長沙醫院加固【電話 申經理】某醫院新建的病房大樓,平面呈三角形,地上15層,地下1層,框架-剪力墻結構,人工挖孔樁基礎,建筑面積2.7萬m2,建筑總高度59m;地震設防烈度為六度,屬于乙類抗震建筑,按七度進行抗震設防設計。當該工程施工到10層時,醫院根據自身發展的需要,提出加層的要求,希望大樓至少能加2層,以滿足今后若干年內醫院病區增加、功能完善的需要。在醫院院內用地緊張的條件下,在正在建設中的新病房大樓上加層是可行的較經濟方案。 

2建筑加層的結構可行性 
該建筑加層從結構上來看,首先是加層后引起結構使用荷載的增加,水平風荷載和地震荷載的增大,該建筑的框剪結構構件是否能夠承受;在樁基礎業已完成的條件下,樁基礎是否還有承擔較大荷載的能力等方面的因素是要考慮的。 

根據《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程(JGJ3-91)》中5.1.2條的規定,抗震設防裂度為7度時,框架-剪力墻結構建筑高度≤60m時,框架抗震等級為三級,剪力墻抗震等級為二級;建筑物高度>60m時,框架抗震等級為二級,剪力墻抗震等級仍為二級。框架抗震等級改變后,框架柱軸壓比μn的限值由三級的0.9提高到二級的0.8,框架角柱的內力設計值及框架底層柱下端截面的彎矩設計值、框架柱的剪力設計值均要乘以增大系數,這給結構構件的抗震能力帶來很大的影響。 

該工程樁基礎為人工挖孔擴頭樁,樁底進入中風化基巖1.0m以上。樁基靜載試驗時,在6200kN設計荷載作用下,樁的沉降量很小,只有15mm,沉降曲線比較平緩,沒有明顯的拐點;樁尖的擴孔質量很好,樁身混凝土使用商品混凝土,澆筑質量良好,混凝土強度均過了設計強度,這些都說明樁的承載力很高,樁基礎承載能力有潛力可利用,再增加一定的使用荷載,基礎也是可以承受的。該工程的主體結構為框架-剪力墻體系,承受水平荷載尤其是地震荷載的能力很強,設計方經過計算分析,認為該結構可以滿足因加層而導致水平荷載增大的要求。但是由于框架抗震等級的提高、荷載的增大,部分框架柱還不能滿足軸壓比的限值,部分梁由于剪力增大致使配筋量不足,這就需要對這一部分梁、柱進行必要的加固,使其滿足規范要求,保證結構的安全正常使用。 

3結構構件加固方案的選擇 

目前,工程上常用的鋼筋混凝土結構補強方法主要有:加大截面加固、外包鋼加固、預應力加固、粘鋼加固、玻璃鋼加固等,這些加固方法,國內外很多科研機構都已進行了大量的研究工作,并且都已大量應用于實際工程。然而,這些加固方法都有一定的缺陷,比如它們都會增加構件自重、結點不易處理、施工難度大,而且還會增大構件截面面積、影響建筑的使用空間。因此需要選擇新的不會增大結構截面且施工容易的加固技術。 

近年來,纖維類材料在土木工程中的應用一直是國內外研究的熱點,碳纖維材料是迄今為止應用于土木工程領域較早、技術較成熟、也是用量較大的一種高科技結構補強加固材料。碳纖維材料具有良好的粘合性、耐熱性及抗腐蝕性等特點,其強度一般為建筑用鋼材的十幾倍,彈性模量也**建筑鋼材,碳纖維布重量輕厚度薄,經加固后的構件,可以不增加原結構的自重及尺寸。碳纖維材料的加固施工,占用場地少,不需要大型施工機械,沒有濕作業,施工很方便。 

