現(xiàn)有建筑結構抗震鑒定及加固設計分析

夏洪浪

（北京漢華建筑設計有限公司結構所）

地震是一種自然災害，其破壞力無法低估。地震不僅威脅著人們的生命安全，還將會對建筑結構造成嚴重破壞，給社會和經(jīng)濟穩(wěn)定帶來嚴重挑戰(zhàn)。因此，建筑結構的抗震鑒定及加固設計分析至關重要，旨在確保建筑在地震發(fā)生時能夠保持結構完整性，降低災害風險，從而保護人們的生命財產(chǎn)安全。

1 工程概況

以蘇州某醫(yī)院改擴建工程為例，其處于蘇州新區(qū)和古城區(qū)的交界處，環(huán)境優(yōu)美。本工程的目標是對現(xiàn)有醫(yī)院建筑進行改造和擴建，以適應新的醫(yī)療服務需求，提高建筑的抗震性能。改造工程的基礎形式采用箱型基礎，其中在111 軸線處設置逢分開，形成兩個獨立的箱基。現(xiàn)有建筑可分為兩部分：第一部分是1-10 軸線，包括七層和部分八層，采用框架結構，簡稱為外科樓A；第二部分是11-20 軸線，包括十層和部分十二層，采用框架-剪力墻結構，簡稱為外科樓B。兩個部分之間設置了150mm寬的抗震縫。該建筑原始設計完成于1980年，已有31 年的使用歷史。由于建筑功能的變化，一些房間的活荷載增加，必須增加電梯等必要設施。同時，建筑功能也逐漸發(fā)生改變，涉及到設備相關的管線和管道問題，需要重新留設設備基礎和處理未預留的樓板洞。此外，根據(jù)《建筑工程抗震設防分類標準》(GB50223-2008)，本工程的抗震類別應劃分為乙類。在蘇州市，目前的抗震設防烈度為7 度，因此本工程的抗震要求將按照7度標準設防類要求進行。

2 現(xiàn)有建筑結構抗震鑒定

針對蘇州某醫(yī)院改擴建工程的抗震鑒定是一項重要的工程活動，旨在評估已經(jīng)存在的建筑結構在地震等自然災害面前的抗震性能，以確保建筑在緊急情況下的安全性。

鑒定過程的第一步是搜集與建筑結構相關的資料。對于蘇州某醫(yī)院改擴建工程，這包括原始設計文件、施工記錄、結構圖紙等，以便了解建筑的歷史、設計參數(shù)和施工質量。同時，利用現(xiàn)代建模技術進行三維建模，以準確描述建筑的幾何形狀和材料特性，這將有助于后續(xù)的分析和評估。接下來，根據(jù)蘇州市的抗震設防要求，確定適用的地震設計地震動參數(shù)，包括地震加速度、地震譜等。隨后進行地震荷載分析，計算建筑在不同地震作用下的應力、應變和變形，這有助于了解建筑在地震情況下的響應情況[1]。

同時，對建筑結構的現(xiàn)有強度進行評估是抗震鑒定的核心部分，包括對材料強度、構件連接、框架等方面的詳細檢查，以確定結構的強度和耐震性。對于蘇州某醫(yī)院改擴建工程，需要考慮建筑材料的實際狀況以及任何可能的強度退化。在這過程中，應重視評估建筑結構的剛度和耐震性，涵蓋了考慮結構的振動周期、自振頻率和變形能力等因素，這些因素將影響結構在地震中的穩(wěn)定性和變形情況。通過詳細的分析，可以識別存在的薄弱環(huán)節(jié)和問題區(qū)域，如連接件、柱子、墻體等。對于蘇州某醫(yī)院改擴建工程，需要特別關注與新功能相關的管線和管道，以及任何未預留的樓板洞。最后，根據(jù)以上的評估結果，對建筑的抗震性能進行評級，通常采用標準的評級體系，以確定建筑是否滿足當前的抗震要求。這個評級結果將為建筑的所有者和相關利益相關者提供了解建筑結構安全性的重要信息，并指導后續(xù)的改進和加固工作。

3 現(xiàn)有建筑結構加固設計分析

在對蘇州某醫(yī)院改擴建工程的現(xiàn)有建筑結構進行抗震鑒定后，為滿足7 度標準設防類的抗震要求，需要明確加固原因，以便采用適當?shù)募庸碳夹g，確保建筑質量。

3.1 加固原因分析

蘇州某醫(yī)院改擴建工程是一個涉及建筑結構抗震鑒定和加固設計的復雜項目，這個工程旨在對現(xiàn)有醫(yī)院建筑進行擴建，以適應新的醫(yī)療服務需求，提高建筑的抗震性能。

