某醫院加固方案對比分析

張 鵬 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230002）

1 項目工程概況

1.1 原工程概況

項目位于安徽省合肥市，該項目共有3個單體，設100mm抗震縫分開，其中南樓、北樓為地上5層框架結構，南北樓之間為2層（局部5層）的框架結構，均無地下室。原建筑功能為辦公、儲藏等，現根據業主要求改造為外科醫院，改造前已經通過竣工驗收。一層建筑平面圖如圖1所示。

本工程結構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為一組，場地類別為II類，建筑抗震屬于有利地段，設計基本地震加速度值為0.05g,設計特征周期值為0.35s[1]。原結構采用框架結構，抗震設防類別為標準設防類，框架抗震等級為三級。

圖1 一層建筑平面布置圖

1.2 改造后工程概況

改造后建筑功能為外科醫院，平面增加部分樓梯、電梯。抗震設防類別為重點設防類[2]，加固后如采用框架結構體系，框架抗震等級為二級[1]；如采用框架剪力墻結構體系，框架抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級[1]。

1.3 本工程特點

本工程為已建成結構，原結構設計活荷載基本能滿足改造后建筑功能的需求，因此合理地選擇加固方式，盡量避免原結構內力或抗震構造措施的提高，減少加固的范圍是該項目加固設計的關鍵因素[3]。

2 兩種加固方案

加固方案1為采用框架結構體系，對構件承載力不足的區域，分別進行構件加固處理[4]。由于抗震設防類別變化導致框架抗震等級由三級提高至二級。框架柱、框架梁在計算過程的內力調整系數與抗震構造措施也相應提高[1][5]，較多的框架柱、梁柱節點，框架梁需要進行加固處理。

加固方案2為增加混凝土剪力墻將結構體系改為框架剪力墻結構，南樓具體布置如圖2所示?？拐鹪O防類別提高至重點設防類，剪力墻抗震等級為二級，框架的抗震等級為三級[1]。其中框架部分的抗震等級與原結構相同，框架柱、框架梁在計算過程的內力調整系數不大于原結構。但由于增加混凝土剪力墻，導致結構剛度增加，框架部分的地震力相應有所變化。

圖2 南樓框架剪力墻豎向構件布置圖

3 兩種加固方案結果對比

模型采用PKPM計算軟件進行計算分析，取南樓計算結果對比兩種不同方案下抗震措施、位移角、周期、框架部分承擔的地震力等。

3.1 抗震構造措施對比分析

方案1加固后仍為框架結構，抗震等級為二級；方案2加固后為框架剪力墻結構，框架部分抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級。對框架部分具體對比如表1[1]所示。

由表1結果可知，方案1的框架抗震等級大于原結構，相關內力調整系數均大于原結構，而方案2的框架抗震等級與原結構相同，相關內力調整系數不大于原結構。同樣方案2框架柱的軸壓比限制也較原結構放寬。采用方案2能避免因內力調整系數變大而引起的構件內力增大。

兩種加固方案與原結構相關信息對比 表1

3.2 位移角對比分析

在多遇地震作用下，結構整體處于彈性階段，抗震規范中規定框架結構的層間位移角不大于1/550，框架剪力墻結構層間位移比不大于1/800[1]。表2表示南樓在7度多遇地震下的層間位移比，方案1與方案2均能滿足規范對層間位移角的要求。方案2結構的層間位移角較小，且混凝土剪力墻的存在，結構的整體剛度有所提高。

兩種加固方案位移比 表2

3.3 周期對比分析

表3為兩種方案的周期對比，從表3可以看出，加固方案2的第一、第二平動周期都比加固方案1要小，結構的側向剛度提高。由于加固方案2在結構周邊增設部分混凝土剪力墻，提高結構的扭轉剛度，故該方案的周期比明顯優于加固方案1。

兩種加固方案周期對 表3

3.4 框架承擔規定水平力對比分析

選取方案2中框架部分承擔的地震剪力（該值經過0.2Q0調整）[1]，對比方案1框架承擔的地震剪力，對比結果如表4所示。

方案2的框架承擔的地震剪力為0.2Q0調整后的地震力，對于方案1的框架承擔的地震剪力，可以發現一層至五層方案2的地震力均小于方案1，六層方案2的地震力大于方案2。故采用方案2可大幅減少大多數區域框架部分所承擔的地震剪力，從而可避免梁、柱構件因地震剪力增大而進行的加固。

兩種加固方案框架承擔的地震剪力 表4

4 結論

以上對比可知，采用方案2，能有效的提高結構的剛度，改善結構的周期比，同時可減少絕大多數樓層框架部分承擔的地震剪力。同時方案2能夠保證框架部分的抗震等級與原結構相同，柱端彎矩增大系數、底層柱下端彎矩增大系數、梁端剪力增大系數、柱剪力增大系數不大于原結構計算取值。經比對兩種方案的計算結果，方案2能夠大量減少結構的加固量，故本工程在實際中選擇方案2進行加固。

對于類似框架結構，因建筑功能改變導致抗震設防類別提高進行加固設計時，采用改變結構體系的方法具有較大的優勢。增加剪力墻改變結構體系為框剪結構的方案，不但能提高結構剛度，增設二道防線，同時也可減少結構的加固量，避免因加固施工所帶來的結構損傷，提高經濟效益和時間效益。