医院建筑抗震鉴定与加固设计

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日期:2018-01-18   浏览:204

案列说明

工程实例概况

某医院病房楼,地下1层,地上8层。首层为消化内科及大厅;2~6层为病房,7层为设备层,8层为电梯机房和设备用房。建筑平面形状为矩形,总高度 26.90m。结构形式为现浇框架-剪力墙结构,基础为箱形基础,楼板为现浇梁板体系。

原建筑竣工于1984年,按7度(0.15g)抗震设防,结构抗震设防类别为丙类。依据《建筑工程抗震设防分类标准》第4.0.3条规定,改造后的结构抗震设防类别为乙类。鉴于医院实际需求及《建筑抗震鉴定标准》第1.0.6条规定, 该病房楼进行改造设计前需对原结构进行抗震鉴定,并确定其后续使用年限为 40a。

建筑现状调查

抗震鉴定前应进行建筑现状调查,包括搜集勘察、施工及竣工验收的相关原始资料;当资料不全时,应根据鉴定的需要进行补充实测。调查建筑现状与原始资料相符程度、施工质量和维护状况。

1原始资料调查

该住院楼岩土工程勘察报告、竣工图纸、竣工验收资料等原始资料均较齐全。

2外观质量检查

钢筋混凝土结构主要检查结构构件的裂缝及劣化程度等。经检查个别框架柱及剪力墙表面存在蜂窝、麻面现象;少数框架梁存在梁底钢筋锈蚀现象;个别屋面板板底存在碱蚀、露筋现象。结构构件未发现明显开裂、较大变形等严重结构性损坏现象。

3材料性能检测

建筑结构的材料性能是结构安全的基本保证。本工程混凝土强度采用超声-回弹综合法对混凝土抗压强度进行现场取样检测。现场采用钢筋探测仪对部分梁、板、柱、剪力墙的钢筋配置、分布及混凝土保护层厚度进行检测,检测结果基本符合原图纸设计要求。

抗震鉴定

1抗震鉴定原则

本工程属于 B 类建筑,应进行两级鉴定。(1)第一级鉴定:对现有房屋的宏观控制和构造鉴定为主进行综合评价; (2)第二级鉴定:对现有房屋进行抗震验算为主结合构造影响进行综合评价。

(1)和(2)同时满足的建筑评定为满足抗震要求,可不进行加固处理;(1) 满足而主要抗侧力构件的抗震承载力不低于规定的 95%、次要抗侧力构件的抗震承载力不低于规定的 90%,可不进行加固处理;(1)不满足而抗震承载力较高时,可通过构造影响系数进行综合抗震能力的评定; (1)和(2)均不满足要求时,应采取加固或其他相应措施。

2抗震等级确定

本工程使用功能为病房楼,根据《建筑工程抗震设防分类标准》第4.0.3条,二三级医院的门诊、医技、住院用房,抗震设防类别应划分为重点设防类(乙类)。依据现行 《建筑抗震设计规范》第 6.1.2 条规定,本楼框架抗震等级为二级、剪力墙抗震等级为一级。依据现行《建筑抗震鉴定标准》 第6.3.1条规定,框架抗震等级为三级、剪力墙抗震等级为二级。改造工程的抗震设防目标及抗震设防水准,按照安全、经济、合理的要求,结合其后续使用年限40年相协调,确定框架抗震等级为三级、剪力墙抗震等级为二级。

3场地、地基和基础

查阅原地勘报告,本楼建造于对抗震有利的地段,场地类别为II类,其地基主要受力范围内不存在软弱土、饱和砂土和饱和粉土或严重不均匀土层。依据《建筑抗震鉴定标准》第4.1条、4.2条规定,可不进行场地对建筑影响的抗震鉴定,同时也可不进行地基基础的抗震鉴定。

4抗震措施鉴定( 第一级鉴定)

1、结构高度

本工程结构总高26.90m,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.1.1条,7度框架-抗震墙结构适用的最大高度为120m的要求。

2、房屋的结构体系

本工程为双向多跨框架-抗震墙结构,结构布置及框架梁、柱、剪力墙截面满足 《建筑抗震鉴定标准》第6.3.2条房屋结构体系要求。

本工程建筑平面形状为矩形,平面没有局部突出,立面没有局部缩进,均满足《建筑抗震鉴定标准》 第 6.2.1 条房屋结构体系要求。

楼层刚度大于其相邻上层刚度的70%,且连续3层总的刚度降低小于50%,满足《建筑抗震鉴定标准》 第 6.2.1 条房屋结构体系要求。

首层个别框架柱轴压比为0.98,不满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条框架-抗震墙柱(抗震等级三级)轴压比≤0.95的要求。

3、 混凝土强度等级

本工程混凝土强度实测结果,满足《建筑抗震鉴定标准》 第6.3.3 条梁、柱、墙实际达到的混凝土强度等级不应低于 C20要求。

4、框架梁的配筋及构造

本工程框架梁纵向受拉钢筋的配筋率不大于2.5%;梁端截面的底面和顶面配筋量的比值不小于0.3;梁端箍筋实际加密区的长度大于梁截面高度的1.5倍,箍筋最小直径为8mm,满足要求。

