李朝輝，李小潔，張 濤

（1.河北辛建建設(shè)集團(tuán)有限公司，石家莊 050021；2.河北建研工程技術(shù)有限公司，石家莊 050021；3.河北建研科技有限公司，石家莊 050021）

1 工程概況

隨著國(guó)家對(duì)醫(yī)療保障體系的進(jìn)一步改善，國(guó)內(nèi)的醫(yī)療需求日益增加，新一輪的醫(yī)療用房改造高潮即將來臨。本文以某醫(yī)院護(hù)理樓改造加固設(shè)計(jì)為例，介紹既有建筑屋面增加設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便加固改造方法。該建筑物結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，共計(jì)6層，建筑面積約6 800m2，預(yù)制板樓板。現(xiàn)主體建筑原設(shè)計(jì)時(shí)間為1994年，距今已有20年，原設(shè)計(jì)使用功能為護(hù)理樓，現(xiàn)在醫(yī)院擬將其改造為宿舍樓兼具培訓(xùn)功能。建筑功能的改變引起局部房間的活荷載變大，依據(jù)《民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50016－2006的規(guī)定，需在屋面增設(shè)重約18t的消防水箱（圖1），給結(jié)構(gòu)加固帶來較大的難度。

圖1 屋頂新增水箱結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)改造技術(shù)原則

結(jié)構(gòu)加固是以提高或恢復(fù)建筑物結(jié)構(gòu)降低的或已喪失的可靠性，使其失去部分抗力的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)重新獲得或大于原有抗力為目的，結(jié)構(gòu)加固的一般原則應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：避免一些不必要的更換及拆除，如果設(shè)計(jì)時(shí)的安全儲(chǔ)備可以利用，通過修補(bǔ)就可以解決問題的不應(yīng)進(jìn)行加固；新加構(gòu)件時(shí)，應(yīng)做到強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，保證錨固連接的承載力大于構(gòu)件承載力，使構(gòu)件破壞先于節(jié)點(diǎn)破壞；既有房屋的改造應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行；改造前后盡量減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。

3 改造加固設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于加固前結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受荷載，產(chǎn)生了應(yīng)力應(yīng)變，已存在一定的壓縮變形、彎曲變形等，同時(shí)原結(jié)構(gòu)的收縮變形已經(jīng)完成，擴(kuò)截面加固后的構(gòu)件工作雖屬于一次受力，但由于受二次施工的影響，其整體截面的性能仍然不如一次施工的新構(gòu)件。加固構(gòu)件的這些受力特征，決定了混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)計(jì)算、構(gòu)造及施工，不同于新建混凝土結(jié)構(gòu)。

4 計(jì)算分析

4.1 原結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

該建筑始建于上世紀(jì)90年代，在當(dāng)時(shí)，大量鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)過低，加之耐久性及結(jié)構(gòu)已有損傷等因素的影響，該樓抗震性能較低。在明確結(jié)構(gòu)改造技術(shù)原則的前提下，首先采用有限元分析軟件SATWE 對(duì)該工程在改造加固前的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析驗(yàn)算，找出原結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)性能明顯弱化的方面。驗(yàn)算結(jié)果見圖3。與原結(jié)構(gòu)配筋（圖2）相比較可知，直接承受設(shè)備荷載的框架梁承載力明顯不足，與實(shí)際配筋差距在40%以上。需要同時(shí)對(duì)梁、柱進(jìn)行擴(kuò)截面加固。

圖2 原結(jié)構(gòu)SATWE驗(yàn)算結(jié)果（實(shí)配鋼筋面積）

圖3 加荷載后SATWE驗(yàn)算結(jié)果

4.2 結(jié)構(gòu)加固計(jì)算

為了減少擴(kuò)截面加固工作量，本工程在原結(jié)構(gòu)上部新增一個(gè)結(jié)構(gòu)層用于承擔(dān)設(shè)備荷載，將設(shè)備架空（圖4）。在PMCAD 里創(chuàng)建層間梁，將設(shè)備荷載導(dǎo)為局部線荷載布置于新建層間梁上。這樣使新加設(shè)備與原屋面梁脫離，將設(shè)備荷載直接傳遞給相鄰框架柱。同時(shí)新建梁與原結(jié)構(gòu)柱的連接選用鉸接，即不傳遞彎矩，使原框架柱局部變成短柱，對(duì)箍筋量和加密高度的要求有提高，可以采用外粘環(huán)向碳纖維布或者是外粘環(huán)向鋼板的方法來解決。處理后SATWE計(jì)算結(jié)構(gòu)見圖5。把圖2和圖5配筋計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以看出加設(shè)備后對(duì)原主體結(jié)構(gòu)配筋影響很小。

5 施工措施

（1）新加構(gòu)件采用無收縮灌漿料成型，強(qiáng)度等級(jí)比原結(jié)構(gòu)提高一級(jí)。灌漿料屬于無機(jī)材料，主要成分中含有普通硅酸鹽水泥，與混凝土的本體一致，與混凝土結(jié)構(gòu)材性接近，不會(huì)形成材質(zhì)不相容的隔離層。灌漿料與原混凝土的毛細(xì)管互相連通，水泥膠體能夠相互滲透，對(duì)界面產(chǎn)生自愈合效應(yīng)，相容性好。施工時(shí)先對(duì)新舊混凝土結(jié)合面鑿毛，用清水沖洗后刷界面劑，保證新澆混凝土與原混凝土可靠結(jié)合，使混凝土承擔(dān)剪力，保證鋼筋受拉；

（2）新加構(gòu)件的鋼筋與原結(jié)構(gòu)采用鉆孔植筋連接，植筋連接用于新構(gòu)件及原結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接時(shí)，應(yīng)保證植筋強(qiáng)度，才能使這種連接有效、可靠。應(yīng)選用無銹的鋼筋，對(duì)于鋼筋銹蝕的部分，可用砂紙打磨除銹，至露出金屬光澤為止，鋼筋錨固部分用丙酮沖洗干凈；

（3）植筋用膠的質(zhì)量、品種要有保證，必須選用專門配置的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，膠體性能和粘結(jié)能力滿足A 級(jí)膠要求，注膠飽滿。

圖5 增加結(jié)構(gòu)層后SATWE計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)論

本文根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改造加固工程的實(shí)例，提出了在屋頂增加設(shè)備的新方法，介紹了從設(shè)計(jì)到施工的全過程。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該方法有效的減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的影響，并且施工簡(jiǎn)便，減少新舊混凝土結(jié)合的面積，有效保證加固后結(jié)構(gòu)的繼續(xù)使用。

［1］ 陳婷婷.現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固設(shè)計(jì)研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

［2］ GB50367－2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.