現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固設(shè)計分析

夏洪浪

（北京漢華建筑設(shè)計有限公司結(jié)構(gòu)所）

地震是一種自然災(zāi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震鑒定及加固設(shè)計分析至關(guān)重要，旨在確保建筑在地震發(fā)生時能夠保持結(jié)構(gòu)完整性，降低災(zāi)害風(fēng)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(biāo)是對現(xiàn)有醫(yī)院建筑進行改造和擴建，以適應(yīng)新的醫(yī)療服務(wù)需求，提高建筑的抗震性能。改造工程的基礎(chǔ)形式采用箱型基礎(chǔ)，其中在111 軸線處設(shè)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，簡稱為外科樓B。兩個部分之間設(shè)置了150mm寬的抗震縫。該建筑原始設(shè)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(shè)施。同時，建筑功能也逐漸發(fā)生改變，涉及到設(shè)備相關(guān)的管線和管道問題，需要重新留設(shè)設(shè)備基礎(chǔ)和處理未預(yù)留的樓板洞。此外，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB50223-2008)，本工程的抗震類別應(yīng)劃分為乙類。在蘇州市，目前的抗震設(shè)防烈度為7 度，因此本工程的抗震要求將按照7度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類要求進行。

2 現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在地震等自然災(zāi)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(jié)構(gòu)相關(guān)的資料。對于蘇州某醫(yī)院改擴建工程，這包括原始設(shè)計文件、施工記錄、結(jié)構(gòu)圖紙等，以便了解建筑的歷史、設(shè)計參數(shù)和施工質(zhì)量。同時，利用現(xiàn)代建模技術(shù)進行三維建模，以準(zhǔn)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(shè)防要求，確定適用的地震設(shè)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(yīng)力、應(yīng)變和變形，這有助于了解建筑在地震情況下的響應(yīng)情況[1]。

同時，對建筑結(jié)構(gòu)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(gòu)件連接、框架等方面的詳細檢查，以確定結(jié)構(gòu)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(yīng)重視評估建筑結(jié)構(gòu)的剛度和耐震性，涵蓋了考慮結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)注與新功能相關(guān)的管線和管道，以及任何未預(yù)留的樓板洞。最后，根據(jù)以上的評估結(jié)果，對建筑的抗震性能進行評級，通常采用標(biāo)準(zhǔn)的評級體系，以確定建筑是否滿足當(dāng)前的抗震要求。這個評級結(jié)果將為建筑的所有者和相關(guān)利益相關(guān)者提供了解建筑結(jié)構(gòu)安全性的重要信息，并指導(dǎo)后續(xù)的改進和加固工作。

3 現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計分析

在對蘇州某醫(yī)院改擴建工程的現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)進行抗震鑒定后，為滿足7 度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類的抗震要求，需要明確加固原因，以便采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)，確保建筑質(zhì)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(jié)構(gòu)抗震鑒定和加固設(shè)計的復(fù)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(yīng)新的醫(yī)療服務(wù)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(wù)需求和醫(yī)療技術(shù)的進步，導(dǎo)致醫(yī)院內(nèi)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(shè)備和服務(wù)部門需要新的房間和基礎(chǔ)設(shè)施，包括設(shè)備室、手術(shù)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(yīng)更現(xiàn)代、高效的醫(yī)療服務(wù)，這種功能性變化需要重新設(shè)計房間的載荷承受能力和結(jié)構(gòu)支撐。

環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范版本變化：建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定和加固設(shè)計需要遵守當(dāng)前的建筑環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。如果原建筑設(shè)計是在較早的標(biāo)準(zhǔn)版本下完成的，那么新的建筑規(guī)范版本會對結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)的荷載系數(shù)為1.3D+1.5L，這一變化意味著結(jié)構(gòu)要能夠承受更大的荷載。然而，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)未滿足這些要求，就需要進行加固工作，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

設(shè)備相關(guān)管線和管道問題：隨著醫(yī)院服務(wù)的不斷更新和設(shè)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(shè)備和管線需要在建筑結(jié)構(gòu)中留設(shè)設(shè)備基礎(chǔ)和處理未預(yù)留的樓板洞，這種操作會對原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因此需要對結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和加固，以適應(yīng)這些變化。

3.2 加固技術(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)件的截面尺寸來提高構(gòu)件的承載能力。在蘇州某醫(yī)院改擴建工程中，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能要求7 度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，這意味著需要采用高效且可行的加固技術(shù)來增強結(jié)構(gòu)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(shù)，可以通過在原有結(jié)構(gòu)的柱、梁和其他承載構(gòu)件上增加新的混凝土或鋼材，從而增加構(gòu)件的承載能力和抗震性能[2]。

