某醫(yī)院住院樓框架結(jié)構(gòu)的加固改造設(shè)計(jì)

文/汪盛 湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

1、工程概況

某醫(yī)院大樓位于湖南省長(zhǎng)沙市，原結(jié)構(gòu)十層框架結(jié)構(gòu)，地下一層，地上十層，建筑高度38.4m。現(xiàn)因建設(shè)年代久遠(yuǎn)平面布局缺陷日益明顯、設(shè)備陳舊，部分科室業(yè)務(wù)發(fā)展空間嚴(yán)重不足，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的就醫(yī)需求，現(xiàn)已超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)多時(shí)。為使之能夠滿足現(xiàn)代化醫(yī)院建設(shè)的需要、適應(yīng)現(xiàn)代化醫(yī)療業(yè)務(wù)的發(fā)展。將門急診樓進(jìn)行改擴(kuò)建及醫(yī)療流程設(shè)計(jì)。

主要加固改造內(nèi)容有：1.二層～五層17～25區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)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(jìn)行調(diào)整，新地部分設(shè)備用房、機(jī)房和衛(wèi)生間。

本次抗震設(shè)防烈度6度，抗震設(shè)防分類為乙類，按6度進(jìn)行抗震作用計(jì)算，并按7度采取抗震構(gòu)造措施。設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05g, 設(shè)計(jì)地震分組為第一組, 建筑場(chǎng)地類別為二類場(chǎng)地。地震影響系數(shù)αmax=0.04，場(chǎng)地反應(yīng)譜特征周期Tg=0.45s。

為對(duì)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(cè)鑒定資質(zhì)的單位對(duì)房屋結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行系統(tǒng)全面的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明結(jié)構(gòu)主體和各主要受力構(gòu)件工作正常。但因該建筑建造于2004年，因規(guī)范的更新，其設(shè)計(jì)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(duì)該樓進(jìn)行全面加固改造。 其標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖如圖1。

2、加固改造

2.1 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)原則

對(duì)于加固工程，設(shè)計(jì)方案的選擇不僅要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，具有可實(shí)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(shè)計(jì)規(guī)范的要求，加固后的建筑物應(yīng)能滿足使用功能的升級(jí)及抗震構(gòu)造要求。同時(shí)要本著經(jīng)濟(jì)合理的宗旨，節(jié)約造價(jià)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

2.2 加固設(shè)計(jì)

2.2.1 加固計(jì)算

對(duì)主體結(jié)構(gòu)采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊YJK-A 1.8.0進(jìn)行整體計(jì)算。該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本加速度值為0.05 g，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011-2010) 》中的要求,框架抗震等級(jí)為四級(jí)。機(jī)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(jiàn)圖2。

根據(jù)改造前的檢測(cè)報(bào)告，Ⅰ、Ⅱ區(qū)塊混凝土抗壓強(qiáng)度回彈法推定等級(jí)為C40～C45，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)按C40取值。

圖2 加固模型示意圖

2.3 結(jié)構(gòu)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(kāi)間為6.6m,進(jìn)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(wú)變化，僅部分區(qū)域新砌輕質(zhì)隔墻。結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)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(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震及耐久性的處理。設(shè)計(jì)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(gòu)件承載力不足的加固。因醫(yī)院尚在營(yíng)業(yè)，各交通運(yùn)輸通道受限，且醫(yī)院為人流密集區(qū)域，白天無(wú)法進(jìn)行正常作業(yè)，僅晚上可進(jìn)行施工，經(jīng)過(guò)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(jiàn)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(yáng)光的直接照射下粘結(jié)劑易老化,影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命,故需在碳纖維外側(cè)再增設(shè)粉刷保護(hù)層。粉刷保護(hù)層施工需待樹(shù)脂硬化后進(jìn)行,此時(shí)可先刷一層膠并噴灑細(xì)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(jié)構(gòu)抗震性能并滿足耐久性的要求。

圖5 體外預(yù)應(yīng)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(kāi)間為6.6m,進(jìn)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(jī)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(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)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(duì)原有梁、柱進(jìn)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(jià)低、耐久性好等優(yōu)點(diǎn),但自重會(huì)有所增加，且現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)較多、施工工期較長(zhǎng)。而后者的優(yōu)缺點(diǎn)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(chǎng)點(diǎn)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(yù)應(yīng)力法，由于加大截面法施工周期長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)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(fù)核計(jì)算后,承載力需要大幅度提高,這樣體外預(yù)應(yīng)力加固成為首選。對(duì)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(jiàn)圖5。

2.3.2 樓板加固

由于大樓改造后部分房間改為機(jī)房等,因此設(shè)計(jì)恒載、活載均有所增加。按照計(jì)算要求，須對(duì)樓板進(jìn)行加固處理。造價(jià)、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(chǔ)加固

該建筑物Ⅰ、Ⅱ區(qū)塊使用近20年，均為樁筏基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)多年的使用，地基土已固結(jié)完成，地基沉降已趨于穩(wěn)定,結(jié)合《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)(GB50023-2009)》和以往經(jīng)驗(yàn),樁基礎(chǔ)持力層在長(zhǎng)期壓縮和固結(jié)作用下承載力可提高20%左右。在設(shè)計(jì)過(guò)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(chǔ)可不進(jìn)行加固處理。

結(jié)語(yǔ)：

工程經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)施工已投入使用,使用至今,用戶反映良好。該工程設(shè)計(jì)實(shí)踐表明,在復(fù)雜的加固工程設(shè)計(jì)中,既要遵守設(shè)計(jì)規(guī)范要求,又要靈活掌握其實(shí)質(zhì),使加固手段簡(jiǎn)單實(shí)用,以滿足大規(guī)模加固工程的需要。