醫(yī)院建筑抗震鑒定與加固設(shè)計(jì)?

隨著國家經(jīng)濟(jì)水平的提高，對(duì)醫(yī)療建筑的功能要求不斷提升�；�于節(jié)約投資,最大程度地利用已有基礎(chǔ)設(shè)施的目的，大量20世紀(jì)70年代以后建造的醫(yī)院建筑需要進(jìn)行改造。由于改變用途、使用環(huán)境以及抗震設(shè)防目標(biāo)提高等，在改造的同時(shí)需要進(jìn)行抗震鑒定及結(jié)構(gòu)加固。

工程實(shí)例概況

某醫(yī)院病房樓，地下1層，地上8層。首層為消化內(nèi)科及大廳;2~6層為病房，7層為設(shè)備層，8層為電梯機(jī)房和設(shè)備用房。建筑平面形狀為矩形，總高度

26.90m。結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為箱形基礎(chǔ)，樓板為現(xiàn)澆梁板體系，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖 1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

原建筑竣工于1984年，按7度(0.15g)抗震設(shè)防，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為丙類。依據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.3條規(guī)定，改造后的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為乙類。鑒于醫(yī)院實(shí)際需求及《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第1.0.6條規(guī)定，該病房樓進(jìn)行改造設(shè)計(jì)前需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定，并確定其后續(xù)使用年限為40年。

建筑現(xiàn)狀調(diào)查

抗震鑒定前應(yīng)進(jìn)行建筑現(xiàn)狀調(diào)查，包括搜集勘察、施工及竣工驗(yàn)收的相關(guān)原始資料;當(dāng)資料不全時(shí)，應(yīng)根據(jù)鑒定的需要進(jìn)行補(bǔ)充實(shí)測。調(diào)查建筑現(xiàn)狀與原始資料相符程度、施工質(zhì)量和維護(hù)狀況。

1原始資料調(diào)查

該住院樓巖土工程勘察報(bào)告、竣工圖紙、竣工驗(yàn)收資料等原始資料均較齊全。

2外觀質(zhì)量檢查

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫及劣化程度等。經(jīng)檢查個(gè)別框架柱及剪力墻表面存在蜂窩、麻面現(xiàn)象;少數(shù)框架梁存在梁底鋼筋銹蝕現(xiàn)象(見圖2);個(gè)別屋面板板底存在堿蝕、露筋現(xiàn)象(見圖3)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)明顯開裂、較大變形等嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性損壞現(xiàn)象。

圖2梁底鋼筋銹蝕

圖3板底堿蝕、露筋

3材料性能檢測

建筑結(jié)構(gòu)的材料性能是結(jié)構(gòu)安全的基本保證。本工程混凝土強(qiáng)度采用超聲-回彈綜合法對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場取樣檢測，檢測混凝土強(qiáng)度摘錄如表1所示�，F(xiàn)場采用鋼筋探測儀對(duì)部分梁、板、柱、剪力墻的鋼筋配置、分布及混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果基本符合原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

表1構(gòu)件混凝土強(qiáng)度回彈法檢測結(jié)果摘錄

抗震鑒定 1抗震鑒定原則

本工程屬于B類建筑，應(yīng)進(jìn)行兩級(jí)鑒定。(1)第一級(jí)鑒定：對(duì)現(xiàn)有房屋的宏觀控制和構(gòu)造鑒定為主進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);(2)第二級(jí)鑒定：對(duì)現(xiàn)有房屋進(jìn)行抗震驗(yàn)算為主結(jié)合構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

(1)和(2)同時(shí)滿足的建筑評(píng)定為滿足抗震要求,可不進(jìn)行加固處理;(1)滿足而主要抗側(cè)力構(gòu)件的抗震承載力不低于規(guī)定的95%、次要抗側(cè)力構(gòu)件的抗震承載力不低于規(guī)定的90%，可不進(jìn)行加固處理;(1)不滿足而抗震承載力較高時(shí)，可通過構(gòu)造影響系數(shù)進(jìn)行綜合抗震能力的評(píng)定;(1)和(2)均不滿足要求時(shí)，應(yīng)采取加固或其他相應(yīng)措施。

2抗震等級(jí)確定

本工程使用功能為病房樓，根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.3條，二三級(jí)醫(yī)院的門診、醫(yī)技、住院用房，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃分為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)。依據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.2條規(guī)定，本樓框架抗震等級(jí)為二級(jí)、剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。依據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.1條規(guī)定，框架抗震等級(jí)為三級(jí)、剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)。改造工程的抗震設(shè)防目標(biāo)及抗震設(shè)防水準(zhǔn)，按照安全、經(jīng)濟(jì)、合理的要求，結(jié)合其后續(xù)使用年限40年相協(xié)調(diào)，確定框架抗震等級(jí)為三級(jí)、剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)。

