某大型改擴建醫(yī)院的結(jié)構(gòu)設計要點

余 青 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

本工程為醫(yī)院改擴建工程，地下為兩層機動車庫，地上為6層、7層的門急診樓和15層的住院樓?；A頂標高為-9.4m，6層、7層裙房高度分別為20.6m、25.1m，15層的住院樓高度為59.6m。既有建筑分為2004年建造的帶6層裙房的15層住院樓和2018年建造的5層鋼結(jié)構(gòu)裙房，分別稱為建筑A和建筑B。建筑A有一層地下室，基礎頂標高為-5.2m，采用樁基+防水板基礎，建筑B無地下室，基礎為獨立基礎，基礎頂標高為-4.0m。新建建筑位于既有建筑的東側(cè)和南側(cè)，如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)分縫示意圖

該醫(yī)院位于六安市區(qū)，抗震設防烈度7度，地震加速度為0.10g，地震設計分組為第一組。本工程為重點設防類，根據(jù)初步設計評審結(jié)構(gòu)專家意見，按抗震設防烈度7度0.15g執(zhí)行。場地土類別為II類，本場地屬于建筑抗震一般地段。

2 上部結(jié)構(gòu)設計要點

2.1 抗震縫設置

因新建建筑為一L形建筑，且裙房與住院樓高度相差較大，且六層、七層裙房層高與住院樓層高不一致。為控制結(jié)構(gòu)平面和豎向規(guī)則性，根據(jù)建筑平面布置及功能要求，以最合理經(jīng)濟的方式將建筑劃分為規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，各單元均采用鋼筋混凝主次梁樓蓋。各單體均以負一層頂板為嵌固端。為避免地下室剛度重復利用，使得地下室整體剛度偏小，各單體YJK模型地下室部分不延伸到相鄰單體范圍，確保地下室頂板滿足嵌固要求。

因既有建筑的建造時間不同，遵守的設計規(guī)范要求不同，并避免對既有建筑進行加固，使新建建筑與既有建筑完全脫開，且不改變既有建筑各區(qū)域的使用功能。新建建筑平面為L形，建筑B南側(cè)的新建建筑為兩跨高度20.6m的6層門診樓，建筑B東側(cè)為7層門診樓，L形角部的建筑功能有利于設置抗震縫，且此處設置抗震縫，6層門診樓可按多層建筑設計，為二級框架結(jié)構(gòu)，更加經(jīng)濟。15層住院樓與7層門急診樓之間存在高低差，且因裙房六層需要設置手術(shù)室，層高比住院樓高1.5m，若二者之間不設置抗震縫，會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)超限，形式不合理且不經(jīng)濟。因此，通過抗震縫將住院樓與裙房分開，形成2個規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。住院樓按框剪結(jié)構(gòu)設計，框架抗震等級為二級、剪力墻抗震等級為一級。七層裙房按框架結(jié)構(gòu)設計，其框架抗震等級為一級?？拐鹂p設置如圖1所示。

2.2 住院樓不規(guī)則性分析

因裙房已通過抗震縫分為2個平面與豎向均規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，除扭轉(zhuǎn)位移比超過1.2且不大于1.4，無其它不規(guī)則。因住院樓局部樓層開洞較大，使樓板水平傳力途徑受到影響，且存在局部躍層柱，樓板絕對剛性假定不成立，本節(jié)僅對住院樓進行分析。住院樓各層的結(jié)構(gòu)平面布置圖詳見圖2、圖3。

圖2 二層～五層結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖3 六層及以上標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖

因門廳中庭上方樓板缺失，電梯井處開洞較大，為加強結(jié)構(gòu)的整體性，二層至五層樓板最小厚度120mm，其它各層電梯井周邊最小板厚120mm。因建筑功能限制，剪力墻布置在電梯井周邊，為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，在左側(cè)增加剪力墻，為保證剪力墻的平面外穩(wěn)定性，剪力墻左側(cè)樓板120mm，并周邊與框架梁柱可靠連接，滿足高規(guī)對建筑的扭轉(zhuǎn)剛度比要求；上部結(jié)構(gòu)計算程序采用YJK，地震作用按照《建筑抗震設計規(guī)范》中的參數(shù)進行主體結(jié)構(gòu)分析計算，均考慮空間耦連震動。結(jié)構(gòu)抗震計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

住院樓整體計算結(jié)果 表1

結(jié)合計算結(jié)果對住院樓結(jié)構(gòu)超限判別如下：①本單體建筑總高度不超過60m，不屬于高度超限建筑；②本單體考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比存在大于1.2的樓層，但不超過1.4；③二層至五層門廳上方樓板缺失，電梯井處洞口開洞面積較大。除樓板不連續(xù)和X向、Y向位移比大于規(guī)范要求外，結(jié)構(gòu)整體平面較為規(guī)則，豎向抗側(cè)力構(gòu)件保持連續(xù)，整體指標良好，屬于一般不規(guī)則的高層建筑。對于一層至五層的門廳處2個框架柱在Y方向無連接，按躍層柱考慮，抗震等級提高一級，且按中震彈性復核框架柱的承載力。

