醫院大跨度鋼結構連廊設計及施工技術

程憶加，劉娜

（中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

醫院作為重要的公共設施，需要提供安全、便捷的通道連接各個建筑物、樓層和功能區域。而傳統的混凝土或磚石結構連廊存在造價高、施工周期長、開放空間受限等問題。因此，研究醫院大跨度鋼結構連廊的設計和施工技術，旨在突破傳統限制，提供更靈活、經濟高效的連廊解決方案，提升醫院的運營效率和服務質量，滿足現代醫療需求。

現階段，國內外學者對鋼結構連廊設計進行了大量研究，其中沈曉明[1]等提出了某柔性連接大跨鋼結構連廊設計方法，從支座選型、結構靜力和抗連續倒塌分析、樓蓋舒適度分析等角度出發，采用有限元方法對鋼連廊進行了設計與分析。楊嘉胤[2]等提出了杭州某連體高層辦公樓結構設計方法，該方法主要對連體、連廊方案進行了比選，并采用YJK軟件對連體結構進行了彈性時程分析和舒適度分析。除了上述方法之外，還有學者提出使用計算機輔助設計軟件，如3D建模進行三維建模，以精確模擬和分析結構行為。

雖然上述技術均取得了一定的研究成果，但是在結構柱位移控制方面仍然具有一定的局限性，為此本文提出一種醫院大跨度鋼結構連廊設計及施工技術。該技術從臨時提升支架布置、桁架焊接、操作平臺搭設等方面，將醫院連廊結構的功能布局、空間模式進行整體性優化，使得結構柱的位移得到了明顯降低。

1 醫院大跨度鋼結構連廊設計及施工

1.1 醫院大跨度鋼結構連廊設計

本文設計的大跨度鋼結構連廊包括鋼結構拉桿、主桁架、次桁架、支承鋼筋、連廊鋼筋、連廊鋼梁、承板配筋等結構組成。連廊鋼筋設計在支承鋼筋斜上方45°的位置，連廊鋼梁設計在連廊屋面頂梁的位置，每個鋼梁外間距10mm的位置設計兩個承板配筋，與鋼梁結構共同支撐連廊頂板壓力。鋼結構拉桿與連廊主桁架焊接在一起，以斜向上30°的角度焊接，與連廊主桁架形成穩固的結構。次桁架與主桁架以對角線的形式焊接，承受連廊大部分壓力。在主桁架與次桁架下方設計角鐵，并焊接支承鋼筋，支承鋼筋設計間距在50cm左右，與主桁架、次桁架共同承受連廊施加的壓力。

1.2 大跨度鋼結構連廊施工技術

1.2.1 布置醫院連廊大跨度鋼結構拉桿

本文將連廊桁架結構拼裝完成，拼裝范圍包括樓面梁與樓承板。將鋼結構連廊整體提升到標高的位置，確保連廊結構重心與平面中心位置接近。鋼結構連廊在屋面標高位置，將鋼結構拉桿的斜撐端與鋼結構柱梁與支架橫梁相連接，避免連廊提升受到障礙物的影響[3-5]。再將拉桿與柱底端連接，確保拉桿結構的支承效果。隔震支座預留空間在2.5m×2.5m的矩形區域，鋼結構連廊的主體結構的拉桿連續布置，橫向跨越塔樓，截面形式以箱型為主。鋼結構拉桿的橫梁面標高約為62.2m，外伸長度約為3 400mm。在拉桿的外伸末端，布置多個圓孔。在圓孔部位布置TJJ-2000kN的液壓提升裝置。鋼結構拉桿的斜撐、橫梁與連廊連接，并搭接在型鋼混凝土柱上的圓孔上。鋼結構拉桿與型鋼混凝土柱以接焊縫的形式焊接，確保鋼結構拉桿的穩定性。鋼結構拉桿布置情況如圖1所示。

