论文部分内容阅读
【摘 要】通过对贵州铜仁某医院（高层建筑）的结构改造与加固，对建筑功能改变后的建筑结构进行了分析与计算，对原有结构设计尽量维持与利用，原结构设计规范与现行规范不同之处的处理以及新旧结构结合部位的处理进行了分析与探讨，针对设计中遇到的问题进行针对性的解决及施工中遇到的问题采取相应的技术措施或方案。
【关键词】结构改造加;医院;混凝土结构加固
贵州省铜仁市第二人名医院（原名铜仁地区人民医院）门诊医技大楼，始建于 2003年，内部设备及医疗环境跟不上时代进步，业主按计划对其进行整体改造，拟建设为三级甲等门诊综合大楼（项目子项名称A楼）。
1 工程概况
本工程位于位于贵州省铜仁市碧江区解放路155号，建筑物地上 12 层（不含 1 层技术层（设备转换）及顶层夹层），没有地下室，基础形式为桩基承台（一柱一桩，人工挖孔桩，持力层中风化岩层）。结构形式为框架结构，首层层高4.5m，技术层、12层、12层夹层层高为3.0m，其他层高均为3.6m，建筑物总高度 50.5m。该工程砼构件强度均为C30。
根据业主改造使用要求，将该门诊医技大楼改建为三级甲等门诊综合大楼。按照三级甲等门诊综合大楼的使用要求，一至三层为门急诊，三层设中心供应，四至十二层设手术室、病房、妇产科、学术厅、大会议室及医生办公室，技术层为设备转换层;在建筑北面增设污梯，在建筑东北面设置洁梯。建筑改造后平面功能相对于原建筑大部分为装修翻新，及布置改变。改造后的标准层结构平面及整体电算模型如图 1 图2所示。
2 结构改造设计的若干问题及处理方案
项目刚开始就碰到一个棘手的问题，这栋楼原设计未考虑抗震设防，按现行规范要求，本工程抗震等级为二级（抗震设防烈度6度，乙类建筑），对整栋楼进行抗震鉴定与加固是提高建筑抗震能力的最好办法，但是业主不愿意对整栋楼进行抗震加固，因为这样会导致项目成本大大增加，业主会重新评估加固的可行性，甚至考虑拆除重建。如果业主拆除重建，这个加固项目也就没法进行下去了。为了能做好这个项目，考虑业主的诉求且兼顾规范要求，认真查阅了相关规范及请教总师，抗震加固可以从两方面着手：一是增加结构抗力（增强承载力，增强整体性，优化结构体系等），二是减小地震作用（增大结构周期，附加子结构，增大阻尼，减小结构自重等）。发现本项目原本隔墙采用烧结多孔砖（容重1550kg/m3），且本次改造好多墙体需要拆除，故建议业主拆除整栋楼隔墙，采用轻质墙体（容重不大于800kg/m3），根据建筑抗震设计规范GB50011-2010）（2016年版） 5.2.1公式FEK=α1Geq 可以降低地震作用。进而确定改造方案原则：
1.本项目所在贵州铜仁地區的设防烈度没有改变，乙类抗震建筑，其基本地震作用也不改变，抗震等级则应根据现行国家标准确定。
2.进行多遇地震下的强度及变形计算，并要进行罕遇地震下的抗倾覆评估计算，评估结构能否实现“大震下不倒塌或不发生危及生命的严重破坏”。
3.根据改造后使用功能确定的抗震等级进行强度及变形计算，强度计算不能满足现行国家标准时，则应当加固。
除上述以外的一般楼层和部位，在符合原设计规范要求的基础上，下列情况应允许维持原结构设计状态：
a）.原设计结构构件（包括混凝土梁、柱）可以满足抗震及非抗震状态下的强度计算要求，仅配筋率不满足现行规范要求时。
b）.原设计结构梁柱节点截面和实配箍筋均可以满足节点核心区的抗震强度验算要求，仅构造配箍率不能满足现行规范要求时。
c）.非本次建筑功能改变及新旧规范的改变而导致抗震等级提高（例如非抗震设防改为抗震设防）的构件，如在非地震状态下（相当于原设计状态）可以满足强度及变形计算要求，也应允许维持原结构设计状态。
经过计算复核本工程需要加固的部位如下：
1.因改造而导致的梁板配筋不足，加固这类构件时同时兼顾抗震能力的提升，比如梁仅因纵筋配筋不足时，也增加梁箍筋加密区或碳布箍。
