既有建筑屋面增加设备结构简便加固改造方法

李朝辉，李小洁，张 涛

（1.河北辛建建设集团有限公司，石家庄 050021；2.河北建研工程技术有限公司，石家庄 050021；3.河北建研科技有限公司，石家庄 050021）

1 工程概况

随着国家对医疗保障体系的进一步改善，国内的医疗需求日益增加，新一轮的医疗用房改造高潮即将来临。本文以某医院护理楼改造加固设计为例，介绍既有建筑屋面增加设备结构简便加固改造方法。该建筑物结构形式为钢筋混凝土框架结构，共计6层，建筑面积约6 800m2，预制板楼板。现主体建筑原设计时间为1994年，距今已有20年，原设计使用功能为护理楼，现在医院拟将其改造为宿舍楼兼具培训功能。建筑功能的改变引起局部房间的活荷载变大，依据《民用建筑防火设计规范》GB50016－2006的规定，需在屋面增设重约18t的消防水箱（图1），给结构加固带来较大的难度。

图1 屋顶新增水箱结构图

2 结构改造技术原则

结构加固是以提高或恢复建筑物结构降低的或已丧失的可靠性，使其失去部分抗力的构件或结构重新获得或大于原有抗力为目的，结构加固的一般原则应包括以下几点：避免一些不必要的更换及拆除，如果设计时的安全储备可以利用，通过修补就可以解决问题的不应进行加固；新加构件时，应做到强节点弱构件，保证锚固连接的承载力大于构件承载力，使构件破坏先于节点破坏；既有房屋的改造应按现行规范进行；改造前后尽量减少对原结构的扰动。

3 改造加固设计难点

由于加固前结构已经承受荷载，产生了应力应变，已存在一定的压缩变形、弯曲变形等，同时原结构的收缩变形已经完成，扩截面加固后的构件工作虽属于一次受力，但由于受二次施工的影响，其整体截面的性能仍然不如一次施工的新构件。加固构件的这些受力特征，决定了混凝土结构的加固设计计算、构造及施工，不同于新建混凝土结构。

4 计算分析

4.1 原结构受力计算

该建筑始建于上世纪90年代，在当时，大量钢筋混凝土框架结构原设计的依据和标准过低，加之耐久性及结构已有损伤等因素的影响，该楼抗震性能较低。在明确结构改造技术原则的前提下，首先采用有限元分析软件SATWE 对该工程在改造加固前的结构进行分析验算，找出原结构在结构性能明显弱化的方面。验算结果见图3。与原结构配筋（图2）相比较可知，直接承受设备荷载的框架梁承载力明显不足，与实际配筋差距在40%以上。需要同时对梁、柱进行扩截面加固。

图2 原结构SATWE验算结果（实配钢筋面积）

图3 加荷载后SATWE验算结果

4.2 结构加固计算

为了减少扩截面加固工作量，本工程在原结构上部新增一个结构层用于承担设备荷载，将设备架空（图4）。在PMCAD 里创建层间梁，将设备荷载导为局部线荷载布置于新建层间梁上。这样使新加设备与原屋面梁脱离，将设备荷载直接传递给相邻框架柱。同时新建梁与原结构柱的连接选用铰接，即不传递弯矩，使原框架柱局部变成短柱，对箍筋量和加密高度的要求有提高，可以采用外粘环向碳纤维布或者是外粘环向钢板的方法来解决。处理后SATWE计算结构见图5。把图2和图5配筋计算结果进行对比，可以看出加设备后对原主体结构配筋影响很小。

5 施工措施

（1）新加构件采用无收缩灌浆料成型，强度等级比原结构提高一级。灌浆料属于无机材料，主要成分中含有普通硅酸盐水泥，与混凝土的本体一致，与混凝土结构材性接近，不会形成材质不相容的隔离层。灌浆料与原混凝土的毛细管互相连通，水泥胶体能够相互渗透，对界面产生自愈合效应，相容性好。施工时先对新旧混凝土结合面凿毛，用清水冲洗后刷界面剂，保证新浇混凝土与原混凝土可靠结合，使混凝土承担剪力，保证钢筋受拉；

（2）新加构件的钢筋与原结构采用钻孔植筋连接，植筋连接用于新构件及原结构构件之间的连接时，应保证植筋强度，才能使这种连接有效、可靠。应选用无锈的钢筋，对于钢筋锈蚀的部分，可用砂纸打磨除锈，至露出金属光泽为止，钢筋锚固部分用丙酮冲洗干净；

（3）植筋用胶的质量、品种要有保证，必须选用专门配置的改性环氧树脂胶粘剂，胶体性能和粘结能力满足A 级胶要求，注胶饱满。

图5 增加结构层后SATWE计算结果

6 结论

本文根据现有结构改造加固工程的实例，提出了在屋顶增加设备的新方法，介绍了从设计到施工的全过程。经过实践验证，该方法有效的减少对原有结构的影响，并且施工简便，减少新旧混凝土结合的面积，有效保证加固后结构的继续使用。

［1］ 陈婷婷.现有建筑结构抗震鉴定及加固设计研究［D］.北京：北京工业大学，2012.

［2］ GB50367－2006，混凝土结构加固设计规范［S］.