醫院結構改造與加固設計

季迎龍

摘要：通過對貴州銅仁某醫院（高層建筑）的結構改造與加固，對建筑功能改變后的建筑結構進行了分析與計算，對原有結構設計盡量維持與利用，原結構設計規范與現行規范不同之處的處理以及新舊結構結合部位的處理進行了分析與探討，針對設計中遇到的問題進行針對性的解決及施工中遇到的問題采取相應的技術措施或方案。

關鍵詞：結構改造加固;醫院;混凝土結構加固

貴州省銅仁市第二人名醫院（原名銅仁地區人民醫院）門診醫技大樓，始建于 2003年，內部設備及醫療環境跟不上時代進步，業主按計劃對其進行整體改造，擬建設為三級甲等門診綜合大樓（項目子項名稱A樓）。

1.工程概況

本工程位于位于貴州省銅仁市碧江區解放路155號，建筑物地上 12 層（不含 1 層技術層（設備轉換）及頂層夾層），沒有地下室，基礎形式為樁基承臺（一柱一樁，人工挖孔樁，持力層中風化巖層）。結構形式為框架結構，首層層高4.5m，技術層、12層、12層夾層層高為3.0m，其他層高均為3.6m，建筑物總高度 50.5m。該工程砼構件強度均為C30。

根據業主改造使用要求，將該門診醫技大樓改建為三級甲等門診綜合大樓。按照三級甲等門診綜合大樓的使用要求，一至三層為門急診，三層設中心供應，四至十二層設手術室、病房、婦產科、學術廳、大會議室及醫生辦公室，技術層為設備轉換層;在建筑北面增設污梯，在建筑東北面設置潔梯。建筑改造后平面功能相對于原建筑大部分為裝修翻新，及布置改變。改造后的標準層結構平面及整體電算模型如圖 1 圖2所示。

.結構改造設計的若干問題及處理方案

項目剛開始就碰到一個棘手的問題，這棟樓原設計未考慮抗震設防，按現行規范要求，本工程抗震等級為二級（抗震設防烈度6度，乙類建筑），對整棟樓進行抗震鑒定與加固是提高建筑抗震能力的最好辦法，但是業主不愿意對整棟樓進行抗震加固，因為這樣會導致項目成本大大增加，業主會重新評估加固的可行性，甚至考慮拆除重建。如果業主拆除重建，這個加固項目也就沒法進行下去了。為了能做好這個項目，考慮業主的訴求且兼顧規范要求，認真查閱了相關規范及請教總師，抗震加固可以從兩方面著手：一是增加結構抗力（增強承載力，增強整體性，優化結構體系等），二是減小地震作用（增大結構周期，附加子結構，增大阻尼，減小結構自重等）。發現本項目原本隔墻采用燒結多孔磚（容重1550kg/m3），且本次改造好多墻體需要拆除，故建議業主拆除整棟樓隔墻，采用輕質墻體（容重不大于800kg/m3），根據建筑抗震設計規范GB50011-2010）（2016年版）5.2.1公式F_EK=α₁G_eq可以降低地震作用。進而確定改造方案原則：

1.本項目所在貴州銅仁地區的設防烈度沒有改變，乙類抗震建筑，其基本地震作用也不改變，抗震等級則應根據現行國家標準確定。

2.進行多遇地震下的強度及變形計算，并要進行罕遇地震下的抗傾覆評估計算，評估結構能否實現“大震下不倒塌或不發生危及生命的嚴重破壞”。

3.根據改造后使用功能確定的抗震等級進行強度及變形計算，強度計算不能滿足現行國家標準時，則應當加固。

除上述以外的一般樓層和部位，在符合原設計規范要求的基礎上，下列情況應允許維持原結構設計狀態：

a）.原設計結構構件（包括混凝土梁、柱）可以滿足抗震及非抗震狀態下的強度計算要求，僅配筋率不滿足現行規范要求時。

b）.原設計結構梁柱節點截面和實配箍筋均可以滿足節點核心區的抗震強度驗算要求，僅構造配箍率不能滿足現行規范要求時。

c）.非本次建筑功能改變及新舊規范的改變而導致抗震等級提高（例如非抗震設防改為抗震設防）的構件，如在非地震狀態下（相當于原設計狀態）可以滿足強度及變形計算要求，也應允許維持原結構設計狀態。

經過計算復核本工程需要加固的部位如下：

1.因改造而導致的梁板配筋不足，加固這類構件時同時兼顧抗震能力的提升，比如梁僅因縱筋配筋不足時，也增加梁箍筋加密區或碳布箍。

2.本工程柱計算結果縱筋均滿足要求，且原柱大部分柱箍筋間距均為100，滿足現行規范要求，僅鋼筋錨固長度不滿足現行規范，但是1～6層部分柱軸壓比不滿足現行規范要求，對此部分柱進行加大截面處理。對柱加固時，我有一點與總師理解不一樣，柱加固時有些柱從上到下沒有改變功能，屬于按之前定的原則”滿足安全前提下不改造不加固”的柱，但是總師認為，加大截面減小柱軸壓比有利于提高柱在抗震下的延性，但我認為這部分柱是因為荷載規范更迭（原設計普通樓面活荷載1.5KN/m2，現規范要求2kn/m2），且該部分不涉及改造，但是總師不同意，認為該棟樓其他區域已經涉及改造及荷載增加，保證豎向構件的抗震延性有利于結構整體抗震性能，拗不過總師，對這類構件都進行了加大截面，當然我也承認對這些柱進行加固比不加固好。

