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    2. 醫院建筑抗震鑒定與加固設計

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      日期:2018-01-18   瀏覽:1090

      案列說明

      工程實例概況

      某醫院病房樓,地下1層,地上8層。首層為消化內科及大廳;2~6層為病房,7層為設備層,8層為電梯機房和設備用房。建筑平面形狀為矩形,總高度 26.90m。結構形式為現澆框架-剪力墻結構,基礎為箱形基礎,樓板為現澆梁板體系。

      原建筑竣工于1984年,按7度(0.15g)抗震設防,結構抗震設防類別為丙類。依據《建筑工程抗震設防分類標準》第4.0.3條規定,改造后的結構抗震設防類別為乙類。鑒于醫院實際需求及《建筑抗震鑒定標準》第1.0.6條規定, 該病房樓進行改造設計前需對原結構進行抗震鑒定,并確定其后續使用年限為 40a。

      建筑現狀調查

      抗震鑒定前應進行建筑現狀調查,包括搜集勘察、施工及竣工驗收的相關原始資料;當資料不全時,應根據鑒定的需要進行補充實測。調查建筑現狀與原始資料相符程度、施工質量和維護狀況。

      1原始資料調查

      該住院樓巖土工程勘察報告、竣工圖紙、竣工驗收資料等原始資料均較齊全。

      2外觀質量檢查

      鋼筋混凝土結構主要檢查結構構件的裂縫及劣化程度等。經檢查個別框架柱及剪力墻表面存在蜂窩、麻面現象;少數框架梁存在梁底鋼筋銹蝕現象;個別屋面板板底存在堿蝕、露筋現象。結構構件未發現明顯開裂、較大變形等嚴重結構性損壞現象。

      3材料性能檢測

      建筑結構的材料性能是結構安全的基本保證。本工程混凝土強度采用超聲-回彈綜合法對混凝土抗壓強度進行現場取樣檢測。現場采用鋼筋探測儀對部分梁、板、柱、剪力墻的鋼筋配置、分布及混凝土保護層厚度進行檢測,檢測結果基本符合原圖紙設計要求。

      抗震鑒定

      1抗震鑒定原則

      本工程屬于 B 類建筑,應進行兩級鑒定。(1)第一級鑒定:對現有房屋的宏觀控制和構造鑒定為主進行綜合評價; (2)第二級鑒定:對現有房屋進行抗震驗算為主結合構造影響進行綜合評價。

      (1)和(2)同時滿足的建筑評定為滿足抗震要求,可不進行加固處理;(1) 滿足而主要抗側力構件的抗震承載力不低于規定的 95%、次要抗側力構件的抗震承載力不低于規定的 90%,可不進行加固處理;(1)不滿足而抗震承載力較高時,可通過構造影響系數進行綜合抗震能力的評定; (1)和(2)均不滿足要求時,應采取加固或其他相應措施。

      2抗震等級確定

      本工程使用功能為病房樓,根據《建筑工程抗震設防分類標準》第4.0.3條,二三級醫院的門診、醫技、住院用房,抗震設防類別應劃分為重點設防類(乙類)。依據現行 《建筑抗震設計規范》第 6.1.2 條規定,本樓框架抗震等級為二級、剪力墻抗震等級為一級。依據現行《建筑抗震鑒定標準》 第6.3.1條規定,框架抗震等級為三級、剪力墻抗震等級為二級。改造工程的抗震設防目標及抗震設防水準,按照安全、經濟、合理的要求,結合其后續使用年限40年相協調,確定框架抗震等級為三級、剪力墻抗震等級為二級。

      3場地、地基和基礎

      查閱原地勘報告,本樓建造于對抗震有利的地段,場地類別為II類,其地基主要受力范圍內不存在軟弱土、飽和砂土和飽和粉土或嚴重不均勻土層。依據《建筑抗震鑒定標準》第4.1條、4.2條規定,可不進行場地對建筑影響的抗震鑒定,同時也可不進行地基基礎的抗震鑒定。

      4抗震措施鑒定( 第一級鑒定)

      1、結構高度

      本工程結構總高26.90m,滿足《建筑抗震鑒定標準》第6.1.1條,7度框架-抗震墻結構適用的最大高度為120m的要求。

      2、房屋的結構體系

      本工程為雙向多跨框架-抗震墻結構,結構布置及框架梁、柱、剪力墻截面滿足 《建筑抗震鑒定標準》第6.3.2條房屋結構體系要求。

      本工程建筑平面形狀為矩形,平面沒有局部突出,立面沒有局部縮進,均滿足《建筑抗震鑒定標準》 第 6.2.1 條房屋結構體系要求。

      樓層剛度大于其相鄰上層剛度的70%,且連續3層總的剛度降低小于50%,滿足《建筑抗震鑒定標準》 第 6.2.1 條房屋結構體系要求。

      首層個別框架柱軸壓比為0.98,不滿足《建筑抗震鑒定標準》第6.2.1條框架-抗震墻柱(抗震等級三級)軸壓比≤0.95的要求。

      3、 混凝土強度等級

      本工程混凝土強度實測結果,滿足《建筑抗震鑒定標準》 第6.3.3 條梁、柱、墻實際達到的混凝土強度等級不應低于 C20要求。

      4、框架梁的配筋及構造

      本工程框架梁縱向受拉鋼筋的配筋率不大于2.5%;梁端截面的底面和頂面配筋量的比值不小于0.3;梁端箍筋實際加密區的長度大于梁截面高度的1.5倍,箍筋最小直徑為8mm,滿足要求。