2.本工程柱计算结果纵筋均满足要求，且原柱大部分柱箍筋间距均为100，满足现行规范要求，仅钢筋锚固长度不满足现行规范，但是1～6层部分柱轴压比不满足现行规范要求，对此部分柱进行加大截面处理。对柱加固时，我有一点与总师理解不一样，柱加固时有些柱从上到下没有改变功能，属于按之前定的原则”满足安全前提下不改造不加固”的柱，但是总师认为，加大截面减小柱轴压比有利于提高柱在抗震下的延性，但我认为这部分柱是因为荷载规范更迭（原设计普通楼面活荷载1.5KN/m2，现规范要求2kn/m2），且该部分不涉及改造，但是总师不同意，认为该栋楼其他区域已经涉及改造及荷载增加，保证竖向构件的抗震延性有利于结构整体抗震性能，拗不过总师，对这类构件都进行了加大截面，当然我也承认对这些柱进行加固比不加固好。
碰到的第二个问题是对基础的复核，由于原地勘的缺失，本工程单桩承载力特征值无法计算，原基础承台配筋也无法确认（比较模糊），因而无法计算基础是否需要加固，想让这“抠门的甲方” 重新做地勘不现实，根据以往的经验感觉可以对比改造前后的柱底内力来确定是否需要加固，而且原结构有一个有利条件：桩基为人工挖孔桩，一柱一桩，且持力层为中风化岩层，安全储备比较大。但是对比改造前后柱底内力，上部荷载有规范版本的更迭，如果按现行规范活荷载取值进行对比，那么荷载无疑会大幅增加，我觉得活荷载可以都取现行规范进行对比，这样才能体现因改造导致的内力变动，并请教了总师，总师认为可以，最终对比下来柱底内力增大幅度最大8%，可以不进行加固。 碰到的第三个问题是新增电梯的设计。本次新增电梯采用钢结构，这里简单介绍一下，因为之前参与过上海老公房增加电梯的设计，所以轻车熟路一点。上海这边新增电梯首先要求电梯能独立满足自身强度、稳定、位移角（地震下）要求。沿着这个思路首先单独进行电梯整体计算，因设置小方柱，柱稳定无法通过，通过设置层间钢柱来减小计算长度实现。其次控制主体结构与新增电梯的沉降差异，本工程一样电梯与主体结构进行连接时通过设置长螺栓孔来释放主体结构与新增电梯的沉降差，同时满足电梯在风载下的侧向稳定。
3 施工图审图问题及解决措施
审图遇到的问题1是需要提供地勘报告及验算基础是否需要加固，此问题实际已在设计时已考虑到，其解决过程详设计中遇到的问题及解决过程，这里不再赘述。
第二个问题还是柱加大截面，施工图中柱加大截面新增纵筋穿越层时角筋穿板通长，中筋锚入梁中，原设计节点图详图3：
审图老师认为增大截面纵筋全部通长穿板或穿梁，不能因为这些柱是轴压比不满足进行加固纵筋就可以锚入梁中，实际加大截面后，柱外围钢筋就是受力钢筋，柱子作为梁的支座，其新增纵筋应穿梁通长，其实我也理解这个原理，绘图时有想过纵筋穿梁，但是实施起来，纵筋穿梁几乎没法施工，首先梁比较高（梁高600～800mm），钻头几乎没办法穿透，施工质量没法保证，其次即使能施工也对梁端造成比较大损伤（梁宽度范围内要植筋3～4根）。后来请教总师，总师认为纵筋可以都从梁两边穿过，梁宽范围内设置构造筋锚入梁中（详见图4示例），按此方法与审图沟通，认为可以。
4 施工问题
施工中碰到的问题还是蛮多的，仅例举一个比较典型的问题。
一是我院现场代表发现他们加固附近时，不铲除找平层，仅铲除装饰面层然后用水泥修补找平就开始贴碳纤维。
我立即联系施工单位让他们铲除找平层至原结构板面，处理平整后再粘贴碳纤维。施工单位有的施工员不理解认为无需铲除砂浆层直接修补平整也可以粘贴碳纤维，我向他们解释碳纤维加固是利用胶粘剂与基材（也就是混凝土板）间的剪切力来使碳纤维受拉，从而达到碳纤维与基材共同受力，因而要求基材必须传力可靠，而砂浆面层不能达到这样的要求。这些施工人员似乎理解的按照我院要求去施工了。
5 结语
（1）建筑改造与加固应该严格执行现行国家规范设计，并尽量减小对原结构的改造量，同时提高结构的整体抗震能力;
（2）对结构改造要进行常遇地震下的强度计算，针对强度不足问题予以加固;