碰到的第二個問題是對基礎的復核，由于原地勘的缺失，本工程單樁承載力特征值無法計算，原基礎承臺配筋也無法確認（比較模糊），因而無法計算基礎是否需要加固，想讓這“摳門的甲方” 重新做地勘不現實，根據以往的經驗感覺可以對比改造前后的柱底內力來確定是否需要加固，而且原結構有一個有利條件：樁基為人工挖孔樁，一柱一樁，且持力層為中風化巖層，安全儲備比較大。但是對比改造前后柱底內力，上部荷載有規范版本的更迭，如果按現行規范活荷載取值進行對比，那么荷載無疑會大幅增加，我覺得活荷載可以都取現行規范進行對比，這樣才能體現因改造導致的內力變動，并請教了總師，總師認為可以，最終對比下來柱底內力增大幅度最大8%，可以不進行加固。

碰到的第三個問題是新增電梯的設計。本次新增電梯采用鋼結構，這里簡單介紹一下，因為之前參與過上海老公房增加電梯的設計，所以輕車熟路一點。上海這邊新增電梯首先要求電梯能獨立滿足自身強度、穩定、位移角（地震下）要求。沿著這個思路首先單獨進行電梯整體計算，因設置小方柱，柱穩定無法通過，通過設置層間鋼柱來減小計算長度實現。其次控制主體結構與新增電梯的沉降差異，本工程一樣電梯與主體結構進行連接時通過設置長螺栓孔來釋放主體結構與新增電梯的沉降差，同時滿足電梯在風載下的側向穩定。

3.施工圖審圖問題及解決措施

審圖遇到的問題1是需要提供地勘報告及驗算基礎是否需要加固，此問題實際已在設計時已考慮到，其解決過程詳設計中遇到的問題及解決過程，這里不再贅述。

第二個問題還是柱加大截面，施工圖中柱加大截面新增縱筋穿越層時角筋穿板通長，中筋錨入梁中，原設計節點圖詳圖3：

審圖老師認為增大截面縱筋全部通長穿板或穿梁，不能因為這些柱是軸壓比不滿足進行加固縱筋就可以錨入梁中，實際加大截面后，柱外圍鋼筋就是受力鋼筋，柱子作為梁的支座，其新增縱筋應穿梁通長，其實我也理解這個原理，繪圖時有想過縱筋穿梁，但是實施起來，縱筋穿梁幾乎沒法施工，首先梁比較高（梁高600～800mm），鉆頭幾乎沒辦法穿透，施工質量沒法保證，其次即使能施工也對梁端造成比較大損傷（梁寬度范圍內要植筋3～4根）。后來請教總師，總師認為縱筋可以都從梁兩邊穿過，梁寬范圍內設置構造筋錨入梁中（詳見圖4示例），按此方法與審圖溝通，認為可以。

4.施工問題

施工中碰到的問題還是蠻多的，僅例舉一個比較典型的問題。

一是我院現場代表發現他們加固附近時，不鏟除找平層，僅鏟除裝飾面層然后用水泥修補找平就開始貼碳纖維。

我立即聯系施工單位讓他們鏟除找平層至原結構板面，處理平整后再粘貼碳纖維。施工單位有的施工員不理解認為無需鏟除砂漿層直接修補平整也可以粘貼碳纖維，我向他們解釋碳纖維加固是利用膠粘劑與基材（也就是混凝土板）間的剪切力來使碳纖維受拉，從而達到碳纖維與基材共同受力，因而要求基材必須傳力可靠，而砂漿面層不能達到這樣的要求。這些施工人員似乎理解的按照我院要求去施工了。

5.結語

（1）建筑改造與加固應該嚴格執行現行國家規范設計，并盡量減小對原結構的改造量，同時提高結構的整體抗震能力;

（2）對結構改造要進行常遇地震下的強度計算，針對強度不足問題予以加固;

通過對該工程的設計，學會了在建筑結構加固設計中，既要盡可能地遵守現行規范要求，又要靈活處理，盡量對原有設計進行維持。該工程經過我院結構改造加固設計，既實現了建筑功能的變換，又保證了結構的安全可靠性，受到了業主的好評。

參考文獻：

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[9]? 《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2013）. 中華人民共和國國家標準，北京：中國建筑工業出版社，2013

[10]? 《混凝土結構后錨固技術規程》（JGJ 145-2013）. 中華人民共和國行業標準，北京：中國建筑工業出版社，2013

（作者單位：上海凌境建筑設計事務所（普通合伙））