      5、框架柱的配筋及構造

      本工程框架柱實際縱向鋼筋的總配筋率,框架中柱、邊柱和角柱均大于1.0%,滿足要求。柱箍筋加密區的箍筋間距為100mm,箍筋直徑為φ8mm和φ10mm,滿足要求。柱加密區箍筋肢距不大于200mm,且每隔1根縱向鋼筋在2個方向均有箍筋約束,滿足要求。

      6、框架節點核心區構造

      本工程框架節點核心區內箍筋最大間距為100mm,最小直徑為φ12mm,柱體積配箍率為 1.6%~2.1%,滿足《建筑抗震鑒定標準》第 6.3.6 條要求。

      7、 抗震墻的配筋及構造

      本工程抗震墻墻板豎向、橫向分布鋼筋的配筋率約為0.628%,均大于0.25%,最大間距為150mm,最小直徑φ12mm,滿足要求。抗震墻邊緣構件的配筋,縱向鋼筋配筋率為1.2%~2.0%,箍筋直徑均為φ10mm,間距均為100mm,滿足《建筑抗震鑒定標準》第6.3.7條要求。

      8、填充墻

      本工程砌體填充墻在平面和豎向布置均勻對稱,滿足要求。砌體填充墻沿框架柱每隔500mm有2根φ6mm拉筋,拉筋伸入填充墻內長度700mm,滿足三四級框架不應小于墻長的1/5且不小于700mm的要求。 墻長度大于5m時,墻頂部與梁設有拉結措施,滿足《建筑抗震鑒定標準》第6.3.9條要求。

      5抗震承載力驗算(第二級鑒定)

      第二級鑒定是以抗震驗算為主,結合構造影響進行綜合評價。第二級鑒定可采用樓層綜合抗震能力指數法與《建筑抗震設計規范》規定方法進行抗震計算分析。本工程采用中國建筑科學研究院編制的《PKPM 混凝土結構鑒定加固》軟件進行抗震承載力計算。

      1)在 PKPM 軟件計算中,依據原設計施工圖、本次改造建筑圖,并結合現場調查結果,確定結構布置及荷載分布,建立計算空間計算模型。

      2)抗震計算的有關參數

      抗震設防烈度:7 度; 設計基本地震加速:0.15g;設計地震分組:第一組;設計特征周期值:0.30s;建筑場地類別:II 類;地面粗糙類別:C類;框架抗震等級:三級;剪力墻抗震等級:二級。

      3)梁柱節點重合部分,梁端簡化為剛域。

      4)考慮填充墻對于結構總體剛度的影響,計算時取周期折減系數為 0.75。

      5)根據第一級鑒定結果,體系影響系數取 0.95。

      經計算首層個別框架柱抗剪不滿足要求,首層、2層部分框架梁、板承載力不滿足要求,3層、5層改造為設備機房位置樓板承載力不滿足要求。

      6抗震鑒定結論

      1)個別框架柱軸壓比不滿足要求;

      2)個別框架柱抗剪不滿足要求

      3) 部分框架梁承載力不滿足要求;

      4) 部分樓板承載力不滿足要求。

      抗震加固設計

      1框架柱加固

      軸壓比不足的框架柱采用加大截面法進行加固處理。該方法是在框架柱構件表面鑿毛和清潔處理后用鋼筋混凝土圍套,圍套內的縱向受力鋼筋由計算確定,并與原框架柱內縱向受力鋼筋共同工作。采用加大截面法不僅提高框架柱的承載力,并且在一定程度上提高了結構的剛度。 加大截面的尺寸一般在100mm左右,采用混凝土加大截面,澆筑時很難振搗密實,加固質量難以保證。本工程采用高強灌漿料代替混凝土,保證了混凝土的密實度。

      抗剪承載力不足的框架柱采用橫向粘貼碳纖維的方法進行加固處理。 框架柱粘貼環向碳纖維箍,纏繞3圈且搭接長度應超過200mm。碳纖維箍外側抹厚度不小于 25mm 的高強度水泥砂漿,以滿足防火及防護要求。 框架柱頂部及底部設置4mm厚鋼板封閉箍進行附加錨固。

      2混凝土梁加固

      混凝土梁采用型鋼加固法。此方法適用于不允許增大構件截面尺寸,而又需要大幅度地提高承載力的混凝土結構加固。 型鋼加固法是在混凝土構件四周包以型鋼,型鋼與被加固梁之間用聚合物砂漿或結構膠等方法黏結。型鋼表面抹厚度不小于 25mm 的高強度水泥砂漿(應加鋼絲網防裂)作防護層,具體做法如圖 7 所示。

      3樓板加固

      樓板采用粘貼碳纖維加固法。碳纖維復合材加固混凝土結構,主要是利用纖維抗拉的高強度、高彈性模量、高應變性能及利用改性環氧樹脂類膠結材料,使碳纖維與混凝土結構產生良好的黏結性,加固補強原結構受拉縱向鋼筋和受剪、抗扭箍筋的不足,從而提高結構抗彎、抗剪、抗扭承載力。

      該方法用高性能黏結劑將碳纖維布黏貼在樓板表面 (纖維粘貼方向應平行于構件的主受力方向),使兩者共同工作,提高樓板的抗彎承載力。為提高碳纖維布黏結加固耐久性,碳纖維表面采用壓結鋼片加射釘進行附加錨固,壓結鋼片長度宜為碳纖維布寬 +60mm,射釘應不打穿碳纖維布。

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