某醫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。現因建設年代久遠平面布局缺陷日益明顯、設備陳舊，部分科室業務發展空間嚴重不足，無法滿足日益增長的就醫需求，現已超負荷運轉多時。為使之能夠滿足現代化醫院建設的需要、適應現代化醫療業務的發展。將門急診樓進行改擴建及醫療流程設計。

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

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αmax=0.04，場地反應譜特征周期Tg=0.45s。

為對建筑物現階段工作狀況有較為深入的了解，本次提質改造前由業主委托具備檢測鑒定資質的單位對房屋結構主體進行系統全面的檢測，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，因規范的更新，其設計已不能滿足現行規范的要求。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，符合現行加固設計規范的要求，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。同時要本著經濟合理的宗旨，節約造價。

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。該地區抗震設防烈度為6度,設計基本加速度值為0.05 g，根據《建筑抗震設計規范(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。

根據改造前的檢測報告，Ⅰ、Ⅱ區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區塊柱網尺寸：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，僅部分區域新砌輕質隔墻。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。因醫院尚在營業，各交通運輸通道受限，且醫院為人流密集區域，白天無法進行正常作業，僅晚上可進行施工，經過多方面的考慮，Ⅰ區塊框架梁、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區塊柱網尺寸：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。此區域改造較大，新增機房、CT室、DR室等均集中在此區域，樓面活載增加較多，經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、耐久性好等優點,但自重會有所增加，且現場濕作業較多、施工工期較長。而后者的優缺點正好與前者相反。考慮到Ⅱ區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，現場濕作業多，加大截面法首先被排除了。另外，在現有荷載條件下，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區塊使用近20年，均為樁筏基礎，經過多年的使用，地基土已固結完成，地基沉降已趨于穩定,結合《建筑抗震鑒定標準(GB50023-2009)》和以往經驗,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,這樣基礎可不進行加固處理。

結語：

工程經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,既要遵守設計規范要求,又要靈活掌握其實質,使加固手段簡單實用,以滿足大規模加固工程的需要。