醫(yī)院建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計策略

范俊俊

（安徽熙初建筑設(shè)計有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

隨著國內(nèi)人均收入的不斷提高，人民群眾對醫(yī)療設(shè)施的功能和質(zhì)量有了更高的要求，全國各地的醫(yī)院都加大了對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量，對舊的醫(yī)院內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了擴建。

醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)本身是一項包含了許多學(xué)科的實踐工作，需要對結(jié)構(gòu)進行計算，對結(jié)構(gòu)選型進行準確的把握和合理的布置，以提升整體的設(shè)計效果。

1 工程概況

新院址位于院霍山縣衛(wèi)生中心南側(cè)，建設(shè)基地三面環(huán)路，交通便捷，基礎(chǔ)設(shè)施完善，且用地規(guī)則，地形較平擔，非常利于醫(yī)院建設(shè)。規(guī)劃總用地面積約為3.3hm2，地上總建筑面積 22000m2，300 張床位，精神衛(wèi)生中心主樓地上六層，地下局部一層，裙樓地上三層；員工周轉(zhuǎn)房地上五層；中醫(yī)康復(fù)樓地上四層。本次設(shè)計為醫(yī)院西病區(qū)（精神衛(wèi)生中心主樓及裙樓）。主樓一層層高4.5m，建筑要求覆土0.8m，結(jié)構(gòu)層高為5.3m；二層~大屋面層高均為3.8m。主樓地下室結(jié)構(gòu)層高4.2m。

2 結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化目標

原結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，中間為雙排柱且剪力墻布置較多，不利于建筑布置及后期建筑工程改造，建議拿掉中間一排柱子，并減少剪力墻數(shù)量，采用框架或少墻框架結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)構(gòu)計算的各項內(nèi)容

3.1 荷載取值

我國醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)對于建筑的荷載取值有著特殊的要求和指標。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》一書中雖然沒有明確規(guī)定醫(yī)療建筑中特殊用途的房間的具體荷載數(shù)值，但可以參考2003年發(fā)布的《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》文獻中關(guān)于醫(yī)療建筑樓面荷載的補充規(guī)定，并配合現(xiàn)代建筑工藝和醫(yī)療工藝所提供的荷載數(shù)據(jù)進行荷載數(shù)據(jù)的取值[1]。

3.2 判斷醫(yī)療建筑抗震類別

醫(yī)療系統(tǒng)作為我國基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的部分，是在抗震救災(zāi)和重大災(zāi)難中起到拯救生命的重要工程項目。為了保證醫(yī)療建筑能夠在地震發(fā)生時各項功能和設(shè)施運轉(zhuǎn)正常，承擔抗震救援的主要職責，所以，國家明確規(guī)定醫(yī)療建筑的抗震要求要高于其他類型的房屋建筑。特別是在2008年汶川大地震后，政府在《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》中明確將醫(yī)院、學(xué)校等人口密集的公共建筑提高了整體的抗震設(shè)防標準和設(shè)防要求，將我國二級、三級醫(yī)院均提升為乙類重點設(shè)防。同時，明確規(guī)定對于我國二級醫(yī)院急救范圍必須擴大覆蓋到整個縣市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，同時要建設(shè)相應(yīng)的急診科室和衛(wèi)生所，以提高相應(yīng)的防震等級和類別。建筑工程抗震設(shè)計分類標準規(guī)定，對乙類重點設(shè)防類的建筑必須保證抗震效果達到一級。在關(guān)于《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》中，乙類和丙類的建筑評價是有所區(qū)別的，建筑的抗震縫、剪力墻等具體數(shù)據(jù)都存在不同的抗震烈度要求。我國防震救災(zāi)法第35 條明確規(guī)定，在易發(fā)生地震區(qū)域?qū)τ谥卮蠼ㄔO(shè)工程和可能受到災(zāi)害的建設(shè)工程應(yīng)選取相應(yīng)的標準和措施，復(fù)雜結(jié)構(gòu)通過審議討論決定建筑物的抗震等級。在易發(fā)生地震的地區(qū)，還應(yīng)該增強人口密集場所的應(yīng)急設(shè)施，抗震能力相應(yīng)提高。如學(xué)校、醫(yī)院在地震安全的各種管理條例以及地方政府所推出的地方法規(guī)中均明確規(guī)定，二級以上的醫(yī)院應(yīng)該做好對抗震安全數(shù)據(jù)的評估，加強抗震設(shè)計[2]。

4 醫(yī)院建筑的結(jié)構(gòu)布置

4.1 結(jié)構(gòu)縫的有效設(shè)置標準

醫(yī)院包括很多部門和區(qū)域，尤其醫(yī)院的住院樓一般由一個或兩個護理單位組成。在滿足醫(yī)院建筑使用功能的前提下，若住院樓的建筑長度過長，則發(fā)生地震時建筑的抗震性能較差，容易產(chǎn)生破壞，并且由于溫度過高或過低，易產(chǎn)生裂縫等問題。所以，為了避免出現(xiàn)上述情況，做好住院樓各功能區(qū)域的合理劃分是必然的。為了應(yīng)對溫度變化，通常采取以下3 種措施：①在混凝土使用過程中，增加一定的化學(xué)添加劑來防止混凝土由于受到溫度的變化而造成收縮和擴張。但添加劑并不能完全避免出現(xiàn)溫度應(yīng)力的影響，所以要做好相應(yīng)的預(yù)防措施。②在各結(jié)構(gòu)縫之間添加膨脹加強帶，最好每隔30~50m 做好相應(yīng)的加強工作。③做好醫(yī)院住院樓的地面保溫措施。在地板和屋頂之間做好維護整體樓層結(jié)構(gòu)的保溫隔熱功能的建設(shè)，如屋面板配置雙向配筋、內(nèi)外墻體使用隔熱效果的材料等。