5、框架柱的配筋及构造

本工程框架柱实际纵向钢筋的总配筋率,框架中柱、边柱和角柱均大于1.0%,满足要求。柱箍筋加密区的箍筋间距为100mm,箍筋直径为φ8mm和φ10mm,满足要求。柱加密区箍筋肢距不大于200mm,且每隔1根纵向钢筋在2个方向均有箍筋约束,满足要求。

6、框架节点核心区构造

本工程框架节点核心区内箍筋最大间距为100mm,最小直径为φ12mm,柱体积配箍率为 1.6%~2.1%,满足《建筑抗震鉴定标准》第 6.3.6 条要求。

7、 抗震墙的配筋及构造

本工程抗震墙墙板竖向、横向分布钢筋的配筋率约为0.628%,均大于0.25%,最大间距为150mm,最小直径φ12mm,满足要求。抗震墙边缘构件的配筋,纵向钢筋配筋率为1.2%~2.0%,箍筋直径均为φ10mm,间距均为100mm,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.7条要求。

8、填充墙

本工程砌体填充墙在平面和竖向布置均匀对称,满足要求。砌体填充墙沿框架柱每隔500mm有2根φ6mm拉筋,拉筋伸入填充墙内长度700mm,满足三四级框架不应小于墙长的1/5且不小于700mm的要求。 墙长度大于5m时,墙顶部与梁设有拉结措施,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.9条要求。

5抗震承载力验算(第二级鉴定)

第二级鉴定是以抗震验算为主,结合构造影响进行综合评价。第二级鉴定可采用楼层综合抗震能力指数法与《建筑抗震设计规范》规定方法进行抗震计算分析。本工程采用中国建筑科学研究院编制的《PKPM 混凝土结构鉴定加固》软件进行抗震承载力计算。

1)在 PKPM 软件计算中,依据原设计施工图、本次改造建筑图,并结合现场调查结果,确定结构布置及荷载分布,建立计算空间计算模型。

2)抗震计算的有关参数

抗震设防烈度:7 度; 设计基本地震加速:0.15g;设计地震分组:第一组;设计特征周期值:0.30s;建筑场地类别:II 类;地面粗糙类别:C类;框架抗震等级:三级;剪力墙抗震等级:二级。

3)梁柱节点重合部分,梁端简化为刚域。

4)考虑填充墙对于结构总体刚度的影响,计算时取周期折减系数为 0.75。

5)根据第一级鉴定结果,体系影响系数取 0.95。

经计算首层个别框架柱抗剪不满足要求,首层、2层部分框架梁、板承载力不满足要求,3层、5层改造为设备机房位置楼板承载力不满足要求。

6抗震鉴定结论

1)个别框架柱轴压比不满足要求;

2)个别框架柱抗剪不满足要求

3) 部分框架梁承载力不满足要求;

4) 部分楼板承载力不满足要求。

抗震加固设计

1框架柱加固

轴压比不足的框架柱采用加大截面法进行加固处理。该方法是在框架柱构件表面凿毛和清洁处理后用钢筋混凝土围套,围套内的纵向受力钢筋由计算确定,并与原框架柱内纵向受力钢筋共同工作。采用加大截面法不仅提高框架柱的承载力,并且在一定程度上提高了结构的刚度。 加大截面的尺寸一般在100mm左右,采用混凝土加大截面,浇筑时很难振捣密实,加固质量难以保证。本工程采用高强灌浆料代替混凝土,保证了混凝土的密实度。

抗剪承载力不足的框架柱采用横向粘贴碳纤维的方法进行加固处理。 框架柱粘贴环向碳纤维箍,缠绕3圈且搭接长度应超过200mm。碳纤维箍外侧抹厚度不小于 25mm 的高强度水泥砂浆,以满足防火及防护要求。 框架柱顶部及底部设置4mm厚钢板封闭箍进行附加锚固。

2混凝土梁加固

混凝土梁采用型钢加固法。此方法适用于不允许增大构件截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构加固。 型钢加固法是在混凝土构件四周包以型钢,型钢与被加固梁之间用聚合物砂浆或结构胶等方法黏结。型钢表面抹厚度不小于 25mm 的高强度水泥砂浆(应加钢丝网防裂)作防护层,具体做法如图 7 所示。

3楼板加固

楼板采用粘贴碳纤维加固法。碳纤维复合材加固混凝土结构,主要是利用纤维抗拉的高强度、高弹性模量、高应变性能及利用改性环氧树脂类胶结材料,使碳纤维与混凝土结构产生良好的黏结性,加固补强原结构受拉纵向钢筋和受剪、抗扭箍筋的不足,从而提高结构抗弯、抗剪、抗扭承载力。

该方法用高性能黏结剂将碳纤维布黏贴在楼板表面 (纤维粘贴方向应平行于构件的主受力方向),使两者共同工作,提高楼板的抗弯承载力。为提高碳纤维布黏结加固耐久性,碳纤维表面采用压结钢片加射钉进行附加锚固,压结钢片长度宜为碳纤维布宽 +60mm,射钉应不打穿碳纤维布。

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