2:1的配制混合攪拌，組織對膠料檢查驗收并上報，完成粘貼材料調(diào)配與攪拌之后，底涂膠用滾筒刷將膠均勻涂抹于混凝土表面，在涂抹時要控制好速度底膠厚度不超過0.4mm，涂抹要保持均勻。

碳纖維片材與砼之間的總有效粘結(jié)面積≥95%，非錨固區(qū)≥85%，嚴格依據(jù)規(guī)范要求裁剪碳纖維布，粘貼時應平整無褶皺，沿受力方向搭接≥200mm，貼后用特別光滑磙子在碳纖維布表面沿同一方向多次滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面。用目測和敲擊檢查粘貼部位，標記空鼓范圍，空鼓＜10000mm2，針管注膠進行補救，空鼓＞10000mm2時，將空鼓處的碳纖維片材切除，搭接＞l00mm貼碳纖維片補貼。待表面指觸全部干燥完全固化后，梁板頂區(qū)表面采用5mm抗裂砂漿+1.5h耐火極限的防火涂料防護，樓面采用覆蓋措施后續(xù)找砂漿平層進行防護（如圖3）。

圖3 安全檢查

3.4 錨粘鋼板加固技術應用

工程采用錨粘鋼板是用膠粘劑粘貼于舊混凝土柱、梁等構件基礎上在增加錨固鉚釘加固鋼板，利用鋼板的高抗拉強度增強原構件的剛度，共同受力，提高建筑承載力[9]。

工程錨粘鋼板材料采用Q355B級，厚度5mm，化學錨栓采用M20螺栓及JGN建筑結(jié)構膠。柱、梁根部選用L型垂直外包鋼板，柱、梁下襯位鋼板采用全包型包鋼，錨栓孔距采用100mm-200mm。柱、梁根部錨粘鋼板采用粘鋼板條錨固，現(xiàn)場復核放樣下料切割鋼材，鉆錨栓孔，鋼板先預貼于混凝土面上，臨時固定鋼板與砼接觸面，無縫隙、翹角全面敷貼到位，在用筆做好孔點標記并鉆孔，錨栓螺栓孔深18d，吹凈孔內(nèi)灰塵，再次復校孔深和孔位均符合要求，植筋化學錨栓。

粘鋼前用打磨舊砼表面，并用丙酮擦凈，鋼板粘結(jié)面采用角磨機除銹打磨出金屬面，并用丙酮仔細擦拭干凈。JGN建筑結(jié)構膠按使用說明書稱重調(diào)制配合比，分開攪拌甲、乙兩組膠，在將兩組混合一起攪拌調(diào)制膠。涂抹在處理好的鋼板和舊砼面，豎向涂膠上厚下薄，水平涂膠中間厚邊緣薄，然后將兩者粘貼到一起。安裝緊固錨固螺栓、梁根部用鑄鐵配重塊加壓鋼板底面和側(cè)面，柱、梁下襯位粘鋼板采用鋼支撐螺栓加壓，至鋼板周邊膠液擠出為標準。待固化后24小時后卸去配重，進行密實度檢查，確定有效粘貼面達到要求并在72小時后待結(jié)構膠完全固化后，除去殘膠、銹蝕，刷兩道防銹漆，樓面后續(xù)澆砼防護。

4 結(jié)語

結(jié)構加固技術應用在曜影醫(yī)院項目結(jié)構加固改造中，在安全性、經(jīng)濟性都體現(xiàn)出了不錯價值。工程結(jié)構加固包括靜力砼切割、舊管道拆除、植筋、化學螺栓加固等施工技術應用就不一一列舉。本文重點豎向構件加固（屈曲約束支撐、黏滯阻尼器墻）梁截面加大、粘貼碳纖維、錨粘鋼板、等技術施工在進行全面分析基礎上，結(jié)合工程具體情況，采取合理技術，對項目進行適當改造，提高醫(yī)院結(jié)構的穩(wěn)定性，確保其在后期應用過程中，不會出現(xiàn)裂紋、傾斜、倒塌等各種事故。