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  • 医院建筑抗震鉴定与加固设计
    时间:2018-01-16 10:29:26  来源:河北长信加固  作者:河北长信

      随着国家经济水平的提高,对医疗建筑的功能要求不断提升。基于节约投资,最大程度地利用已有基础设施的目的,大量20世纪70年代以后建造的医院建筑需要进行改造。由于改变用途、使用环境以及抗震设防目标提高等原因,在改造的同时需要进行抗震鉴定及结构加固。

      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,标准层结构如图1所示。

     

    标准层平面图

      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(图 2);

     梁底钢筋锈蚀

           个别屋面板板底存在碱蚀、露筋现象(图 3)。

     

    板底碱蚀、 露筋

           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,检测混凝土强度摘录如表1所示。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。

     

    4.jpg

      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。

      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。

      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。在建立计算模型和选择计算方法时采取了如下处理。

      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(图 4)。

      图 4 空间计算模型

     

    河北长信

      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(图 5)。

     

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      图 5 框架柱加大截面详图

      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(图 6)。

     

    7.jpg

      图 6 框架柱碳纤维加固详图

      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。

     

    8.jpg

      图 7 框架梁型钢加固图

      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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