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江苏历史老建筑变医院?加固改造技术不止你想的那么简单!

  2020-01-08

在我国,对于公共场所建筑物的安全要求很高,特别是对于医院等公共场所,但由于建造年代不一样,导致抗震等级也没有符合现在要求的抗震规范要求,就需要进行后期的抗震加固施工来提高医院建筑的抗震等级,努力提供安全稳定的就医环境。


江苏省老年医院体检中心改造加固工程项目,老建筑始建于 1942 年,三层外廊式混合结构环形综合办公楼,整幢建筑为砖木混合结构,室内楼梯、地板、屋架部分为木质。由于使用功能的改变,建设方须要对该建筑进行加固改造,在不改变原有总体格局的条件下将建筑改造为体检中心。改扩建后,地上一层、二层为内科、外科等体检室,地上三层为体检资料档案室、卫生材料库房等,中庭地下室为 CT 检查室、X 光放射检查室等。加固改造后,后续使用年限为 50 年。


加固改造方案

由于该建筑为南京市近现代保护建筑,根据文物部门的要求,不可改变建筑的外立面,须对外立面墙体做保护性加固。为了保证原结构的安全以及提高现有结构的抗震性能,也为了满足改造后的使用需求,采取的方案是保留外墙墙体,采用托换技术改造三层框架结构,具体如下:浇筑柱承台及地梁;下挖地下室;原结构梁(墙)支撑;凿除壁柱及部分墙体,浇筑新加混凝土柱至一层顶;进行梁(墙)托换,浇筑新加混凝土梁板;进行下一层结构托换;原屋盖拆除重建;柱承台锚杆静压桩施工。


加固改造难点解析


基础加固

地勘资料显示地基层存在淤泥质土,土质较软,为软弱下卧层,对工程影响较大,设计时应进行强度及变形验算。该建筑基础为砖砌条形基础,基础宽度约 850mm,埋深约 -1.2m。由于采用托换技术将原砌体结构改造为三层框架结构,须要对结构的基础进行加固。

当前常用的地基加固方法有加大基础底面积法、锚杆静压桩法、树根桩法、高压喷射注浆等,但是考虑到该建筑四周毗邻其他建筑,施工空间受限,设计采用锚杆静压桩加固处理。

锚杆静压桩是锚杆技术和静压桩技术相结合形成的一种桩基础施工工艺,它是通过在基础上埋设锚杆固定压桩反力架,以建筑物所能发挥的自重荷载作为压桩反力,用千斤顶将桩段从基础中预留或开凿的压桩孔内逐段压入土体中,然后将桩与基础联结在一起,从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。由于原建筑基础为无筋砌体大放脚条形基础,故须将原基础进行压桩前处理,即将原条基用混凝土套加固成独立基础,再在墙体两侧增加混凝土梁夹住墙体,充当地连梁,如图 4 所示,使之成为一个受力整体,再进行锚杆静压桩的施工。


地下室开挖

根据使用需求,须要能够从建筑主体进入中庭地下室,所以须开挖地下室建造楼梯(图 7 中阴影围成区域内),将中庭地下室与建筑主体连为一体。在桩承台及地梁浇筑完成后,在图 7 阴影部分进行间距为 600mm 的支护锚杆静压桩施工,桩采用PIPE219×10 钢管桩,压桩深度为 10m,单桩承载力特征值为 200kN。支护桩施工完成后开挖地下室,开挖完成后桩间焊接 10mm 厚钢板,在挡土的同时也可以将桩连成整体,且原建筑空间有限,可利用锚杆静压桩(围护桩)桩壁钢板作为地下室混凝土墙外侧受力筋,最后绑扎钢筋、浇筑剪力墙,封桩孔混凝土顶与地下室顶板齐高。


上部结构托换

要将房屋首层、二层的局部承重墙体拆除,可以采取托换技术将局部的砌体结构改造为钢筋混凝土结构,也就是通过新增的托换梁及托换柱承受上部未拆除的荷载,并将荷载传递到基础。本工程采用托换技术进行改造加固须解决以下两方面的问题 :

1.新增托换梁与墙体的连接问题

考虑到改造施工的顺序,必须在托换柱、梁以及基础施工完毕后才能将墙体拆除,因此新增的托换梁只能位于须拆除的墙体两侧,形成一个夹墙梁。在改造方案设计和施工中必须保证托换梁与墙体的交界面有足够的抗剪强度,以使上部砌体结构的荷载能够有效地传递到新增托换梁上。

2.新增托换框架的基础问题

由于房屋的基础为条形基础,新增托换框架后必须在托换柱下重新制作基础,以使托换柱承受的荷载传递到地基基础。由于是在既有建筑物内进行改造施工,根据本工程的具体情况,适合采用锚杆静压桩方法解决基础问题。


柱托换

先对原结构梁进行支撑(图 10 中粗线部分),凿除壁柱并将原 370mm 厚砖墙凿除 130mm,布置钢筋并预留上层柱钢筋、周边梁搭接钢筋,浇筑混凝土形成柱。


梁板托换

拆除原木楼面,凿除花篮梁两侧耳朵和上部新加板影响区域,对原梁部分进行植筋扩大原梁截面,并将竖向支撑钢管浇入后加新梁。


原承重外墙的加固

原外墙为承重墙,无圈梁及构造柱,改造后墙体虽为自承重维护墙,整体高厚比严重超限,稳定性存在隐患。

由于该建筑为南京市近现代保护建筑,根据文物局的要求,不改变建筑的外立面,外墙不能拆除。因此在外墙粘贴钢板并通过钢筋对拉,提高墙体整体稳定性,防止外墙发生倾覆。

工程采用托换技术,实践应用后效果明显,这是一种实用的建筑改造技术,将上部荷载通过转换梁完全转移到新加的混凝土围套柱上去,这种托换结构可以通过施加预应力,形成主动受力结构,同时对于拆除墙体实现卸载。特别是在整体结构性能较差的多层砌体结构建筑中,对承重墙进行托换时,具有受力合理、与原结构连接紧密、整体抗震性能和防火性能较好、安全可靠的特点,使改造后建筑形成框架结构体系。


图文节选自本刊2019年12期

作者:单永新/南京医科大学附属老年医院(江苏省老年病医院)

图来源:南京医科大学附属老年医院(江苏省老年病医院)

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