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云南省騰沖縣人民醫院綜合業務樓擴建項目工程位于云南省騰沖市,當地抗震設防烈度為8度,設計基本加速度值為0.20g,設計地震分組為第三組。建筑場地類別為Ⅱ類。根據云南省政府規定:8度和9度抗震設防地區單體建筑面積大于2000㎡的縣級(含)以上醫院醫療用房應當采用減隔震技術(層數大于3層及以上時)。由此本工程按隔震結構設計。

工程分為兩期建設:
- 一期項目名稱為云南省騰沖縣醫院新建門診醫技、內科住院樓工程,于2104年3月開始施工圖設計,2015年4月開工,現主體結構施工完畢。
- 二期項目名稱為騰沖市人民醫院擴建(二期)項目,工程2017年10月開始設計,2018年4月施工圖審查通過。
一期工程分為內科病房樓和門診醫技樓。
- 內科病房樓地上14層(局部裙房三層),結構高度55.3m,結構形式為框剪結構;門診醫技樓地上5層,結構高度23.5m,結構形式為框架結構。
- 基礎底標高-9.750m,地下二層平時為車庫,戰時為人防層(不分縫),地下一層為隔震層(分縫位置同上部),隔震層上部為病房樓(設800mm縫后分為兩個結構單元:A區,B區)和門診醫技樓(無永久縫)。
- 病房樓A區水平減震系數為0.327,病房樓B區水平減震系數為0.273,門診醫技樓水平減震系數為0.277。
- 工程東西向長度150m且有8m左右的高差,對隔震設計影響很大。
二期工程為外科病房樓。
- 地上9層,結構高度36.2m,結構形式為框剪結構;
- 基礎底標高-10.400m,地下二層平時為車庫,戰時為人防層(不分縫),地下一層為隔震層。
- 隔震層上部為病房樓,設800mm縫后分為兩個結構單元:A區,B區,A區水平減震系數為0.394,B區水平減震系數為0.343。
兩期工程均取地下室一層頂板作為上部結構的嵌固端(考慮人防要求板厚取為250mm),但一期設計時僅考慮了上部主體結構投影范圍內負二層的側向剛度不小于首層側向剛度的2倍。
二期設計時專家提出還應考慮地下二層與隔震層(層高取整層高度)剛度比及上支墩(層高取上支墩高度)與首層(隔震層上一層)剛度比,確保嵌固功能的實現。二期設計時補充了相關驗算。
一期設計時,建筑專業沒有考慮人防與隔震的關系,人防出入口按常規設置,采用了人防豎井直接掛在框架梁上的做法。
一期工程人防豎井掛在框架梁上做法示意圖
經結構專業核對此種做法后,發現既無法承受人防荷載,又無法實現地震時上部結構可以水平移動的要求。由于上部(±0.000層)建筑布置無法改變,遂與建筑專業共同修改使用了人防豎井從-2層頂繞過隔震溝再出地面的做法。
一期工程人防豎井從-2層頂繞過隔震溝再出地面的做法示意圖
二期設計時,綜合上部建筑功能一起考慮,采用人防豎井直通上部的做法,既能滿足人防和隔震要求,又不增加建筑占地面積,方便使用。
二期工程人防豎井直通上部的做法示意圖
筆者認為在不降低抗震等級及相應的構造措施前提下承載力計算時可以用性能設計方法代替直接修改水平地震影響系數最大值做法。
二期設計時,經與隔震審查人員溝通,采用了性能設計做法,最后的計算參數如下圖。
一期工程和二期工程均有部分裙房(凸出主樓3跨),一期工程裙房下設置的是橡膠支座,由于上部結構最大位移300mm左右,根據《抗規》[1]第12.2.6條要求,支座位移不應超過支座直徑的0.55倍,由此橡膠支座最小直徑為600mm,相應的上下支墩,及支墩下部柱最小構造截面為800mmx800mm,遠大于相應承載力和位移要求,地震時位移也不協調,即不經濟又影響了建筑空間使用。二期設計時采用了ESB400滑動支座。