⑴結(jié)構(gòu)柱的加固

在外科樓A 和外科樓B 的框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震改造中，結(jié)構(gòu)柱的加固是至關(guān)重要的一步，它關(guān)系到整個建筑的抗震性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

全面評估結(jié)構(gòu)柱的情況是整個加固過程的基礎(chǔ)，這個步驟的主要目標(biāo)是深入了解原始結(jié)構(gòu)柱的狀況，包括其截面尺寸、鋼筋配筋、混凝土質(zhì)量等關(guān)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(zhǔn)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(guān)結(jié)構(gòu)柱當(dāng)前承載能力和抗震性能的信息。在結(jié)構(gòu)評估的基礎(chǔ)上，工程師可以進行截面設(shè)計，這一階段的任務(wù)是確定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)柱的截面尺寸。設(shè)計過程需要考慮到建筑的整體結(jié)構(gòu)，以確保加固后的柱能夠與周圍的構(gòu)件協(xié)調(diào)工作。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)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(shè)計方案后，需要嚴格按照設(shè)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(shè)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(zhì)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(zhì)量控制和監(jiān)督，以確保加固后的結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震設(shè)計要求，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 結(jié)構(gòu)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(guān)鍵的抗震改造措施之一，這一過程涉及了結(jié)構(gòu)評估、設(shè)計增大截面和施工加固等重要步驟，以確保整個建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)評估是關(guān)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(zhì)量等關(guān)鍵參數(shù)[4]。通過仔細的檢查和測試，確定了這些結(jié)構(gòu)元件的現(xiàn)狀，以便為后續(xù)的加固工作提供依據(jù)。在結(jié)構(gòu)評估的基礎(chǔ)上，工程師會設(shè)計合適的梁和樓板加固方案，包括了多個關(guān)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(shè)計的目標(biāo)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(jié)構(gòu)柱協(xié)同工作。其次，基于設(shè)計方案開展加固實踐。在這個階段，工程隊將根據(jù)設(shè)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(zhì)量，確保混凝土澆筑的質(zhì)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(jié)構(gòu)能夠滿足抗震設(shè)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(gòu)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(zhì)量和可靠性。

首先，應(yīng)做好表面準(zhǔn)備工作。施工人員應(yīng)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(jié)構(gòu)表面，以去除塵土、污垢和任何可能影響粘結(jié)的物質(zhì)。通常使用高壓水槍或其他適當(dāng)?shù)那鍧嵐ぞ邅硗瓿蛇@一任務(wù)。在清潔完成后，需確保結(jié)構(gòu)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(fēng)或加熱設(shè)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(guān)鍵的一步，需要按照設(shè)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(jié)構(gòu)表面上，確保覆蓋范圍和厚度符合設(shè)計要求。粘合劑的質(zhì)量和均勻性對于粘合的牢固至關(guān)重要。隨后，將預(yù)先剪裁好的碳纖維布按照設(shè)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(shè)計要求多層粘貼，每層的碳纖維布應(yīng)該按照設(shè)計的方向和位置依次粘貼。每一層的粘合劑應(yīng)該等待適當(dāng)?shù)墓袒瘯r間，以確保每層之間的黏結(jié)。

最后，在整個施工過程中，需要進行嚴格的質(zhì)量控制，以確保加固層的質(zhì)量和可靠性。施工人員應(yīng)確保粘合劑均勻涂布在整個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)加固方法，適用于需要提高構(gòu)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(guān)鍵的改造措施。

施工過程的首要步驟是對結(jié)構(gòu)表面進行充分的準(zhǔn)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(jié)構(gòu)表面上的塵土和雜物，可以通過高壓水槍、刷子或其他適當(dāng)?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(dāng)?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(jié)構(gòu)表面是否存在松動的混凝土或損傷。必須修復(fù)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(zhǔn)備的結(jié)構(gòu)表面上均勻涂抹粘合劑，確保粘合劑的涂布厚度符合設(shè)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(zhì)量和均勻性對于后續(xù)的黏附至關(guān)重要。其次，將預(yù)先制作好的高強度鋼板按照設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)表面的緊密接觸。

4 結(jié)束語

綜上所述，抗震鑒定與加固設(shè)計是建筑工程領(lǐng)域中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其直接關(guān)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(shù)的進步，積極應(yīng)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(zāi)害面前更加從容和安全。