從經濟方面上看,達到相同加固目的的碳纖維材料的費用**建筑用鋼的費用,但其機械、人工成本遠**常規的加固方法,綜合比較后,碳纖維的加固費用與常規的加固方法的費用基本持平。 
經過加固方案的綜合比選,該工程的建設各方決定選擇碳纖維加固方法。 
4碳纖維布補強機理 
4.1碳纖維布提高抗壓彎承載力機理 

試驗表明包裹碳纖維布可以提高混凝土的抗壓強度20%以上,并能有效地改善混凝土的變形性能,其效果隨碳纖維布用量的增加而較加顯著。在碳纖維布用量相同的情況下,布分成窄條包裹構件的效果要**布整塊包裹構件的效果,其原因是分條后有利于碳纖維布中的各纖維束較好地共同工作,因而碳纖維布分條后的使用率要**整塊碳纖維布。 

4.2碳纖維布提高抗彎承載力機理 
碳纖維布加固鋼筋混凝土梁時,截面的平均應變仍然符合平截面假定。粘貼碳纖維布后,梁的受彎承載力明顯提高,其受彎承載力的提高較為顯著。試驗研究發現,同樣的碳纖維布用量,分條粘貼的加固效果略好于整塊粘貼;粘貼碳纖維布,可以增加構件的抗彎剛度、減少梁的撓度、延緩梁的裂縫出現時間、降低裂縫的發展速度,從而大大提高了梁的抗彎承載力,其值可以提高30%以上。 
4.3碳纖維布提高抗剪承載力機理 

使用碳纖維布來提高混凝土構件的抗剪承載力是有效的。粘貼纖維布條的梁在混凝土出現斜裂縫后,碳纖維布條可以做為桁架模型的腹拉桿來改善鋼筋混凝土梁內的受力狀態,提高構件的抗剪承載力,其值可以提高15%以上;另一方面,碳纖維布條還可以限制斜裂縫的開展從而起到抗剪加固的作用。因此,碳纖維布對提高構件抗剪承載力的作用機理與箍筋類似。碳纖維布條的寬度越大,間距越小,粘貼層數越多,其作用也就越明顯,抗剪承載力提高的也就越多。 

結構構件經包裹碳纖維布后所能增加的抗壓、抗彎、抗剪承載力數值可以按有關規范中的公式計算。 
5碳纖維布加固設計及施工 
根據計算結果,選定了框架柱KZ5(5~7層)、KZ26(5~7層、11~12層)、KZ27(地下室、5~7層),框架梁BLL-N-D(4~14層)、ALL-N-14.39(5~7層、8~14層)、ALL-N-18.37(8~14層)須做碳纖維布加固,碳纖維布的型號分別為CFRP-S-300、CFRP-S-200、彈性模量均≥220GPa、抗拉強度標準值≥3000MPa,重量分別為300g/m2、200g/m2。 
加固工程的施工工序為:施工場地清理→加固構件表面砂漿清除→構件表面清理、打磨、表面修補→基面底涂→碳纖維布準備→中涂→碳纖維布粘貼→面涂→場地清理。若是設計要求貼兩層或兩層以上碳纖維布,只須重復“中涂→粘貼→面涂”的步驟即可。若加固后的構件表面需要粉刷抹面的則在面涂工序后,在尚未干硬的樹脂面上噴一些干凈的石英砂即可,待樹脂干硬后再用水泥砂漿進行抹面。若在柱上設有電氣插座孔洞,還應該用碳纖維布條在孔洞四周予以加強。 
加固施工時應嚴格按要求進行各工序隱蔽工程檢驗與驗收,碳纖維布和配套的樹脂類粘結材料還應進行現場取樣檢驗。 
6結語 
醫院新病房大樓結構經過使用碳纖維布加固部分梁、柱構件后,順利地由15層加層到17層,增加了3000m2使用面積,滿足了醫院今后發展的需要。加固的工程費用為40萬元,大樓上面一些層數的內隔墻由原設計的砌塊改為輕質墻板,雖略微增加了費用,但減輕了結構自重。 

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