某医院加固方案对比分析

张 鹏 （安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230002）

1 项目工程概况

1.1 原工程概况

项目位于安徽省合肥市，该项目共有3个单体，设100mm抗震缝分开，其中南楼、北楼为地上5层框架结构，南北楼之间为2层（局部5层）的框架结构，均无地下室。原建筑功能为办公、储藏等，现根据业主要求改造为外科医院，改造前已经通过竣工验收。一层建筑平面图如图1所示。

本工程结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为一组，场地类别为II类，建筑抗震属于有利地段，设计基本地震加速度值为0.05g,设计特征周期值为0.35s[1]。原结构采用框架结构，抗震设防类别为标准设防类，框架抗震等级为三级。

图1 一层建筑平面布置图

1.2 改造后工程概况

改造后建筑功能为外科医院，平面增加部分楼梯、电梯。抗震设防类别为重点设防类[2]，加固后如采用框架结构体系，框架抗震等级为二级[1]；如采用框架剪力墙结构体系，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级[1]。

1.3 本工程特点

本工程为已建成结构，原结构设计活荷载基本能满足改造后建筑功能的需求，因此合理地选择加固方式，尽量避免原结构内力或抗震构造措施的提高，减少加固的范围是该项目加固设计的关键因素[3]。

2 两种加固方案

加固方案1为采用框架结构体系，对构件承载力不足的区域，分别进行构件加固处理[4]。由于抗震设防类别变化导致框架抗震等级由三级提高至二级。框架柱、框架梁在计算过程的内力调整系数与抗震构造措施也相应提高[1][5]，较多的框架柱、梁柱节点，框架梁需要进行加固处理。

加固方案2为增加混凝土剪力墙将结构体系改为框架剪力墙结构，南楼具体布置如图2所示。抗震设防类别提高至重点设防类，剪力墙抗震等级为二级，框架的抗震等级为三级[1]。其中框架部分的抗震等级与原结构相同，框架柱、框架梁在计算过程的内力调整系数不大于原结构。但由于增加混凝土剪力墙，导致结构刚度增加，框架部分的地震力相应有所变化。

图2 南楼框架剪力墙竖向构件布置图

3 两种加固方案结果对比

模型采用PKPM计算软件进行计算分析，取南楼计算结果对比两种不同方案下抗震措施、位移角、周期、框架部分承担的地震力等。

3.1 抗震构造措施对比分析

方案1加固后仍为框架结构，抗震等级为二级；方案2加固后为框架剪力墙结构，框架部分抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。对框架部分具体对比如表1[1]所示。

由表1结果可知，方案1的框架抗震等级大于原结构，相关内力调整系数均大于原结构，而方案2的框架抗震等级与原结构相同，相关内力调整系数不大于原结构。同样方案2框架柱的轴压比限制也较原结构放宽。采用方案2能避免因内力调整系数变大而引起的构件内力增大。

两种加固方案与原结构相关信息对比 表1

3.2 位移角对比分析

在多遇地震作用下，结构整体处于弹性阶段，抗震规范中规定框架结构的层间位移角不大于1/550，框架剪力墙结构层间位移比不大于1/800[1]。表2表示南楼在7度多遇地震下的层间位移比，方案1与方案2均能满足规范对层间位移角的要求。方案2结构的层间位移角较小，且混凝土剪力墙的存在，结构的整体刚度有所提高。

两种加固方案位移比 表2

3.3 周期对比分析

表3为两种方案的周期对比，从表3可以看出，加固方案2的第一、第二平动周期都比加固方案1要小，结构的侧向刚度提高。由于加固方案2在结构周边增设部分混凝土剪力墙，提高结构的扭转刚度，故该方案的周期比明显优于加固方案1。

两种加固方案周期对 表3

3.4 框架承担规定水平力对比分析

选取方案2中框架部分承担的地震剪力（该值经过0.2Q0调整）[1]，对比方案1框架承担的地震剪力，对比结果如表4所示。

方案2的框架承担的地震剪力为0.2Q0调整后的地震力，对于方案1的框架承担的地震剪力，可以发现一层至五层方案2的地震力均小于方案1，六层方案2的地震力大于方案2。故采用方案2可大幅减少大多数区域框架部分所承担的地震剪力，从而可避免梁、柱构件因地震剪力增大而进行的加固。

两种加固方案框架承担的地震剪力 表4

4 结论

以上对比可知，采用方案2，能有效的提高结构的刚度，改善结构的周期比，同时可减少绝大多数楼层框架部分承担的地震剪力。同时方案2能够保证框架部分的抗震等级与原结构相同，柱端弯矩增大系数、底层柱下端弯矩增大系数、梁端剪力增大系数、柱剪力增大系数不大于原结构计算取值。经比对两种方案的计算结果，方案2能够大量减少结构的加固量，故本工程在实际中选择方案2进行加固。

对于类似框架结构，因建筑功能改变导致抗震设防类别提高进行加固设计时，采用改变结构体系的方法具有较大的优势。增加剪力墙改变结构体系为框剪结构的方案，不但能提高结构刚度，增设二道防线，同时也可减少结构的加固量，避免因加固施工所带来的结构损伤，提高经济效益和时间效益。