实例告诉您：医院钢筋混凝土框架建筑结构加固技术怎么运用

　 2019-12-16

近年来，医院设施建设发展的非常快，许多建筑被重新规划分配，充分利用已有的建筑，满足医院整体服务需求量激增。由于施工、设计等因素的影响，需要在新增荷载作用下进行楼结构加固，下面我们就一起来了解下吧。

江苏省妇幼保健院 2 号楼建成于 1998 年，为10 层钢筋混凝土框架结构，无地下室；楼体结构采用独立桩承台加抗震抗压梁兼墙梁，框架承重，现浇钢筋混凝土楼盖，按 7 度抗震烈度设防。

根据医院重新进行的规划，该楼未来将作为病房、实验室使用。为保证使用功能，须在屋面增设新风机组和风冷热泵，将病房内原卫生间移位，增设卫生间通风管井，同时新建国家级净化实验室、净化层流病房。为保证新增荷载作用下的结构服役能力，以检测数据为依托，提出了相应的改造方案，并以此对该楼结构进行加固。

建筑结构检测

1.混凝土构件抗压强度检测

由原设计图纸可知：楼体内 1~4 层（含设备层）的柱、梁的抗压设计值均为 35MPa ；5 层的柱的抗压设计值为 30MPa，梁的抗压设计值为 35MPa ；6 层以上（含 6 层）的柱、梁的抗压设计值均为30MPa。根据现场实际情况，采用取芯法对混凝土构件抗压强度进行检测，取芯样 55 个（每层柱构件取芯 3 个、梁构件取芯 2 个）。依据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》中关于强度检测的规定，经分析评定，构造柱、圈梁均满足原设计和《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）的要求。既有结构混凝土抗压强度均可按原设计考虑。

2.主要承重构件变形及裂缝情况检测

现场对既有结构承重构件（混凝土柱、梁、板）损伤情况进行检查，结果显示：部分楼板底部可见少量、明显裂缝；其余部位未见明显损伤，水平构件未见明显变形。

结构受力验算

以既有结构设计图纸和检测结果为依据，按照国家现行规范要求，对使用功能调整后的结构安全、耐久性进行评估，并重点对结构抗震、受压承载力进行验算。结果显示：由于荷载增加、结构布局改变、结构损伤等原因，既有结构中部分梁体、柱体的抗震、承载力不满足使用要求；因建筑年代较久，部分楼板、楼盖产生了不同程度的裂缝；在部分楼层的平面布局上，设备、新砌筑墙体依靠楼板支撑，且部分净化管线、排风管井贯穿于整栋建筑，楼板、剪力墙新开大量洞口，其受压承载能力不足。因此，须对已产生病害的部位及受力关键部位（柱体、梁体、板底等）进行加固处理。

加固技术应用

1.外包钢加固技术

外包钢加固法是指利用型钢包覆待加固构件、型钢间通过缀板或缀条连接的技术。依据操作方法不同，分为干法和湿法两种。湿法外包钢技术利用注胶和环氧树脂实现型钢与结构间的粘贴，然后通过两者协同受力实现结构加固。相较于湿法而言，干法由于缺少粘贴过程，型钢辅助受力能力有限，所受的外力只能按原梁、柱和型钢的刚度比进行分配，不能视为复合结构受力，因此对结构承载力提高较少、用钢量较大，工程应用时具有较大的局限性。外包钢法因其施工速度快、工作量少、对结构外观影响小等特点，特别适用于对结构既有断面形式有所限制的构件加固。

框架梁加固：本工程部分框架梁采用湿法外包钢方式加固。框架梁截面尺寸为 300mm×700mm，梁柱相连处，于梁底设置 5# 等边角钢（50mm×6mm）。梁体侧面、底面均设置加固箍板，箍板尺寸为 60mm×5mm。梁端 1.5 倍梁高范围内为箍板加密区，间隔 200mm布置一道，非加密区间隔 300mm 布置一道。侧面与底面箍板通过 10# 等边角钢（100mm×8mm）连接，角钢位于箍板内侧、布置于截面底角处，与箍板间通过角焊缝连接。梁顶沿梁长方向设置纵向受力扁钢，扁钢中心距略宽于框架梁宽，截面尺寸为100mm×5mm，扁钢间通过与缀板开坡口平焊相连，缀板尺寸为 60mm×5mm，与箍板对应布置。纵向受力扁钢与侧面箍板间通过 M16 螺杆相连，螺杆与缀板、箍板对应布置，其上端拧紧后点焊于扁钢上，然后向下穿透楼板，与侧面箍板焊接。通过封缝注胶，最终形成一个由箍板、受力扁钢、缀板、锚杆、角钢组成的桁架辅助受力体系，实现框架梁加固效果。框架梁湿法外包钢加固方案如图 1 所示。