4.2 樓蓋體系的選擇

做好樓、屋蓋體系的選擇。在醫(yī)院建筑中，柱網(wǎng)跨度相對較大，且縱向軸網(wǎng)應(yīng)保持對稱。在進行樓蓋體系的選擇時，我國大部分醫(yī)院建筑樓、屋面結(jié)構(gòu)多采用井字梁結(jié)構(gòu)。井字梁結(jié)構(gòu)可以保證板的跨度不大，且柱網(wǎng)的兩個方向可以保證受力均勻，這些優(yōu)點可以很好地應(yīng)對醫(yī)院中復(fù)雜多樣且靈活的隔墻布置[3]。

4.3 結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計

結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計參數(shù)：①風荷載：0.35kN/m2，地面粗糙度：B 類；②雪荷載：0.65kN/m2；③樓屋面均布活荷載；④地震作用：重點設(shè)防，按8 度（0.2g）考慮地震作用。如表1 所示，±0.000 處地下室頂板活荷載結(jié)合首層房間功能取5.0kN/m2。樓面、屋面如有大型設(shè)備等較大集中荷載時，按實際荷載取用。計算地下室外墻時，室外地面活荷載取5kN/m2，土壓力系數(shù)取0.50。

表1 結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計

4.4 結(jié)構(gòu)材料設(shè)計

（1）混凝土強度等級：原框架剪力墻結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)梁、板混凝土強度等級為C30；豎向構(gòu)件采用C35~C30；所有二次構(gòu)件，如構(gòu)造柱、圈梁、壓頂、過梁的混凝土強度等級均為C25。現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)（框架少墻結(jié)構(gòu)）：結(jié)構(gòu)梁、板混凝土強度等級為C30；豎向構(gòu)件采用C45~C30；所有二次構(gòu)件，如構(gòu)造柱、圈梁、壓頂、過梁的混凝土強度等級均為C25。

（2）鋼筋：采用 HRB400 級鋼筋：fy=360N/mm2，框架和斜撐構(gòu)件（含梯段），其縱向受力鋼筋應(yīng)采用帶E 抗震鋼筋。

（3）墻體材料：外墻采用200 煤矸石空心磚（容重≤10kN/m）；內(nèi)墻采用200 厚加氣混凝土小型砌塊（容重≤8kN/m）；CT、X 光透視、DSA 等有射線防護要求房間采用混凝土實心磚（容重≤22kN/m），CT 室四周墻體為370 厚的實心磚墻，其余機房四周墻體為240 厚的實心磚墻；地面以下與土接觸的磚墻采用煤矸石實心磚（容重≤19kN/m）。

（4）地下室采用防水混凝土澆筑，抗?jié)B等級為P6，結(jié)構(gòu)計算結(jié)果對比如表2 所示。

表2 結(jié)構(gòu)計算結(jié)果對比

中間雙排柱優(yōu)化為單排柱，便于建筑功能靈活布置及改造。抽柱后，中間柱子截面增加，外圍柱子大小基本保持不變，角部有幾根柱子略有增大。為滿足軸壓比要求，豎向構(gòu)件混凝土強度等級提高。經(jīng)計算，優(yōu)化后框架或少墻框架結(jié)構(gòu)滿足小震彈性下計算要求。框架結(jié)構(gòu)剛度小于其余兩種結(jié)構(gòu)，故周期最長，位移角最大，但仍滿足規(guī)范要求。少墻框架剛度處于三種結(jié)構(gòu)形式之間，周期比框架結(jié)構(gòu)略大，位移角位于其余兩者結(jié)構(gòu)之間。

計算結(jié)果顯示，X 向傾覆力矩比為：63.2%，Y 向傾覆力矩比72.8%，可按少墻框架考慮，插值計算位移角限值經(jīng)計算滿足要求。

4.5 基礎(chǔ)設(shè)計

（1）本工程采用鉆孔灌注樁，基礎(chǔ)采用樁承臺加防水板的基礎(chǔ)形式。樁基持力層為⑤層中風化泥質(zhì)砂巖，⑤層中風化泥質(zhì)砂巖極限端阻力標準值qpk=8000kPa，極限端阻力標準值qpk=600kPa。

（2）基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級。

（3）地下室超長的加強措施，本工程中地下室超長，擬在適當位置設(shè)置后澆帶以解決混凝土的前期收縮問題；混凝土的后期溫差所引起的伸縮問題，擬采用加強超長方向的梁、板的配筋，施工時注意樓板的養(yǎng)護等，來加以解決；地下室基礎(chǔ)及梁板混凝土中加入纖維等抗裂材料外加劑[4]。樁基參數(shù)設(shè)計如表3 所示，主樓、裙樓樁基參數(shù)設(shè)計如表4 所示。

表3 樁基參數(shù)設(shè)計

表4 主樓、裙樓樁基參數(shù)設(shè)計

5 結(jié)語

綜上所述，醫(yī)院建筑時要做好主樓和裙房等各個單體的抗震烈度和抗震效果的檢測，做好整體規(guī)劃設(shè)計。醫(yī)院建筑單體的荷載取值要根據(jù)該樓的使用功能和使用情況進行具體選擇。根據(jù)醫(yī)療建筑的主要特點進行具體的結(jié)構(gòu)布置，從而加強我國醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。希望設(shè)計單位在設(shè)計和建設(shè)醫(yī)院建筑的過程中能夠加強關(guān)鍵部分的重視力度，對相關(guān)的防范措施進行提前規(guī)劃，以便為我國的醫(yī)療事業(yè)做好基礎(chǔ)設(shè)施的保障工作。