鋼結構在建筑工程施工技術中的應用研究

摘 要：醫院的建設不僅需要滿足日益增長的醫療需求，還需在結構安全、施工效率、功能布局及環保等多個方面達到更高的標準。鋼結構以其優良的力學性能、施工便捷性及整體經濟性，逐漸成為醫院基建工程的首選建筑材料。基于此，分析了鋼結構的特點以及其在醫院基建工程施工中的應用優勢，探究了鋼結構在醫院基建工程中框架結構、屋面結構、外立面裝飾及抗震加固等方面的合理設計與應用。

關鍵詞：鋼結構；醫院基建工程；施工技術

中圖分類號：TU391;TU74" " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2025）01-0035-03

0 引言

近年來，鋼結構因其良好的適應性和性能優勢，逐漸成為醫院基建工程的首選材料。鋼結構具有較高的強度和韌性，輕質高強的特性使其在結構設計中可以實現更大更寬的空間，符合醫院建筑對空間布局的靈活性要求。鋼材的耐腐蝕性、耐火性和抗震性能使得醫院建筑能夠在多種環境下保持安全性和穩定性。隨著技術的不斷進步，鋼結構將在醫院建設中扮演更為重要的角色，為提高醫療服務質量和效率提供有力支持。

1 鋼結構的特點與優勢

1.1 特點

1.1.1 高強度與輕質

相較于傳統的混凝土和木材結構，鋼材具有更高的強度和承載能力。根據材料科學研究，常用的結構鋼的抗拉強度可以達到400～1 000 MPa，因此鋼結構可以承受更大的荷載。這種特性使得鋼結構在設計上變得更加靈活，使建筑師能夠創造出更大跨度的空間，從而提高建筑的使用效率[1]。例如采用鋼結構建造的體育場館和展覽中心，因其大空間需求而充分利用了這一優勢。

由于鋼的密度相對較小，采用鋼結構能夠顯著降低建筑的自重，對于基礎工程建設至關重要，基礎的設計和施工往往受限于上部結構的質量。在一些土質較差或地質較為復雜的地區，采用輕質的鋼結構可以減少基礎負擔，從而降低建筑成本，提升施工安全性和效率。

1.1.2 良好的塑性和韌性

鋼材的塑性和韌性使其在面對極端條件時，能夠展現出優越的表現。相比于脆性材料，鋼在受到超負荷或自然災害（如地震、風暴等）時，往往表現出明顯的塑性變形，因此在結構即將發生失效之前，鋼結構會先出現可察覺的變形，從而為使用者提供警示，避免了突然的崩潰事故。例如在地震發生時，采用鋼結構的建筑由于其良好的韌性，能夠有效地吸收和耗散地震波帶來的能量，不僅提高了建筑的安全性，還為后期的檢測和修復爭取了寶貴時間。

鋼結構的可塑性使得其在設計上更具靈活性，建筑師可以根據建筑的使用需求和環境條件，設計出復雜的幾何形狀和結構形式，從而實現更具藝術感和功能性的建筑作品。

1.1.3 耐久性

在建筑材料中，耐久性是一個不容忽視的重要指標。鋼材在抗腐蝕方面表現出色，尤其是經過防銹處理的鋼材，其耐腐蝕性能得到了顯著提升。通過熱鍍鋅、噴涂等技術，鋼結構表面可以形成保護膜，有效防止水分、氧氣等腐蝕性物質的侵入，不僅提高了鋼結構的耐久性，還能降低后期維護的頻率和成本。

鋼材在高溫環境下的表現也是其耐久性的一部分。雖然鋼在高溫條件下會失去部分強度，但現代防火涂料的應用能有效延緩鋼材的升溫速度，為建筑提供了一定時間的逃生和應急處理[2]。因此鋼結構在設計時通常會考慮到火災和熱作用的影響，通過合理的設計和配備消防設施來確保結構的安全性。

1.2 優勢

1.2.1 經濟效益

在初始投資方面，鋼材的成本相對較高，但從長遠角度來看，鋼結構的經濟效益通常優于其他類型的建筑結構。

在施工速度方面，鋼結構的拼裝與安裝相對簡單快捷，能夠顯著減少工程工期。這在醫院基建工程中尤為重要，因為醫院的建設關乎醫療服務的及時提供，縮短工期可以更快地投入使用，盡早為患者提供服務。

鋼結構的維護成本相對較低。由于鋼材具有良好的耐久性和抗腐蝕性能，醫院建筑在長時間運營過程中，所需的維護投入較少。與傳統混凝土結構相比，鋼結構不易出現裂縫、變形等問題，因此在長期運行中能夠減少維修和保養的頻率，大大降低了整體的運營成本。