房間功能布局變化：隨著時間的推移，醫(yī)院的服務需求和醫(yī)療技術的進步，導致醫(yī)院內部的房間布局和用途發(fā)生了重大變化。一方面，新的醫(yī)療設備和服務部門需要新的房間和基礎設施，包括設備室、手術室、放射治療室等。另一方面，某些原有的房間需要重新布局，以適應更現(xiàn)代、高效的醫(yī)療服務，這種功能性變化需要重新設計房間的載荷承受能力和結構支撐。

環(huán)境標準和規(guī)范版本變化：建筑結構抗震鑒定和加固設計需要遵守當前的建筑環(huán)境標準和規(guī)范。如果原建筑設計是在較早的標準版本下完成的，那么新的建筑規(guī)范版本會對結構要求有所改變。例如，荷載系數(shù)會有所不同，該醫(yī)院原來的荷載系數(shù)為1.2D+1.4L，而現(xiàn)行標準的荷載系數(shù)為1.3D+1.5L，這一變化意味著結構要能夠承受更大的荷載。然而，現(xiàn)有結構未滿足這些要求，就需要進行加固工作，以確保結構的穩(wěn)定性和安全性。

設備相關管線和管道問題：隨著醫(yī)院服務的不斷更新和設備的更換，需要將管線和管道進行重新布置，包括電力、通信、給排水等方面。這些新的設備和管線需要在建筑結構中留設設備基礎和處理未預留的樓板洞，這種操作會對原有結構產(chǎn)生影響，因此需要對結構進行調整和加固，以適應這些變化。

3.2 加固技術應用

3.2.1增大截面加固法

增大截面加固法適用于具有一定結構構件剩余強度，但不滿足新的抗震要求的情況。在這種情況下，可以通過增加構件的截面尺寸來提高構件的承載能力。在蘇州某醫(yī)院改擴建工程中，建筑結構的抗震性能要求7 度標準設防類，這意味著需要采用高效且可行的加固技術來增強結構的抗震能力。其中，增大截面加固法是一種常見且有效的加固技術，可以通過在原有結構的柱、梁和其他承載構件上增加新的混凝土或鋼材，從而增加構件的承載能力和抗震性能[2]。

⑴結構柱的加固

在外科樓A 和外科樓B 的框架結構和框架-剪力墻結構的抗震改造中，結構柱的加固是至關重要的一步，它關系到整個建筑的抗震性能和結構穩(wěn)定性。

全面評估結構柱的情況是整個加固過程的基礎，這個步驟的主要目標是深入了解原始結構柱的狀況，包括其截面尺寸、鋼筋配筋、混凝土質量等關鍵參數(shù)。評估的過程需要高度專業(yè)的知識和技能，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。通過仔細的檢查和測試，工程師可以獲得有關結構柱當前承載能力和抗震性能的信息。在結構評估的基礎上，工程師可以進行截面設計，這一階段的任務是確定結構柱加固所需的截面尺寸和鋼筋數(shù)量[3]。為了提高承載能力和抗震性能，必須增大結構柱的截面尺寸。設計過程需要考慮到建筑的整體結構，以確保加固后的柱能夠與周圍的構件協(xié)調工作。此外，根據(jù)結構柱的位置和受力情況，還需要確定合適的鋼筋配筋方案，以保證柱的受力均勻分布和強度滿足要求。

在確定設計方案后，需要嚴格按照設計方案執(zhí)行加固操作。首先，需要拆除原有的混凝土外包層，以便為新的截面增大提供空間。接下來，施工人員將按照設計要求增加新的混凝土，并加固鋼筋骨架。在施工過程中，需要確保混凝土的澆筑質量和固化過程以及鋼筋的正確布置和焊接。施工現(xiàn)場需要進行嚴格的質量控制和監(jiān)督，以確保加固后的結構能夠滿足抗震設計要求，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 結構柱加固數(shù)據(jù)

⑵梁和樓板的加固

梁和樓板的加固是蘇州某醫(yī)院改擴建工程中關鍵的抗震改造措施之一，這一過程涉及了結構評估、設計增大截面和施工加固等重要步驟，以確保整個建筑結構的一致性和抗震性能的提升。

首先，對梁和樓板的原始截面進行詳細的結構評估是關鍵的，評估的目的是深入了解原始梁和樓板的受力性能和抗震性能。在這個階段，工程師會考察梁和樓板的尺寸、鋼筋配筋情況、混凝土質量等關鍵參數(shù)[4]。通過仔細的檢查和測試，確定了這些結構元件的現(xiàn)狀，以便為后續(xù)的加固工作提供依據(jù)。在結構評估的基礎上，工程師會設計合適的梁和樓板加固方案，包括了多個關鍵決策，如增大截面尺寸、增加混凝土覆蓋層的厚度、加固鋼筋的數(shù)量和布置等。設計的目標是提高梁和樓板的承載能力和抗震性能，以確保它們能夠與已經(jīng)加固的結構柱協(xié)同工作。其次，基于設計方案開展加固實踐。在這個階段，工程隊將根據(jù)設計要求進行梁和樓板的加固工作，這涉及到拆除原有混凝土外包層，增加新的混凝土以及加固現(xiàn)有的鋼筋骨架。施工現(xiàn)場需要嚴格控制質量，確保混凝土澆筑的質量、固化過程的控制以及鋼筋的正確布置和焊接，這確保了加固后的結構能夠滿足抗震設計要求，同時保持建筑的一致性和完整性，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 梁和樓板加固數(shù)據(jù)