3場地、地基和基礎(chǔ)

查閱原地勘報(bào)告，本樓建造于對(duì)抗震有利的地段，場地類別為II類，其地基主要受力范圍內(nèi)不存在軟弱土、飽和砂土和飽和粉土或嚴(yán)重不均勻土層。依據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第4.1條、4.2條規(guī)定，可不進(jìn)行場地對(duì)建筑影響的抗震鑒定，同時(shí)也可不進(jìn)行地基基礎(chǔ)的抗震鑒定。

4抗震措施鑒定(第一級(jí)鑒定)

1)結(jié)構(gòu)高度

本工程結(jié)構(gòu)總高26.90m,滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.1條，7度框架-抗震墻結(jié)構(gòu)適用的最大高度為120m的要求。

2)房屋的結(jié)構(gòu)體系

本工程為雙向多跨框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布置及框架梁、柱、剪力墻截面滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.2條房屋結(jié)構(gòu)體系要求。

本工程建筑平面形狀為矩形，平面沒有局部突出，立面沒有局部縮進(jìn)，均滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條房屋結(jié)構(gòu)體系要求。

樓層剛度大于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)3層總的剛度降低小于50%，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條房屋結(jié)構(gòu)體系要求。

首層個(gè)別框架柱軸壓比為0.98，不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條框架-抗震墻柱(抗震等級(jí)三級(jí))軸壓比≤0.95的要求。

3)混凝土強(qiáng)度等級(jí)

本工程混凝土強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》 第6.3.3 條梁、柱、墻實(shí)際達(dá)到的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20要求。

4)框架梁的配筋及構(gòu)造

本工程框架梁縱向受拉鋼筋的配筋率不大于2.5%;梁端截面的底面和頂面配筋量的比值不小于0.3;梁端箍筋實(shí)際加密區(qū)的長度大于梁截面高度的1.5倍，箍筋最小直徑為8mm，滿足要求。

5)框架柱的配筋及構(gòu)造

本工程框架柱實(shí)際縱向鋼筋的總配筋率，框架中柱、邊柱和角柱均大于1.0%，滿足要求。柱箍筋加密區(qū)的箍筋間距為100mm，箍筋直徑為φ8mm和φ10mm，滿足要求。柱加密區(qū)箍筋肢距不大于200mm，且每隔1根縱向鋼筋在2個(gè)方向均有箍筋約束，滿足要求。

6)框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)構(gòu)造

本工程框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)箍筋最大間距為100mm，最小直徑為φ12mm，柱體積配箍率為 1.6%~2.1%，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 6.3.6

條要求。

7)抗震墻的配筋及構(gòu)造

本工程抗震墻墻板豎向、橫向分布鋼筋的配筋率約為0.628%，均大于0.25%，最大間距為150mm，最小直徑φ12mm，滿足要求�？拐饓�邊緣構(gòu)件的配筋，縱向鋼筋配筋率為1.2%~2.0%，箍筋直徑均為φ10mm，間距均為100mm，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.7條要求。

8)填充墻

本工程砌體填充墻在平面和豎向布置均勻?qū)ΨQ，滿足要求。砌體填充墻沿框架柱每隔500mm有2根φ6mm拉筋，拉筋伸入填充墻內(nèi)長度700mm，滿足三四級(jí)框架不應(yīng)小于墻長的1/5且不小于700mm的要求。

墻長度大于5m時(shí)，墻頂部與梁設(shè)有拉結(jié)措施，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.9條要求。

5抗震承載力驗(yàn)算(第二級(jí)鑒定)

第二級(jí)鑒定是以抗震驗(yàn)算為主，結(jié)合構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。第二級(jí)鑒定可采用樓層綜合抗震能力指數(shù)法與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定方法進(jìn)行抗震計(jì)算分析。本工程采用中國建筑科學(xué)研究院編制的《PKPM

混凝土結(jié)構(gòu)鑒定加固》軟件進(jìn)行抗震承載力計(jì)算。在建立計(jì)算模型和選擇計(jì)算方法時(shí)采取了如下處理。

1)在 PKPM 軟件計(jì)算中，依據(jù)原設(shè)計(jì)施工圖、本次改造建筑圖，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，確定結(jié)構(gòu)布置及荷載分布，建立計(jì)算空間計(jì)算模型(見圖 4)。

圖 4 空間計(jì)算模型

2)抗震計(jì)算的有關(guān)參數(shù)