通过对该工程的设计，学会了在建筑结构加固设计中，既要尽可能地遵守现行规范要求，又要灵活处理，尽量对原有设计进行维持。该工程经过我院结构改造加固设计，既实现了建筑功能的变换，又保证了结构的安全可靠性，受到了业主的好评。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2010
[2] 《混凝土結构设计规范》（GB50010-2010）（2015版）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2010
[3] 《建筑结构荷载规范》（GB50009--2012）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2012
[4] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2011）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2011
[5] 《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2008
[6] 《全国民用建筑工程设计技术措施》结构（结构体系）.北京：中国建筑标准设计研究院，2009
[7] 《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）.中华人民共和国国家标准，北京：中国建筑工业出版社，2009
[8] 《建筑抗震加固技术规程》（JGJ 116-2009）.中华人民共和国行业标准，北京：中国建筑工业出版社，2009
[9] 《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）.中华人民共和国国家标准，北京：中国建筑工业出版社，2013
[10] 《《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）.中华人民共和国行业标准，北京：中国建筑工业出版社，2013
（作者单位：上海凌境建筑设计事务所（普通合伙））
【关键词】结构改造加;医院;混凝土结构加固
贵州省铜仁市第二人名医院（原名铜仁地区人民医院）门诊医技大楼，始建于 2003年，内部设备及医疗环境跟不上时代进步，业主按计划对其进行整体改造，拟建设为三级甲等门诊综合大楼（项目子项名称A楼）。
1 工程概况
本工程位于位于贵州省铜仁市碧江区解放路155号，建筑物地上 12 层（不含 1 层技术层（设备转换）及顶层夹层），没有地下室，基础形式为桩基承台（一柱一桩，人工挖孔桩，持力层中风化岩层）。结构形式为框架结构，首层层高4.5m，技术层、12层、12层夹层层高为3.0m，其他层高均为3.6m，建筑物总高度 50.5m。该工程砼构件强度均为C30。
根据业主改造使用要求，将该门诊医技大楼改建为三级甲等门诊综合大楼。按照三级甲等门诊综合大楼的使用要求，一至三层为门急诊，三层设中心供应，四至十二层设手术室、病房、妇产科、学术厅、大会议室及医生办公室，技术层为设备转换层;在建筑北面增设污梯，在建筑东北面设置洁梯。建筑改造后平面功能相对于原建筑大部分为装修翻新，及布置改变。改造后的标准层结构平面及整体电算模型如图 1 图2所示。
2 结构改造设计的若干问题及处理方案
项目刚开始就碰到一个棘手的问题，这栋楼原设计未考虑抗震设防，按现行规范要求，本工程抗震等级为二级（抗震设防烈度6度，乙类建筑），对整栋楼进行抗震鉴定与加固是提高建筑抗震能力的最好办法，但是业主不愿意对整栋楼进行抗震加固，因为这样会导致项目成本大大增加，业主会重新评估加固的可行性，甚至考虑拆除重建。如果业主拆除重建，这个加固项目也就没法进行下去了。为了能做好这个项目，考虑业主的诉求且兼顾规范要求，认真查阅了相关规范及请教总师，抗震加固可以从两方面着手：一是增加结构抗力（增强承载力，增强整体性，优化结构体系等），二是减小地震作用（增大结构周期，附加子结构，增大阻尼，减小结构自重等）。发现本项目原本隔墙采用烧结多孔砖（容重1550kg/m3），且本次改造好多墙体需要拆除，故建议业主拆除整栋楼隔墙，采用轻质墙体（容重不大于800kg/m3），根据建筑抗震设计规范GB50011-2010）（2016年版） 5.2.1公式FEK=α1Geq 可以降低地震作用。进而确定改造方案原则：