圖1 鋼結構拉桿布置示意圖

如圖1所示，在兩根型鋼混凝土柱之間的軸上斜向上布置鋼結構拉桿，拉桿、連廊、型鋼混凝土柱形成一個直角三角形，使拉桿更加穩定。拉桿為H600mm×450mm×20mm×30mm，材質采用Q345C。鋼結構拉桿與型鋼混凝土柱的連接、連廊與型鋼混凝土柱的連接、拉桿與連廊之間的連接，均采用焊縫對接，使拉桿結構穩定性更高。在裙樓屋面上搭接鋼結構拉桿，并采用螺栓固定[6-8]。在鋼結構拉桿與連廊之間傾斜角度為30°～45°的范圍內，連廊與型鋼混凝土柱保持在同一水平面的條件下，完成鋼結構連廊桁架的焊接。

1.2.2 焊接大跨度鋼結構連廊桁架

大跨度鋼結構連廊的焊接作業包括桁架、框架、屋頂圍護結構、各個桿件的對接焊接。本次工程采用了平焊、立焊、橫焊等形式，針對不同復雜形式結構進行焊接，避免焊接量大出現的桁架形變問題。在焊接的過程中，風速在2m/s左右進行施工，手工電弧施工的風速低于8m/s，并未出現焊縫氣孔的問題。為了保證焊縫施工質量，本次工程控制在晴好天氣施工。在施工進度較慢時，為了追趕工期，本文在焊縫區域采取了必要的防護措施，確保焊縫施工質量。本文根據鋼柱的實際位置，在焊接之前進行預熱，預熱溫度控制在100℃～150℃之間，預熱范圍在焊縫位置的100～150mm。焊接過程中，連廊梁柱的內力變化情況如表1所示。

表1 連廊梁柱內力最大值匯總表

如表1所示，在醫院大跨度鋼結構連廊施工的過程中，下弦桿的最大應力比為0.13，最大剪應力比為0.06，整體穩定應力比為0.03，滿足連廊設計要求。鋼結構的焊接工作量往往超過工人的工作時間，本文采取了輪流作業的方式，各個工人焊接技術過硬，能夠保證焊縫一次性完成。在鋼桁架焊接的過程中，其屈服強度＞345MPa，焊接厚度＞30mm。本文采用了電加熱的方式，處理溫度設定在150℃～200℃之間，焊縫溫度達到室內溫度之后，完成鋼桁架的焊接操作。

1.2.3 搭設醫院大跨度鋼結構連廊支承鋼筋

在基本荷載的條件下，鋼桁架結構腹桿與下弦桿承受了連廊格構柱的豎向壓力，連廊格構柱容易出現形變問題。本文將連廊格構柱之間的間距設定為9 000mm，將腹桿與下弦桿的連接位置設定為6 000mm以內。選用H300mm×200mm×20mm×20mm的橫綴條，并設置一個能夠懸挑4 000mm長度的V字形加強節，承受格構柱在支撐連系梁位置的壓力。在格構柱底端布置的加強節布置1 350mm×1 350mm×50mm的鋼板，預埋HRB400鋼筋，鋼筋直徑為25mm，共25根，使支承鋼筋能夠承受格構柱頂端的豎向承載力，滿足連廊基地承載需求。支承鋼筋與連廊主桁架的斜截面、混凝土柱、梁相交，連廊的整體壓力由其下鋼筋承擔。支承鋼筋布置剖面如圖2所示。

圖2 支承鋼筋布置示意圖

如圖2所示，支承鋼筋布置在連廊下方，格構柱、鋼結構梁均成為連廊結構的有效支撐點。在格構柱標高55.550m的位置上，設置四條長度為27 000mm，寬度為1 000mm的支承鋼筋，鋼筋底部用75×5角鋼，與鋼桁架焊接。在桁架高度為1 500mm的位置，布置錨筋，錨固長度為15d。此時，對連廊的抗剪承載力Nv進行計算，公式如下：

式（1）中，nf為連廊連接構件受到的最大剪力；μ為滑移操作平臺的傳力摩擦面系數；P為移動操作平臺承受的最大應力。計算出Nv之后，在連廊兩端的塔樓上同時向連廊中部方向對稱施工，在連廊上布置多個吊裝節點，構件與預埋鋼結構螺栓連接后，水平吊裝連廊，從而滿足大跨度鋼結構連廊的安全施工需求。