抗震設(shè)防烈度:7 度; 設(shè)計(jì)基本地震加速:0.15g;設(shè)計(jì)地震分組:第一組;設(shè)計(jì)特征周期值:0.30s;建筑場地類別:II

類;地面粗糙類別:C類;框架抗震等級(jí):三級(jí);剪力墻抗震等級(jí):二級(jí)。

3)梁柱節(jié)點(diǎn)重合部分,梁端簡化為剛域。

4)考慮填充墻對(duì)于結(jié)構(gòu)總體剛度的影響，計(jì)算時(shí)取周期折減系數(shù)為 0.75。

5)根據(jù)第一級(jí)鑒定結(jié)果，體系影響系數(shù)取 0.95。

經(jīng)計(jì)算首層個(gè)別框架柱抗剪不滿足要求，首層、2層部分框架梁、板承載力不滿足要求，3層、5層改造為設(shè)備機(jī)房位置樓板承載力不滿足要求。

6抗震鑒定結(jié)論

1)個(gè)別框架柱軸壓比不滿足要求;

2)個(gè)別框架柱抗剪不滿足要求

3) 部分框架梁承載力不滿足要求;

4) 部分樓板承載力不滿足要求。

抗震加固設(shè)計(jì) 1框架柱加固

軸壓比不足的框架柱采用加大截面法進(jìn)行加固處理。該方法是在框架柱構(gòu)件表面鑿毛和清潔處理后用鋼筋混凝土圍套，圍套內(nèi)的縱向受力鋼筋由計(jì)算確定，并與原框架柱內(nèi)縱向受力鋼筋共同工作。采用加大截面法不僅提高框架柱的承載力，并且在一定程度上提高了結(jié)構(gòu)的剛度。

加大截面的尺寸一般在100mm左右，采用混凝土加大截面，澆筑時(shí)很難振搗密實(shí)，加固質(zhì)量難以保證。本工程采用高強(qiáng)灌漿料代替混凝土，保證了混凝土的密實(shí)度(見圖5)。

圖5框架柱加大截面詳圖

抗剪承載力不足的框架柱采用橫向粘貼碳纖維的方法進(jìn)行加固處理�？蚣苤�粘貼環(huán)向碳纖維箍，纏繞3圈且搭接長度應(yīng)超過200mm。碳纖維箍外側(cè)抹厚度不小于25mm的高強(qiáng)度水泥砂漿，以滿足防火及防護(hù)要求�？蚣苤�頂部及底部設(shè)置4mm厚鋼板封閉箍進(jìn)行附加錨固(見圖

6)。

圖6框架柱碳纖維加固詳圖

2混凝土梁加固

混凝土梁采用型鋼加固法。此方法適用于不允許增大構(gòu)件截面尺寸，而又需要大幅度地提高承載力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。型鋼加固法是在混凝土構(gòu)件四周包以型鋼，型鋼與被加固梁之間用聚合物砂漿或結(jié)構(gòu)膠等方法黏結(jié)。型鋼表面抹厚度不小于25mm的高強(qiáng)度水泥砂漿(應(yīng)加鋼絲網(wǎng)防裂)作防護(hù)層，具體做法如圖7所示。

圖7框架梁型鋼加固圖

3樓板加固

樓板采用粘貼碳纖維加固法。碳纖維復(fù)合材加固混凝土結(jié)構(gòu)，主要是利用纖維抗拉的高強(qiáng)度、高彈性模量、高應(yīng)變性能及利用改性環(huán)氧樹脂類膠結(jié)材料，使碳纖維與混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良好的黏結(jié)性，加固補(bǔ)強(qiáng)原結(jié)構(gòu)受拉縱向鋼筋和受剪、抗扭箍筋的不足，從而提高結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪、抗扭承載力。

該方法用高性能黏結(jié)劑將碳纖維布黏貼在樓板表面(纖維粘貼方向應(yīng)平行于構(gòu)件的主受力方向)，使兩者共同工作，提高樓板的抗彎承載力。為提高碳纖維布黏結(jié)加固耐久性，碳纖維表面采用壓結(jié)鋼片加射釘進(jìn)行附加錨固，壓結(jié)鋼片長度宜為碳纖維布寬+60mm，射釘應(yīng)不打穿碳纖維布。

小結(jié)

1)抗震鑒定應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、后續(xù)使用年限等因素，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，采用逐級(jí)鑒定的方法，進(jìn)行抗震性能分析。

2)抗震加固應(yīng)綜合分析建筑整體情況、現(xiàn)場檢測結(jié)果、抗震鑒定結(jié)果，并結(jié)合建筑物的現(xiàn)狀等，選擇經(jīng)濟(jì)、合理、施工方便的加固方案。