ESB400滑動支座
一期設計時兩側的樓梯間和電梯間布置在了最邊跨,成為了兩側均無約束的通高剪力墻。造成墻體的剛度和穩定性變差,地震時剪力滯后效應加重,且相應位置底部的剪力墻在大震作用下出現了拉力。
經處理后滿足了規范和審查的要求,相應位置底部的剪力墻在大震作用下出現的拉力也小于《抗規》[1]第12.2.4條規定的壓應力不大于1Mpa的要求,但是此種建筑布局對抗震及隔震都非常不利,二期設計時把兩側的樓、電梯間全部布置在了第二跨,避免了無約束剪力墻的產生(最外側電梯間墻體已開洞,僅作為翼墻使用),且大震下無拉應力產生,既安全又經濟。
高層框剪結構的樓、電梯間均布置在了第二跨的做法不僅適用于隔震結構,也適用于普通非隔震結構,建議以后設計時提前與建筑專業溝通,綜合考慮。
隔震結構設計時穿越隔震層的電梯通常采取懸掛形式,防止地震時電梯懸掛部分與周圍墻,柱相撞,相應的上部采用梁托墻的轉換方式。
一期設計時電梯間布置采用了轉換梁與電梯井道內齊的做法,由于上部墻體荷載很大,上部墻體與下部轉換梁中心不一致,造成轉換梁承受的扭矩很大截面無法滿足抗剪要求,與之相連的下部混凝土柱受剪承載力也不滿足,最后只能做成型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱,而且一根型鋼柱上往往不止一根型鋼梁,布置起來非常困難。
相應的處理方法是在轉換梁頂,剪力墻底加豎向腋(加腋高度為底層層高),以抵消偏心的影響,如下圖,并在平面外加次梁(與樓梯間相連的一側無法加次梁)然后手算核對轉換梁扭矩,在相應部位配置抗扭鋼筋。型鋼柱內的鋼柱做成不規則截面以滿足型鋼梁的搭接要求。
在轉換梁頂,剪力墻底加豎向腋做法示意圖
上圖加腋做法會占用建筑使用空間,且型鋼梁、型鋼柱內配筋較多、施工難度大、周期長。二期設計時直接把轉換梁與電梯井上部墻體中心對齊,轉換梁寬度500mm,上部墻體厚度300mm,墻偏洞口100mm(已與電梯廠家核對,可以安裝要求),因此轉換梁上部無附加扭矩,且在建模設計時把轉換梁和上部墻體按實體構件一起考慮受力,用普通混凝土梁即可滿足受力要求。經比較僅型鋼用量一項的造價就比一期設計時節省了好多。
本工程地下水位較高,抗浮設計水位在地下3m左右,且地基土類型不利于地下水滲透,存在局部積水的可能,設計時適當提高了抗浮安全度。
一期工程門診醫技樓部位整體抗浮滿足,局部抗浮不滿足(主要是±0.000m以上無建筑的中庭部位),病房樓多層結構位置局部抗浮也不滿足。結構設計時根據地勘要求直接采用了抗浮錨桿,錨桿成孔直徑為150mm,錨固體采用M30水泥砂漿,錨桿的雙向間距均為2000mm。
二期工程病房樓裙房部位局部抗浮仍然不滿足。結構設計時選取了基礎筏板局部加深800mm,筏板上部用素土回填。
加深筏板會相應增大結構計算層高,尤其是作為嵌固端時,應核對相應的剛度比是否能夠滿足嵌固要求。在抗浮需求較小的情況下建議優先采用筏板局部加深的方法,上部可以填鐵渣或者其他容重較大的材料。
當墻轉角處/墻端作為框架梁或者普通梁支座時應按規范規定設置轉角柱(僅一端有墻時為端柱)。
建議建模方法為:建模時在與柱等高處加節點(T形部位可以加兩個)并按普通墻輸入(厚度同柱寬),此種建模方法也需要單獨指定此段墻體的抗震等級(原因同上),并手算復核墻體的穩定性。計算程序可以考慮墻體與柱可以一起工作,其計算結果與正常受力概念一致,邊緣構件內的鋼筋排布也比較容易。
該方法不僅適用于隔震結構,也適用于普通框剪結構,通過比較可以發現第二種建模方法優勢明顯,使用時建議提前與施工圖審查人員溝通,確保結構的安全合理。
來源:?中國醫院建筑與裝備
作者:于海永