某醫院多層砌體結構抗震鑒定與加固

陳小才

0 引言

我國是一個多地震的國家，地震活動的分布范圍十分廣泛，2008年5·12汶川8.0級地震帶來的災難，促使國家規范修訂并在全國開展中小學危房排查，與此同時各單位對自身建筑重新審視，尤其對原砌體結構建筑。本文在此背景下，對原有砌體結構的抗震鑒定與加固進行分析。

1 工程概況

圖1 一層平面圖

太原市某社區衛生服務中心位于太原市區，1984年第一次設計，原設計為筏形基礎，磚混結構，地上五層，地下一層，建筑總高度17.8 m，建筑面積約3 884.9 m2。該建筑場地屬Ⅲ類場地，抗震設防烈度為8度，設計基本抗震加速度為0.20g，設計地震分組為第一組。建筑地下一層層高2.2 m，一層層高3.6 m，二層～五層層高3.4 m，室內外高差為0.6 m，總高度17.8 m(一層平面圖見圖1)。

樓板結構采用預應力混凝土空心板，局部為框架結構及現澆板，大梁、過梁、樓梯及雨棚等為現澆。地下一層墻體厚度為360 mm，其余各層內墻墻厚240 mm、外墻墻厚為360 mm。經現場取樣試驗評定知:磚的強度等級地下一層～二層為MU10，三層～五層為MU7.5，與原設計砌體規格為地下一層～二層100號機制磚，三層～五層75號機制磚基本相符;砂漿強度等級:地下一層～二層為M5，三層 ～五層為 M2.5，與原設計為地下一層 ～二層50號混合砂漿，三層～五層25號混合砂漿基本相符;上部結構現澆部分混凝土強度實測強度均為C20，高于原設計混凝土標號200號(C18)，按實測值取值。

2 原有建筑抗震鑒定

我國目前抗震鑒定依據的標準是GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準(以下簡稱“標準”)，就是“結構綜合抗震能力二級鑒定方法”。

2.1 第一級抗震鑒定

根據現場勘察，對照“標準”對房屋進行的一級鑒定表明，有以下幾點不符合鑒定標準的要求:

1)房屋高度和寬度超出限值，但仍按本鑒定標準進行鑒定。

2)房屋中構造柱設置量少，不滿足要求。

3)抗震橫墻間距限值不滿足要求。

4)房屋結構中支承跨度大于5 m的大梁的內墻陽角至門窗洞的距離小于1.0 m，不滿足要求。

綜上所述，該醫院樓在第一級抗震鑒定時有以上四項不符合鑒定標準的要求，依據“標準”規定，該醫院樓需要進行第二級抗震鑒定來進一步判斷其是否滿足抗震鑒定要求。

2.2 第二級抗震鑒定

根據現場取樣及室內試驗得知:墻體磚和砂漿實際強度滿足原設計要求。故在該醫院樓的第二級抗震鑒定中按原設計所使用的材料強度進行。本工程結構體系、樓屋蓋整體性連接符合第一級抗震鑒定要求，但房屋高度、房屋寬度、構造柱設置、橫墻間距及易引起局部倒塌的結構構件不符合第一級抗震鑒定的要求。根據“標準”規定要求采用樓層平均抗震能力指數和樓層綜合抗震能力指數方法進行第二級鑒定。樓層綜合抗震能力指數和平均抗震能力指數按下式計算:

其中，參數意義參照“標準”。

第二級抗震鑒定結論:

從表1和表2的計算結果可以看出，房屋一層～五層的橫墻綜合抗震能力指數和縱墻綜合抗震能力指數βci均小于1，地下一層大于1，因此一層～五層的縱橫墻不滿足抗震鑒定要求，結構需加固。