1.本项目所在贵州铜仁地區的设防烈度没有改变，乙类抗震建筑，其基本地震作用也不改变，抗震等级则应根据现行国家标准确定。
2.进行多遇地震下的强度及变形计算，并要进行罕遇地震下的抗倾覆评估计算，评估结构能否实现“大震下不倒塌或不发生危及生命的严重破坏”。
3.根据改造后使用功能确定的抗震等级进行强度及变形计算，强度计算不能满足现行国家标准时，则应当加固。
除上述以外的一般楼层和部位，在符合原设计规范要求的基础上，下列情况应允许维持原结构设计状态：
a）.原设计结构构件（包括混凝土梁、柱）可以满足抗震及非抗震状态下的强度计算要求，仅配筋率不满足现行规范要求时。
b）.原设计结构梁柱节点截面和实配箍筋均可以满足节点核心区的抗震强度验算要求，仅构造配箍率不能满足现行规范要求时。
c）.非本次建筑功能改变及新旧规范的改变而导致抗震等级提高（例如非抗震设防改为抗震设防）的构件，如在非地震状态下（相当于原设计状态）可以满足强度及变形计算要求，也应允许维持原结构设计状态。
经过计算复核本工程需要加固的部位如下：
1.因改造而导致的梁板配筋不足，加固这类构件时同时兼顾抗震能力的提升，比如梁仅因纵筋配筋不足时，也增加梁箍筋加密区或碳布箍。
2.本工程柱计算结果纵筋均满足要求，且原柱大部分柱箍筋间距均为100，满足现行规范要求，仅钢筋锚固长度不满足现行规范，但是1～6层部分柱轴压比不满足现行规范要求，对此部分柱进行加大截面处理。对柱加固时，我有一点与总师理解不一样，柱加固时有些柱从上到下没有改变功能，属于按之前定的原则”满足安全前提下不改造不加固”的柱，但是总师认为，加大截面减小柱轴压比有利于提高柱在抗震下的延性，但我认为这部分柱是因为荷载规范更迭（原设计普通楼面活荷载1.5KN/m2，现规范要求2kn/m2），且该部分不涉及改造，但是总师不同意，认为该栋楼其他区域已经涉及改造及荷载增加，保证竖向构件的抗震延性有利于结构整体抗震性能，拗不过总师，对这类构件都进行了加大截面，当然我也承认对这些柱进行加固比不加固好。
碰到的第二个问题是对基础的复核，由于原地勘的缺失，本工程单桩承载力特征值无法计算，原基础承台配筋也无法确认（比较模糊），因而无法计算基础是否需要加固，想让这“抠门的甲方” 重新做地勘不现实，根据以往的经验感觉可以对比改造前后的柱底内力来确定是否需要加固，而且原结构有一个有利条件：桩基为人工挖孔桩，一柱一桩，且持力层为中风化岩层，安全储备比较大。但是对比改造前后柱底内力，上部荷载有规范版本的更迭，如果按现行规范活荷载取值进行对比，那么荷载无疑会大幅增加，我觉得活荷载可以都取现行规范进行对比，这样才能体现因改造导致的内力变动，并请教了总师，总师认为可以，最终对比下来柱底内力增大幅度最大8%，可以不进行加固。 碰到的第三个问题是新增电梯的设计。本次新增电梯采用钢结构，这里简单介绍一下，因为之前参与过上海老公房增加电梯的设计，所以轻车熟路一点。上海这边新增电梯首先要求电梯能独立满足自身强度、稳定、位移角（地震下）要求。沿着这个思路首先单独进行电梯整体计算，因设置小方柱，柱稳定无法通过，通过设置层间钢柱来减小计算长度实现。其次控制主体结构与新增电梯的沉降差异，本工程一样电梯与主体结构进行连接时通过设置长螺栓孔来释放主体结构与新增电梯的沉降差，同时满足电梯在风载下的侧向稳定。
3 施工图审图问题及解决措施
审图遇到的问题1是需要提供地勘报告及验算基础是否需要加固，此问题实际已在设计时已考虑到，其解决过程详设计中遇到的问题及解决过程，这里不再赘述。
