某医院住院楼框架结构的加固改造设计

文/汪盛 湖南省建筑设计院有限公司 湖南长沙 410000

1、工程概况

某医院大楼位于湖南省长沙市，原结构十层框架结构，地下一层，地上十层，建筑高度38.4m。现因建设年代久远平面布局缺陷日益明显、设备陈旧，部分科室业务发展空间严重不足，无法满足日益增长的就医需求，现已超负荷运转多时。为使之能够满足现代化医院建设的需要、适应现代化医疗业务的发展。将门急诊楼进行改扩建及医疗流程设计。

主要加固改造内容有：1.二层～五层17～25区域进行扩建；2.新增一部扶梯、一部电梯；3.部分梁板拆除、楼板封堵；4.平面功能进行调整，新地部分设备用房、机房和卫生间。

本次抗震设防烈度6度，抗震设防分类为乙类，按6度进行抗震作用计算，并按7度采取抗震构造措施。设计基本地震加速度值0.05g, 设计地震分组为第一组, 建筑场地类别为二类场地。地震影响系数αmax=0.04，场地反应谱特征周期Tg=0.45s。

为对建筑物现阶段工作状况有较为深入的了解，本次提质改造前由业主委托具备检测鉴定资质的单位对房屋结构主体进行系统全面的检测，检测结果表明结构主体和各主要受力构件工作正常。但因该建筑建造于2004年，因规范的更新，其设计已不能满足现行规范的要求。因此为了确保安全使用,满足使用功能要求,必须对该楼进行全面加固改造。 其标准层平面布置图如图1。

2、加固改造

2.1 结构加固设计原则

对于加固工程，设计方案的选择不仅要结合施工现场实际情况，具有可实施性，还必须满足承载力要求和使用性要求，符合现行加固设计规范的要求，加固后的建筑物应能满足使用功能的升级及抗震构造要求。同时要本着经济合理的宗旨，节约造价。

图1 标准层结构平面图

2.2 加固设计

2.2.1 加固计算

对主体结构采用盈建科建筑结构计算模块YJK-A 1.8.0进行整体计算。该地区抗震设防烈度为6度,设计基本加速度值为0.05 g，根据《建筑抗震设计规范(GB 50011-2010) 》中的要求,框架抗震等级为四级。机房均布活荷载取为8.0 kN /m2，走廊均布活荷载取为2.5kN/m2。加固模型示意图见图2。

根据改造前的检测报告，Ⅰ、Ⅱ区块混凝土抗压强度回弹法推定等级为C40～C45，结构计算时按C40取值。

图2 加固模型示意图

2.3 结构加固改造方案

2.3.1 框架梁、柱加固

Ⅰ区块柱网尺寸：开间为6.6m,进深为6.6m、7.8 m,中柱截面尺寸为800mm×900 mm,边柱截面尺寸为600 mm×800 mm,框架梁截面尺寸为300 mm ×600 mm。与原有平面功能相比，房间荷载几无变化，仅部分区域新砌轻质隔墙。结构计算复核表明原有框架梁、柱基本满足改造后使用荷载的要求,仅需对原有结构进行抗震及耐久性的处理。设计中考虑了两种方案：(1)碳纤维加固法；(2)粘贴钢板加固法。这两种加固方法均适用于一般情况下的受弯构件承载力不足的加固。因医院尚在营业，各交通运输通道受限，且医院为人流密集区域，白天无法进行正常作业，仅晚上可进行施工，经过多方面的考虑，Ⅰ区块框架梁、柱加固拟采用碳纤维加固方法，做法见图3、图4。

图3 碳纤维加固大样1

图4 碳纤维加固大样2

已加固的碳纤维布如在阳光的直接照射下粘结剂易老化,影响其结构强度和使用寿命,故需在碳纤维外侧再增设粉刷保护层。粉刷保护层施工需待树脂硬化后进行,此时可先刷一层胶并喷洒细砂,以增加其附着力。这样不仅完成了梁、柱的加固,还能在一定程度上提高结构抗震性能并满足耐久性的要求。

图5 体外预应力加固

图6 钢筋混凝土楼板加固大样

Ⅱ区块柱网尺寸：开间为6.6m,进深为6.6m、7.8 m,中柱截面尺寸为800mm×900 mm,边柱截面尺寸为600 mm×800 mm。此区域改造较大，新增机房、CT室、DR室等均集中在此区域，楼面活载增加较多，经结构计算复核表明原有框架梁、柱均不能满足改造后使用荷载的要求,因此需对原有梁、柱进行全面加固。框架柱加固考虑了加大截面法和粘钢法,由于加大截面法具有造价低、耐久性好等优点,但自重会有所增加，且现场湿作业较多、施工工期较长。而后者的优缺点正好与前者相反。考虑到Ⅱ区块柱子加固范围较多，但均不沿街,具有一定的施工场点等条件，最后确定采用加大截面法加固。框架梁加固则考虑了加大截面法、碳纤维加固法及体外预应力法，由于加大截面法施工周期长，现场湿作业多，加大截面法首先被排除了。另外，在现有荷载条件下，复核计算后,承载力需要大幅度提高,这样体外预应力加固成为首选。对于耐久性处理,仍采用了Ⅰ、Ⅱ区块的相同处理方法。做法见图5。

2.3.2 楼板加固

由于大楼改造后部分房间改为机房等,因此设计恒载、活载均有所增加。按照计算要求，须对楼板进行加固处理。造价、耐久性等方面综合考虑,采用粘贴钢板加固。

2.3.3 地基基础加固

该建筑物Ⅰ、Ⅱ区块使用近20年，均为桩筏基础，经过多年的使用，地基土已固结完成，地基沉降已趋于稳定,结合《建筑抗震鉴定标准(GB50023-2009)》和以往经验,桩基础持力层在长期压缩和固结作用下承载力可提高20%左右。在设计过程中充分利用这一潜力,尽可能使荷载增加控制在20%以内,这样基础可不进行加固处理。

结语：

工程经过设计施工已投入使用,使用至今,用户反映良好。该工程设计实践表明,在复杂的加固工程设计中,既要遵守设计规范要求,又要灵活掌握其实质,使加固手段简单实用,以满足大规模加固工程的需要。