醫院需要考慮到設備的更新和擴展，鋼結構的靈活性能夠方便未來的改造與擴建，進一步降低了后期的投資。

1.2.2 適應性強

鋼結構的適應性使其在各種氣候條件下均能保持良好的性能。在醫院的基建工程中，尤其是在地震多發區域和強風地區，鋼結構憑借其優越的抗震和抗風能力，能夠確保建筑物的安全性。鋼材具有較高的強度和韌性，能夠有效地抵御外部自然災害的影響，保障醫院在極端天氣下的安全運營。

鋼結構的設計靈活性也使其能夠滿足醫院建筑對功能分區的需求。在醫院中，通常需要設置手術室、病房、急救室等多種功能空間，鋼結構能根據實際需求進行合理的空間布局，提升全院的運行效率，不僅體現在環境和氣候上，還包括醫院在不同發展階段對空間的需求變化，鋼結構可以靈活調整，避免了不必要的資源浪費[3]。

2 鋼結構在建筑工程施工技術中的應用

2.1 框架結構

框架結構一般是由鋼柱、鋼梁以及連接件組成的三維空間結構體系。在醫院建筑中，框架結構不僅承載著建筑整體的重量，還需有效分散和承受各種荷載，包括自重荷載、活荷載以及環境荷載（如風壓和雪壓）。

鋼結構因其優異的力學性能在建筑中被廣泛應用，具有高強度和良好韌性。醫院的框架結構設計時可以實現較大的跨度，為內部功能布局提供了更大的自由度，使醫療空間更加靈活適用。采用框架結構后，醫院內部的功能分區可以根據需求靈活調整，例如手術室、病房以及公共區域的劃分，都可以在不影響整體結構安全的前提下進行。在醫院這種特殊建筑中，框架結構的設計必須充分考慮多方面的因素，以確保其在各種情況下的穩定性和安全性，包括荷載分析、抗震設計、風壓與耐風性以及溫度變化等。

隨著可持續建筑理念的日益普及，醫院建筑框架結構的設計與施工也在不斷向綠色、可持續方向發展。鋼結構具有良好的可回收性，能夠有效降低建筑的環境影響[4]。設計師可以考慮與環境相適應的節能設計，如自然通風、日照分析等，提升醫院建筑的使用效率與舒適性。在醫院建設過程中，推廣使用新型生態材料與智能化技術，以便實現更高層次的可持續性。通過引入BIM（建筑信息模型）技術，建筑師、結構工程師和施工團隊可以在設計、施工的各個階段進行更有效的協作與信息共享，避免施工過程中的資源浪費與重復勞動，最終實現經濟效益與社會效益的雙贏。

2.2 屋面結構

屋面結構不僅僅是醫院建筑的“頂”，還承載著建筑的自重以及上部設備的荷載，如空調、通風系統和其他醫療設備，也是保護建筑內部環境的第一道防線，需具備良好的防水和隔熱性能，以維護醫院內部的溫濕度適宜，為患者和醫務人員提供一個舒適的工作與生活環境。鋼結構屋面因其輕量化、高剛度、快速安裝等顯著優點，已成為現代醫院建筑屋面系統的主流選擇。一方面，輕型鋼屋面能夠顯著減輕建筑物的自重，因此在高層建筑中，能夠有效降低基礎承載壓力，降低建設成本。另一方面，鋼材的高強度和良好的韌性，使得屋面在承受靜態和動態載荷時表現出良好的穩定性。鋼結構屋面的拼裝和安裝較為便捷，大幅縮短了施工周期，提高了施工效率。

在醫院屋面結構的設計中，需要考慮設備的布置問題。醫院的屋頂常常需要安裝空調通風系統、醫療設備的排氣管道以及其他輔助設施，因此在設計時合理安排這些設備位置，避免對屋面的損害。設計人員必須確保屋面的承載力能夠滿足設備重量，并保證屋頂的排水系統不受影響，避免因設備布置不當而導致的積水與滲漏問題。醫院建筑的高度通常較高，屋面在風載作用下所承受的風壓相對較大，需考慮采用高強度鋼材以提高屋面的抗風能力，并合理規劃屋面的整體形狀，以降低風壓對屋面的影響[5]。常見的屋面設計形狀包括坡屋面和弧形屋面等，能夠有效分散風壓，減輕風載對建筑物的破壞。

在設計時還需進行詳細的風載計算，結合當地氣象資料，對不同風速下的屋面承載能力進行分析，以確保設計的安全性與可靠性。在材料選擇上，除了需要選擇高強度的鋼材外，屋頂的連接節點設計也需進行強化，以確保在強風條件下屋面結構的整體穩定性。