第二个问题还是柱加大截面，施工图中柱加大截面新增纵筋穿越层时角筋穿板通长，中筋锚入梁中，原设计节点图详图3：
审图老师认为增大截面纵筋全部通长穿板或穿梁，不能因为这些柱是轴压比不满足进行加固纵筋就可以锚入梁中，实际加大截面后，柱外围钢筋就是受力钢筋，柱子作为梁的支座，其新增纵筋应穿梁通长，其实我也理解这个原理，绘图时有想过纵筋穿梁，但是实施起来，纵筋穿梁几乎没法施工，首先梁比较高（梁高600～800mm），钻头几乎没办法穿透，施工质量没法保证，其次即使能施工也对梁端造成比较大损伤（梁宽度范围内要植筋3～4根）。后来请教总师，总师认为纵筋可以都从梁两边穿过，梁宽范围内设置构造筋锚入梁中（详见图4示例），按此方法与审图沟通，认为可以。
4 施工问题
施工中碰到的问题还是蛮多的，仅例举一个比较典型的问题。
一是我院现场代表发现他们加固附近时，不铲除找平层，仅铲除装饰面层然后用水泥修补找平就开始贴碳纤维。
我立即联系施工单位让他们铲除找平层至原结构板面，处理平整后再粘贴碳纤维。施工单位有的施工员不理解认为无需铲除砂浆层直接修补平整也可以粘贴碳纤维，我向他们解释碳纤维加固是利用胶粘剂与基材（也就是混凝土板）间的剪切力来使碳纤维受拉，从而达到碳纤维与基材共同受力，因而要求基材必须传力可靠，而砂浆面层不能达到这样的要求。这些施工人员似乎理解的按照我院要求去施工了。
5 结语
（1）建筑改造与加固应该严格执行现行国家规范设计，并尽量减小对原结构的改造量，同时提高结构的整体抗震能力;
（2）对结构改造要进行常遇地震下的强度计算，针对强度不足问题予以加固;
通过对该工程的设计，学会了在建筑结构加固设计中，既要尽可能地遵守现行规范要求，又要灵活处理，尽量对原有设计进行维持。该工程经过我院结构改造加固设计，既实现了建筑功能的变换，又保证了结构的安全可靠性，受到了业主的好评。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2010
[2] 《混凝土結构设计规范》（GB50010-2010）（2015版）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2010
[3] 《建筑结构荷载规范》（GB50009--2012）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2012
[4] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2011）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2011
[5] 《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）.中华人民共和国国家标准.北京：中国建筑工业出版社，2008
[6] 《全国民用建筑工程设计技术措施》结构（结构体系）.北京：中国建筑标准设计研究院，2009
[7] 《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）.中华人民共和国国家标准，北京：中国建筑工业出版社，2009
[8] 《建筑抗震加固技术规程》（JGJ 116-2009）.中华人民共和国行业标准，北京：中国建筑工业出版社，2009
[9] 《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）.中华人民共和国国家标准，北京：中国建筑工业出版社，2013
[10] 《《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）.中华人民共和国行业标准，北京：中国建筑工业出版社，2013
（作者单位：上海凌境建筑设计事务所（普通合伙））