某醫(yī)院加固方案對(duì)比分析

張 鵬 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230002）

1 項(xiàng)目工程概況

1.1 原工程概況

項(xiàng)目位于安徽省合肥市，該項(xiàng)目共有3個(gè)單體，設(shè)100mm抗震縫分開(kāi)，其中南樓、北樓為地上5層框架結(jié)構(gòu)，南北樓之間為2層（局部5層）的框架結(jié)構(gòu)，均無(wú)地下室。原建筑功能為辦公、儲(chǔ)藏等，現(xiàn)根據(jù)業(yè)主要求改造為外科醫(yī)院，改造前已經(jīng)通過(guò)竣工驗(yàn)收。一層建筑平面圖如圖1所示。

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為一組，場(chǎng)地類別為II類，建筑抗震屬于有利地段，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g,設(shè)計(jì)特征周期值為0.35s[1]。原結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，框架抗震等級(jí)為三級(jí)。

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(yī)院，平面增加部分樓梯、電梯。抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類[2]，加固后如采用框架結(jié)構(gòu)體系，框架抗震等級(jí)為二級(jí)[1]；如采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架抗震等級(jí)為三級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)[1]。

1.3 本工程特點(diǎn)

本工程為已建成結(jié)構(gòu)，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)內(nèi)力或抗震構(gòu)造措施的提高，減少加固的范圍是該項(xiàng)目加固設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素[3]。

2 兩種加固方案

加固方案1為采用框架結(jié)構(gòu)體系，對(duì)構(gòu)件承載力不足的區(qū)域，分別進(jìn)行構(gòu)件加固處理[4]。由于抗震設(shè)防類別變化導(dǎo)致框架抗震等級(jí)由三級(jí)提高至二級(jí)。框架柱、框架梁在計(jì)算過(guò)程的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)與抗震構(gòu)造措施也相應(yīng)提高[1][5]，較多的框架柱、梁柱節(jié)點(diǎn)，框架梁需要進(jìn)行加固處理。

加固方案2為增加混凝土剪力墻將結(jié)構(gòu)體系改為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，南樓具體布置如圖2所示。抗震設(shè)防類別提高至重點(diǎn)設(shè)防類，剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)，框架的抗震等級(jí)為三級(jí)[1]。其中框架部分的抗震等級(jí)與原結(jié)構(gòu)相同，框架柱、框架梁在計(jì)算過(guò)程的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)不大于原結(jié)構(gòu)。但由于增加混凝土剪力墻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度增加，框架部分的地震力相應(yīng)有所變化。

圖2 南樓框架剪力墻豎向構(gòu)件布置圖

3 兩種加固方案結(jié)果對(duì)比

模型采用PKPM計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算分析，取南樓計(jì)算結(jié)果對(duì)比兩種不同方案下抗震措施、位移角、周期、框架部分承擔(dān)的地震力等。

3.1 抗震構(gòu)造措施對(duì)比分析

方案1加固后仍為框架結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為二級(jí)；方案2加固后為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架部分抗震等級(jí)為三級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)。對(duì)框架部分具體對(duì)比如表1[1]所示。

由表1結(jié)果可知，方案1的框架抗震等級(jí)大于原結(jié)構(gòu)，相關(guān)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)均大于原結(jié)構(gòu)，而方案2的框架抗震等級(jí)與原結(jié)構(gòu)相同，相關(guān)內(nèi)力調(diào)整系數(shù)不大于原結(jié)構(gòu)。同樣方案2框架柱的軸壓比限制也較原結(jié)構(gòu)放寬。采用方案2能避免因內(nèi)力調(diào)整系數(shù)變大而引起的構(gòu)件內(nèi)力增大。

兩種加固方案與原結(jié)構(gòu)相關(guān)信息對(duì)比 表1

3.2 位移角對(duì)比分析

在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)整體處于彈性階段，抗震規(guī)范中規(guī)定框架結(jié)構(gòu)的層間位移角不大于1/550，框架剪力墻結(jié)構(gòu)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(guī)范對(duì)層間位移角的要求。方案2結(jié)構(gòu)的層間位移角較小，且混凝土剪力墻的存在，結(jié)構(gòu)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(duì)比分析

表3為兩種方案的周期對(duì)比，從表3可以看出，加固方案2的第一、第二平動(dòng)周期都比加固方案1要小，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度提高。由于加固方案2在結(jié)構(gòu)周邊增設(shè)部分混凝土剪力墻，提高結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，故該方案的周期比明顯優(yōu)于加固方案1。

兩種加固方案周期對(duì) 表3

3.4 框架承擔(dān)規(guī)定水平力對(duì)比分析

選取方案2中框架部分承擔(dān)的地震剪力（該值經(jīng)過(guò)0.2Q0調(diào)整）[1]，對(duì)比方案1框架承擔(dān)的地震剪力，對(duì)比結(jié)果如表4所示。

方案2的框架承擔(dān)的地震剪力為0.2Q0調(diào)整后的地震力，對(duì)于方案1的框架承擔(dān)的地震剪力，可以發(fā)現(xiàn)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(shù)區(qū)域框架部分所承擔(dān)的地震剪力，從而可避免梁、柱構(gòu)件因地震剪力增大而進(jìn)行的加固。

兩種加固方案框架承擔(dān)的地震剪力 表4

4 結(jié)論

以上對(duì)比可知，采用方案2，能有效的提高結(jié)構(gòu)的剛度，改善結(jié)構(gòu)的周期比，同時(shí)可減少絕大多數(shù)樓層框架部分承擔(dān)的地震剪力。同時(shí)方案2能夠保證框架部分的抗震等級(jí)與原結(jié)構(gòu)相同，柱端彎矩增大系數(shù)、底層柱下端彎矩增大系數(shù)、梁端剪力增大系數(shù)、柱剪力增大系數(shù)不大于原結(jié)構(gòu)計(jì)算取值。經(jīng)比對(duì)兩種方案的計(jì)算結(jié)果，方案2能夠大量減少結(jié)構(gòu)的加固量，故本工程在實(shí)際中選擇方案2進(jìn)行加固。

對(duì)于類似框架結(jié)構(gòu)，因建筑功能改變導(dǎo)致抗震設(shè)防類別提高進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，采用改變結(jié)構(gòu)體系的方法具有較大的優(yōu)勢(shì)。增加剪力墻改變結(jié)構(gòu)體系為框剪結(jié)構(gòu)的方案，不但能提高結(jié)構(gòu)剛度，增設(shè)二道防線，同時(shí)也可減少結(jié)構(gòu)的加固量，避免因加固施工所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)損傷，提高經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益。