2.3 外立面裝飾

醫院的外立面也是其功能性的延伸。外立面設計需要兼顧美學、功能性和安全性等多個方面。在滿足建筑結構需求的同時，醫院應充分考慮患者和醫護人員的體驗。鋼結構作為醫院外立面裝飾的重要組成部分，因其優越的物理特性和美觀的視覺效果，得到了廣泛應用。

在現代建筑中，鋼結構與玻璃幕墻、不銹鋼飾面等材料的結合，使得醫院外立面的設計具有了更強的現代感。一方面鋼材的強度和韌性使其能提供可靠的結構支持，有效承受外界壓力和內部負荷，經過精細加工的鋼材在陽光的照射下，展現出獨特的光澤，能夠為醫院塑造出優雅且現代的外觀。另一方面，在醫院外立面上，鋼結構常與高性能玻璃幕墻相結合，形成透明而通透的視覺效果，不僅能夠提升建筑的視覺美感，還能增加自然光的引入，改善醫院內部的照明條件，從而為患者創造一個更為舒適的就醫環境。

2.4 抗震加固

醫院建筑通常涉及復雜的功能分區和設備布局，必須為患者提供安全、舒適的環境。

在地震等極端情況下，醫院不僅要保持結構的穩定性，還需要保證醫療設施的正常運轉，這對抗震加固提出了更高的要求。地震產生的震動會導致建筑物的變形與破壞，尤其是對于老舊建筑，可能因結構設計不合理或材料老化而嚴重受損。一旦建筑遭到破壞，不僅會影響醫院的運作，甚至可能危及在醫院接受治療的患者和醫務人員的安全。鋼結構在醫院基建工程中的抗震加固作用主要體現為鋼材具有優異的強度和韌性，相比于傳統的混凝土結構，鋼結構在承載能力上更具優勢，但質量卻相對較輕，使得在進行抗震加固時，鋼結構能夠有效提升建筑抗震承載能力，而不會對建筑的整體質量造成負擔。

鋼結構的構件通常是在工廠預制完成，現場組裝，相較于傳統加固方式，施工速度更快，且工期更短，可以有效減少對醫院正常運營的影響，尤其是在需要緊急加固的情況下。鋼結構在設計和施工上都具備較強的可塑性，能夠根據醫院建筑的實際情況進行靈活調整[6]。鋼結構的拼接和連接方式多樣，可以滿足不同設計需求。在施工過程中，進行抗震加固設計前，要對現有醫院建筑進行全面的結構評估，包括對建筑物的基礎、墻體、梁柱結構進行細致的檢查，找出其中的薄弱環節，以便制定切實可行的加固方案。

根據結構評估結果，選擇適當的加固措施。常見的鋼結構加固方式包括通過在建筑物內外增設鋼框架，提高整體穩定性。在關鍵區域增設鋼支撐，可以有效分擔地震帶來的水平荷載，利用鋼板包裹原有梁柱，增強其承載力和剛度。在設計加固方案時，需確保新增加的鋼結構與原有結構之間能夠形成有效的整體體系，從而提升建筑的抗震性能，減小地震作用帶來的影響。通過科學的設計與高效的施工，能夠有效提升醫院建筑的抗震能力，為患者和醫務人員提供一個更安全的環境。

3 結束語

鋼結構以其高強度與輕質、良好的塑性和韌性，以及優越的耐久性，成為現代建筑和工程領域中不可或缺的重要組成部分。隨著科技的不斷進步，鋼結構材料的性能也在不斷提升，新型鋼材和連接技術的研發將進一步拓展鋼結構的應用領域。從高層建筑到橋梁，從體育場館到工業廠房，鋼結構憑借其獨特優勢，為建筑設計提供了更為廣闊的空間和可能性。

隨著可持續發展的理念愈發受到重視，鋼結構在建筑行業中的應用將更加廣泛，鋼結構與其他材料的結合，如鋼混組合結構和鋼木混合結構等新型結構形式，也將在實際應用中發揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 胡銘珊.鋼結構材料在建筑施工技術中的應用[J].上海建材，2024（2）：52-54.

[2] 唐柏杰.鋼結構材料在建筑施工技術中的應用分析[J].中國金屬通報，2023（5）：174-176.

[3] 王輝軍.建筑鋼結構工程施工技術應用過程中存在的問題及管理措施[J].中國建筑裝飾裝修，2023（3）：86-88.

[4] 肖飛.論鋼結構在土木工程施工技術中的應用[J].大眾標準化，2022（17）：41-43.

[5] 張豹，吳兵，仝露.淺析鋼結構在土木工程施工技術中的應用[J].四川建材，2022，48（7）：160-161+171.

[6] 代程.建筑工程中鋼結構安裝焊接施工技術應用探究[J].河南科技，2022，41（5）：77-80.

收稿日期：2024-08-19

作者簡介：馬魯東（1972—），男，山東濱州人，本科，研究方向：建筑工程。