2 實例分析

2.1 工程概況

為了驗證本文設計的施工技術是否滿足醫院大跨度鋼結構連廊設計需求，本文以X醫院為例，對上述技術進行了實例分析。X醫院是某市第一人民醫院，是首批三級甲等綜合醫院，集醫療、教學、科研于一體，滿足醫院建設的綜合需求。X醫院本部位于一號路，占地面積約為1.625×105m2。醫院整體東西長約400m，南北長約200m，呈東西向線性布局，跨度較大。醫院內部設有門急診樓、外科大樓、內科大樓、影像大樓、住院部等。為了方便住院部患者進行身體檢查，X醫院在住院部與影像樓、內科大樓之間建設了連廊，避免患者乘坐電梯上下樓出現磕碰的問題。醫院連廊結構情況如圖3所示。

圖3 X醫院連廊整體結構簡圖

如圖3所示，連廊結構是由高度約為200m的3棟住院部、影像樓、內科大樓組成，鋼結構連廊的長度約為300m，位置高度約為190m，跨越并支撐于塔樓1、2、3的屋面。X醫院鋼結構連廊的24個隔震支座分別安裝在1、2、3塔樓的屋面。塔樓1為影像樓，塔樓2為住院部，塔樓3為內科大樓。為了滿足連廊的施工質量要求，本文在住院部、影像樓、內科大樓的塔樓選擇多個位置，布置應力監測節點，根據地下部分組合柱的影響，測定混凝土、鋼管的協同形變能力。給定連廊的最大、最小應力變化范圍與結構柱縱向最大位移，最終的施工質量指標越滿足設計需求，連廊設計施工質量越佳。

2.2 應用結果

在2.1的施工條件下，本文隨機選取出了8個連廊設計監測點。結合醫院連廊實際施工情況，劃分出各個監測點的應力范圍、Z向最大位移。將其作為施工驗收指標。并將本文設計的醫院大跨度鋼結構連廊施工技術的最大應力、最小應力、Z向位移作為對照指標，與驗收指標進行對比。對照指標滿足驗收指標需求之后，即可確保本次連廊設計與施工質量。應用結果如表2所示。

表2 應用結果

如表2所示，Z向位移是連廊結構柱的縱向位移。對于大跨度鋼結構連廊施工而言，連廊的應力與結構柱的位移監測至關重要。在應力范圍之內，連廊的最大應力與最小應力在±10MPa以內，即可確保連廊應力能夠符合實際施工需求，單體部位不會出現應力影響。Z向位移則需要低于連廊施工的Z向最大位移，在最大位移的范圍內，結構柱的縱向位移越小，醫院大跨度鋼結構連廊的施工質量越佳。

本文在連廊設計區域布置了8個監測點，分別對監測點進行了應力監測與位移監測。在其他條件均已知的情況下，醫院連廊的最大應力在55～155MPa的范圍內波動；最小應力在-206～-70MPa的范圍內波動。由此可見，使用本文設計的醫院大跨度鋼結構連廊施工技術之后，最大應力與最小應力均在應力±10MPa的范圍內，Z向位移均在15mm以內，較之Z向最大位移降低了10～40mm，可以確保連廊結構施工質量，滿足醫院大跨度鋼結構連廊設計與施工需求。

3 結論

醫院大跨度鋼結構連廊的設計和施工技術是一個關乎醫療服務質量和效率的重要領域，本文提出一種新的醫院大跨度鋼結構連廊設計及施工技術，其主要創新點如下：

（1）該技術涵蓋了大跨度鋼結構連廊設計與施工的各個層面，如臨時提升支架布置、桁架焊接、操作平臺搭設等，使得設計結果更加全面、完善。

（2）本文設計技術能夠保證結構柱位移較低，滿足醫院大跨度鋼結構連廊設計與施工需求。

通過應用先進的技術和創新的方法，可以實現快速、高效、可持續的連廊建設，提供安全、便捷、舒適的通道連接各個醫療設施，為患者和醫護人員提供更好的環境和條件。