剪力墙新开洞口加固：因功能需要，须在部分非承重剪力墙上开设新风管道洞口，为减少开洞影响，保证墙体受力特性，采用外包钢形式进行加固。加固时，以 7.5# 等边角钢（75mm×8mm）对洞周墙体内外侧分别进行包裹，并焊接为矩形闭合框架，墙体内外面角钢两腿间通过 M10 锚栓连接，间距 300mm 布置一道，墙体端部角钢两腿间通过缀板相连，缀板尺寸为60mm×8mm，与锚栓对应布置（间距300mm）。缀板、角钢与墙面之间封缝后注胶（A 级结构胶）。剪力墙新开洞口外包钢加固方案如图 2 所示。

2.粘贴钢板加固技术

粘钢加固是指利用高性能环氧类粘结剂将钢板粘贴于混凝土构件表面，使钢板与混凝土形成统一整体，以提高混凝土构件承载力的方法。该方法利用钢板良好的受拉性能，将钢板粘贴于混凝土受拉区薄弱部位，替代或补充钢筋性能，利用钢、混两者协同受力作用，提高整体刚度，限制裂缝发展，使建筑结构能够更好地抵抗弯矩与剪力。粘钢法实现加固效果的关键是确保钢板和外加固构件形成整体受力体系，首先应注意将钢板布置延伸至低应力区，并具有足够的锚固长度，以减少锚固端粘贴应力集中，避免粘贴部位构件出现裂缝或钢板拉脱现象；其次，粘贴胶应具备强度高、粘贴强、抗老化的特点，以实现可靠连接及耐久性。该方法施工简便、快捷，基本不增加被加固构件断面尺寸和重量，此外粘贴胶体固化时间短，固化后即可正常工作，对建筑使用功能占用时间较短。

横梁加固：本工程部分横梁采用粘钢加固方式，于梁底设置钢板（250mm×5mm），与梁体间通过粘贴胶连接。梁体及钢板外包 U 形抱箍，抱箍尺寸为100mm×5mm，梁端 1.5 倍梁高加密区范围内，间距 300mm 布置一道抱箍，其余范围间距 400mm 布置。抱箍与梁体通过 M8 特殊倒锥形化学锚栓相连。最后，在钢构表面涂防锈漆及薄型防火涂料完成粘钢加固。横梁粘钢加固方案如图 3 所示。

楼板、楼盖新开洞口加固：此次改造中，对病房卫生间进行调整，由原来的依外墙布置调整为依病房走廊布置，新建卫生间无法利用外墙开窗通风，须新增竖向排烟井道。井道竖直向设置，须贯穿对应楼层楼板。为减小开洞对楼板承载力和耐久性的影响，保证受力安全，采用粘钢加固法进行洞口加固。加固用钢板厚 5mm，宽150mm，根据洞口实际大小，每边各宽于洞口边缘500mm。钢板沿洞周呈井字形布置，楼板顶面、底面各设置一道，上下钢板间通过 M10 螺栓连接，沿洞周均布，间距 300mm。最后在钢板与混凝土表面注胶完成加固。楼板、楼盖新开洞口加固方案如图4 所示。

3.碳纤维复合材料（CFRP，Carbon FiberReinforced Polymer/Plastic）加固技术

碳纤维加固技术是 20 世纪 80 年代末、90 年代初在美、日等发达国家兴起的一项新型结构加固技术，该方法通过将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维），用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强材料与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。碳纤维加固技术施工便捷，可实现多层粘贴；对施工空间要求低，无须动用大型设备，适用于狭窄作业；无湿作业，无须固定设备；膜布柔软易于裁剪，对结构外形具有更强的适用性；耐腐蚀和耐久性好，能有效保护主体结构免受酸碱盐等物质的化学腐蚀及紫外线辐射等引起的老化。

本工程板底采用碳纤维加固技术。施工过程中，首先清除楼板表面剥落的、疏松的、蜂窝状的、被腐蚀的劣化混凝土，露出混凝土结构层，对漏筋处清除外层锈蚀层，对裂缝处进行修补、封闭；然后，在已处理好的板面涂刷结合剂，并使其伸入混凝土表层，以提高碳纤维与混凝土结合力；接下来，采用环氧腻子等材料，对板底进行细微整平，以保证纤维膜布与混凝土表面更好贴合；最后，将裁剪好的碳纤维布粘贴到位。

本项目采用 I 级碳纤维布、A 级结构胶，纵横向搭接设置。碳纤维布宽 200mm，间距 400mm 铺贴一道。最后，在碳纤维布外表面粘贴一层豆石进行糙化处理，涂刷防火涂料，并进行表面防护。板底碳纤维加固方案如图 5 所示。

建筑物加固改造的原因有很多种，包括年久失修、自然损坏、功能转化等。在加固设计时，要结合既有建筑现状、原有设计图纸、现场勘察、结构鉴定报告和功能需求对建筑进行严谨分析，最后根据结构验算结果和现场施工条件选出适合的加固技术，保障加固后的建筑满足抗震、受压承载力要求，同时施工方案应便于施工。

此次加固改造中，通过专家论证，采取了多种加固方式，既满足了使用功能转换，又可延长建筑物使用寿命，值得参考和借鉴。

图文节选自本刊2019年11期

作者：孟瑜 金正开 金蕾/江苏省人民医院

图来源：江苏省人民医院