3 原有建筑抗震加固

3.1 對原結構加固后進行整體性分析

針對原結構特點，原結構在外橫、縱墻均布置240 mm×240 mm構造柱，考慮到醫院在加固過程中需繼續使用，將構造柱外擴并在原圈梁處設混凝土鏈桿，同時將局部橫向梁形成整個橫向梁，對整個結構形成“套箍效應”，增強結構的整體性。以下是利用分析軟件MIDAS對結構在加固后彈塑性時程分析結果及其分析:選用5條地震波作為輸入地面運動:Taft Lincoln School，El Centro，San Fernando，HYOUGOKEN-South，人工波。5條地震波的加速度值作調整，使峰值加速度為400 gal。結構第一振型周期為0.55 s，地震計算持時均取6 s。層位移Δu、層間位移和層高之比Δu/h、頂點位移和高度之比u/H如表3所示。

表1 主樓橫墻綜合抗震能力指數

表2 主樓縱墻綜合抗震能力指數

表3 結構層間位移、位移角與整體位移、位移角

由表3可知結構在罕遇地震下各波的薄層均為3層，結合文獻[2］試驗結果，該結構加固后最大位移角均滿足要求，確保《建筑抗震設計規范》中實現當遭受高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞即“大震不倒”目標。

3.2 局部墻段加固和增設混凝土柱

對PKPM分析中非抗震抗力與載荷比小于0.95的墻段和本地區基本烈度8度墻體剪力抗震不足墻段進行加固，增設圈梁、混凝土柱。經比較分析，對墻體采用細石混凝土鋼筋網方案進行加固。間距較大的內橫墻及建筑中的大拐角處墻體采用雙面細石混凝土鋼筋網予以加固，其余采用單面細石混凝土鋼筋網。對房屋中易倒塌的部位:承重窗間墻寬度過小、支承大梁墻段、大拐角處等抗震能力不能滿足要求時，可以增設鋼筋混凝土柱加固，鋼筋混凝土柱與磚墻用封閉箍筋連接，鋼筋通過墻上鉆出的孔洞穿過墻體，緊貼剔除抹灰層的墻皮，伸入鋼筋混凝土柱與其鋼筋錨牢。

加鋼筋混凝土柱作法及墻體加固構造如圖2，圖3所示。

圖3 墻體加固構造

圖2 加鋼筋混凝土柱作法

加固后結構滿足現行國家有關標準規范對加固后的房屋結構驗算要求，實現《建筑抗震設計規范》中當遭受多遇地震時，一般不受損壞或不需修理可繼續使用。

通過增設圈梁和混凝土柱等加強構造措施使結構滿足《建筑抗震設計規范》中當遭受相當于本抗震設防烈度地震時，經一般修理或不需修理仍可繼續使用。最終達到抗震中“小震不壞，中震可修”的目標。

4 結語

1)在高地震區對原有建筑應建立“結構健康監控”制度，查找危房，及時處理:對規范調高要求的建筑如中小學，醫院等對人們生產、生活有重大影響的建筑應普查并及時加固與重建。

2)砌體抗震鑒定可以借鑒《建筑抗震鑒定規范》中“結構綜合抗震能力二級鑒定方法”對建筑綜合鑒定。對抗震鑒定不滿足要求且仍有使用要求建筑的加固應強調先整體后局部的加固思路，并利用MIDAS分析軟件做有益嘗試。

3)本文以砌體結構為例，籍此對同類建筑抗震鑒定和加固提供有益思路，同時對混凝土結構的鑒定和加固也有一定的指導意義。

[1]李 黎，尹 鵬.多層砌體結構抗震鑒定實例[J］.地震工程與加固改造，2006，28(1):106-109.

[2]薛彥濤，劉經緯，徐德良.大開間約束磚砌體結構模型的擬靜力試驗研究[J］.建筑結構學報，2002(1):48-52.

[3]徐德良，劉偉慶，劉經緯.約束磚砌體結構的彈塑性時程分析[J］.地震工程與工程振動，2002，22(5):57-61.

[4]劉向華.結合節能改造的辦公樓抗震加固[J］.四川建筑科學研究，2010，36(1):68-70.

[5]隋翔宇.淺談多層砌體房屋抗震設計[J］.山西建筑，2011，37(1):40-41.