3.2.2粘碳纖維加固法

粘碳纖維加固法是一種有效的加固方法，適用于需要提高構件強度和延性的情況。在蘇州某醫(yī)院改擴建工程中，粘碳纖維加固法發(fā)揮著積極作用，它影響著加固效果的質量和可靠性。

首先，應做好表面準備工作。施工人員應去除松動的混凝土，以確保粘合層的穩(wěn)定性。同時，徹底清潔結構表面，以去除塵土、污垢和任何可能影響粘結的物質。通常使用高壓水槍或其他適當?shù)那鍧嵐ぞ邅硗瓿蛇@一任務。在清潔完成后，需確保結構表面完全干燥，以防止水分影響粘合劑的黏附性能。根據(jù)需要，可以使用通風或加熱設備來加速干燥過程[5]。

其次，進行碳纖維布的粘貼工作，這是整個施工過程中最關鍵的一步，需要按照設計要求仔細進行。施工人員先將環(huán)氧樹脂粘合劑均勻涂抹在結構表面上，確保覆蓋范圍和厚度符合設計要求。粘合劑的質量和均勻性對于粘合的牢固至關重要。隨后，將預先剪裁好的碳纖維布按照設計要求粘貼到已涂抹粘合劑的表面上。必須確保碳纖維布的粘貼過程均勻、平整，沒有皺褶或氣泡。如果設計要求多層粘貼，每層的碳纖維布應該按照設計的方向和位置依次粘貼。每一層的粘合劑應該等待適當?shù)墓袒瘯r間，以確保每層之間的黏結。

最后，在整個施工過程中，需要進行嚴格的質量控制，以確保加固層的質量和可靠性。施工人員應確保粘合劑均勻涂布在整個結構表面上，沒有漏涂或重疊部分。同時，檢查碳纖維布的粘貼過程中是否有皺褶、氣泡或未粘貼到位的情況，必要時進行修正。

3.2.3外粘鋼板加固法

外粘鋼板加固法是一種有效的結構加固方法，適用于需要提高構件強度和承載能力的情況。在蘇州某醫(yī)院改擴建工程中，由于建筑的年代較早，需要滿足更高的抗震要求，因此選擇了外粘鋼板加固法作為一項關鍵的改造措施。

施工過程的首要步驟是對結構表面進行充分的準備，以確保粘合劑和鋼板能夠牢固粘附，從而實現(xiàn)有效的加固。在施工之前，必須仔細清除結構表面上的塵土和雜物，可以通過高壓水槍、刷子或其他適當?shù)那鍧嵐ぞ邅硗瓿桑源_保表面干凈。如果有油污或其他污染物存在，必須采取適當?shù)那逑创胧员ＷC表面干燥且不受污染，通常會使用溶劑或去污劑來處理這些問題[6]。同時，檢查結構表面是否存在松動的混凝土或損傷。必須修復這些問題，以確保表面平整，沒有凹陷或突起。

隨后，將開展粘貼高強度鋼板工作。首先，在經(jīng)過準備的結構表面上均勻涂抹粘合劑，確保粘合劑的涂布厚度符合設計要求。通常在2-3 毫米之間，這需要使用精確的涂刷或滾筒來保證均勻的涂布。粘合劑的質量和均勻性對于后續(xù)的黏附至關重要。其次，將預先制作好的高強度鋼板按照設計要求的位置和方向粘貼到已涂抹粘合劑的表面上，鋼板的厚度可在2mm到6mm之間，寬度和長度根據(jù)具體情況進行選擇。在粘貼過程中，必須確保鋼板的粘貼過程均勻、平整，沒有出現(xiàn)皺褶、氣泡等。最后，粘合劑的固化時間應符合制造商的建議，以確保黏附的牢固性。在粘貼高強度鋼板時，需要施加適量的壓力，以確保鋼板與結構表面的緊密接觸。

4 結束語

綜上所述，抗震鑒定與加固設計是建筑工程領域中至關重要的環(huán)節(jié)，其直接關系到人們的生命財產(chǎn)安全。在不斷追求建筑工程的可持續(xù)發(fā)展和安全性的同時，我們必須緊跟技術的進步，積極應用新的方法和材料，以滿足未來建筑工程的需求。只有不斷提升抗震能力，才能在地震等自然災害面前更加從容和安全。