某医院门诊大楼的检测与加层改造

2011-04-14程建棚

山西建筑 2011年18期

程建棚涂辉

近年来，随着国家经济的快速发展，建筑业得到了很大的发展，但是部分原有建筑物的规划设计已经不适应现代生产和生活的需要，加上我国土地资源稀缺，不可能完全废弃原有的建筑物而全部重建，因此建筑物加层改造、加固等工作势在必行。在原有建筑物上加层，既可增加建筑面积，节约投资和材料，又可避免拆迁等繁杂琐事，还可以节约各项公共生活设备和市政设施，一举多得，建筑物加层改造成为解决建筑面积不足之良策，具有广泛的适用性和良好的经济性[1-3]。

1 工程概况

该医院门诊楼设计于 1999年，竣工日期为 2001年。整体为框架结构，原设计为5层，建筑面积3 094.60m2，但由于资金问题只建了 3层。为满足现在的使用要求，进行了加层改造，按照原图纸进行施工，在原有 3层的基础上再增加 2层，使建筑物的层数增加到 5层。

2 原有房屋结构的检测及鉴定分析

该工程设计时依据 89系列规范(以下简称旧规范)，上部结构为钢筋混凝土框架结构，结构混凝土强度为C 30，钢筋强度为一级钢fy=210 kPa、二级钢fy=310 kPa。基础为柱下独立基础。根据加层改造的需要，该医院的门诊大楼的检测鉴定主要从以下几个方面进行[4，5]。

2.1 基础检测

该建筑物的基础检测主要采用现场开挖后的物理量测和基础取芯检测。根据现场的勘测、测量以及芯样的实测值，可以得出:基础没有明显的沉降，柱下独立基础的混凝土强度符合设计的混凝土强度等级C 30，具有较好的承载能力。

2.2 梁、柱检测

1)外观检测。外观检测可以看出:梁、柱总体外观质量合格，截面尺寸符合设计要求，几乎没有危险裂缝;承重主梁和挑梁去除表面的粉刷层经打磨处理后，发现混凝土表面完好。

2)梁、柱混凝土碳化深度。该建筑物已使用了 10年，经检测其大梁、挑梁和柱子的混凝土碳化深度为3mm～5mm，均未超过6mm。

3)梁、柱的混凝土强度检测。根据 JGJ/T 23-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程规定:“为保证所测回弹测区混凝土强度值能较好的符合其实际强度值，当混凝土的碳化深度大于2mm时，可采用钻芯取样修正，所取芯样数不得少于 3个”[6]。该工程采用回弹法和钻芯取样两种检测方法，现场检测数据综合分析判定:绝大部分梁、柱混凝土强度不少于25MPa。

为保证检测的准确性，该工程还采用PS200型系统钢筋探测仪对主要承重梁和柱的钢筋分布情况进行了扫描。结果显示:该建筑物的承重梁和柱的主筋与箍筋的配置均满足设计要求。

3 加层方案的选择

3.1 原结构加层改造的有利因素

通过以上的检测，可以发现该工程采用加层改造具有许多有利因素:1)该框架结构原来就是按 5层设计的，混凝土和钢筋都符合设计要求;2)基础设计也是以 5层的标准来进行的，现地基已经承载 10年，可认定为已近固结，地耐力可以提高 20%左右，减少了处理地基和基础的工作量;3)框架混凝土的现有强度与原先设计值相比相差不大，这一点可以从我们的检测中看出来;4)房屋层数越多活荷载的折减系数就会越大。

3.2 加层改造中具体加固方案的选择

该建筑物原先就是按照5层设计，通过对加层设计方案的比较论证，最后采用了直接加层的方法。但由于设计时是采用旧规范，考虑到建筑物的结构强度以及抗震方面的要求，采用了适当的加固方法，具体的加固方案考虑以下两种:第一种方案:直接加固。采用碳纤维复合材料加固梁、柱。具体做法就是利用碳纤维材料对建筑物的主要受力构件进行加固，从而使其强度达到补强加固及改善结构受力性能的目的。这种加固法有突出的优点:1)强度高、效果好;2)加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性; 3)自重轻，基本不增加结构的自重及截面尺寸，柔性好，易于裁剪。但是这种方法也有相应的缺点:1)施工的工期比较长;2)考虑到正在使用当中的建筑，特别是门诊大楼，里面的一些仪器设备的摆放位置限制了施工空间，所以施工难度大[7]。第二种方案:间接加固。这种做法的主要特点就是对原有建筑物进行卸载，通过减少原有建筑物的整体荷载来达到建筑物需要的强度的目的。具体的做法是采用轻质隔墙取代原有的砖墙。根据检测的结果，通过PKPM建模对建筑物进行结构复核计算，已建建筑的原有墙体改为轻质隔断，同时加层部分的墙体也部分采用轻质隔断。通过以上操作使原框架结构的变形减小，内力发生重分布;使梁柱的固端弯矩、跨中弯矩以及剪力将大大减少，特别是混凝土柱因上下端弯矩减小而承压面积增大，承载能力自然增加;填充墙体自重减轻，传给基础的荷载减小，改善了柱基偏心受压状况而使承载力提高。间接加固就从总体上提高了建筑物的承载力。这种做法的优点:1)施工方便;2)造价便宜;3)施工工期不会延误，可以和加层同时进行;4)最主要的是可以不影响现在门诊大楼的正常使用。缺点:1)具体操作前要拿到准确的工程概况和检测报告，并进行仔细的结构复核，工作量有点大;2)对现有的建筑进行墙体材料替换的时候要充分考虑荷载的影响，根据计算和设计要求逐步卸荷，切忌盲目操作，并要求有较高的施工质量[7]。两种方案的性价比对照见表1。

表1 两种加固方案的性价比比较

考虑到新旧结构的协调工作和连接的方便，并考虑到维护、维修方便以及费用等问题，最后选择用第二种方案。

4 加层方案的具体内容

经检测单位检测，部分柱混凝土强度等级为C 25，小于原来设计的柱混凝土等级 C30，根据结构复合计算，最后采用间接加固及部分植筋的做法，使原结构受力体系满足加层改造的要求。具体的墙体拆除和植筋部位见图 1。

原有的建筑屋面找平层需要拆除，施工时建筑材料不应集中堆放，需要植筋加固的部分应做好下部支撑加固措施，植筋应由专业资质施工队伍进行施工，需通过质检部门的检测达到承载力要求。加固及加盖部分应严格按照现有规范构造要求进行施工。

5 施工注意事项

实施卸载加层时，应先拆除原框架的实心填充墙隔断，顺序是先上后下，逐层或若干层同时将柱轴力转移至其他结构，以利于结构安全。换加气混凝土隔断时，操作顺序应先下后上，逐层或若干层同时将柱轴力从被转移到的结构逐层或若干层同时施加到已完成加固改造的结构上。卸载过程应充分利用原结构的承载体系，在卸载中尽量少的采用附加支撑体系，在技术上实现支撑用量少，卸载程度可控制，卸载方法具有针对性，加载过程分级逐步进行并得到控制，经济上大幅度降低成本。