2.3 上部結(jié)構(gòu)設計注意事項

為保證結(jié)構(gòu)安全可靠，提高特殊構(gòu)件的承載力，因?qū)μ厥鈽?gòu)件和不規(guī)則的區(qū)域進行單獨分析研究。具體的設計注意事項如下。

①因中庭和樓電梯間開洞，使樓板不連續(xù)，局部樓板弱連接。分析時應加大洞周邊板厚，并采用PMSAP等分析軟件按彈性樓板假定，考慮樓板實際的面內(nèi)及面外剛度，進行小、中震作用下的有限元分析。弱連接樓板按中震彈性控制樓板厚度及配筋。洞口周邊樓板采用雙層雙向配筋，并適當加大樓板配筋。②電梯井周邊局部樓層樓板缺失，應保證剪力墻盡量圍成筒結(jié)構(gòu)，形成整體受力形式。對于兩側(cè)均無樓板的剪力墻，在計算指標和配筋時，應與去掉其虛剛作用的模型進行包絡設計，兩個模型均應滿足規(guī)范要求。③對于局部樓層未形成雙向框架的框架柱應按中震彈性設計，提高其抗震承載力，保證在地震作用下不會率先發(fā)生破壞。④調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置，使得質(zhì)心和剛心盡量重合，盡可能減小扭轉(zhuǎn)效應。⑤樓梯采用滑動支座，以消除其對框架的不利影響。⑥因二層至五層樓板開洞較大，其整層樓板應按彈性模6計算。

3 地下結(jié)構(gòu)設計要點

新建建筑的基礎埋深比既有建筑A、建筑B的基礎埋深分別低約4.2m、5.4m，建筑A的地下室外墻、建筑B的獨立基礎邊與新建建筑的地下室外墻最小凈寬均為4.5m。因操作空間和建筑平面限制，新建建筑設計時遇到多個難題，現(xiàn)具體分析如下。

建筑A采用人工挖孔樁+防水板基礎，人工挖孔樁持力層為中風化泥質(zhì)砂巖層。為避免基坑開挖對既有建筑的影響，支護設計時應保證基坑開挖不破壞既有結(jié)構(gòu)樁基周邊的土層，并設置止水帷幕，使其圍繞地下室一周，保證地下水分布不發(fā)生改變。施工期間應嚴格對既有建筑進行沉降觀測，一旦發(fā)生異常，應立即研究引起沉降的因素，并提出合理的解決方案，避免對既有建筑產(chǎn)生影響。

根據(jù)建筑功能要求需在建筑B下方設置連通口，使新建建筑負一層與建筑A負一層聯(lián)通。連通口兩側(cè)獨立基礎凈寬4.7mm、連通口凈寬需4m，且獨立基礎底標高比新建連通口底標高高0.8mm。若基坑支護與結(jié)構(gòu)連通口外墻單獨設計，不能保證凈寬要求，因此為節(jié)省空間，支護結(jié)構(gòu)應與連通口外墻進行整體設計。經(jīng)綜合對比，支護采用鋼板樁大鎖扣設計，并在鋼板樁大凹口內(nèi)設置300×330的柱，在兩柱之間采用150mm厚的板連接，該板水平鋼筋錨入兩側(cè)柱內(nèi)。柱受力分析時，應取柱寬加柱兩側(cè)各L/2的板寬作為一個受力單元，分析做用于此單元的土壓力，如圖4所示。鋼板樁應與連通口底板鋼筋焊接連接。

圖4 鋼板樁擋墻平面示意

因尺寸限制，采用支護結(jié)構(gòu)兼做地下室外墻。支護應采用咬合灌注樁，保證樁之間的可靠連接?；A底板施工時，應將支護樁混凝土局部鑿開，使基礎底板鋼筋與支護樁鋼筋焊接，并重新澆筑。支護樁頂?shù)墓诹簶烁咭话愕陀诮Y(jié)構(gòu)正負零標高，冠梁頂至正負零之間應為現(xiàn)澆混凝土墻。設計時，應在冠梁位置預留冠梁上方擋土墻插筋和止水鋼板。對于落在冠梁上的框架柱，應復核框架柱下方支護樁的承載力和樁身強度，并復核冠梁配筋，預留框架柱插筋。若與框架柱下方的支護樁相連的支護樁后期需要鑿除時，則布置支護樁時應考慮此因素，保證框架柱下方的樁不破壞，且應驗算框架柱下方支護樁的承載力是否滿足要求。對于兼做負二層地下室外墻的支護樁，鑿除至對應標高上時應預留足夠長的鋼筋，使支護樁鋼筋與坡道底板可靠連接。若基礎不考慮支護樁作用時，應將樁頂標高截至底板下300mm以上的高度，使支護樁與基礎完全脫開，避免因支護樁的作用使基礎底板發(fā)生沖切破壞。