醫(yī)療建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

袁 強(qiáng)

(上海勵(lì)翔建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所，上海 200122)

這兩年來(lái)，根據(jù)國(guó)家十二五規(guī)劃中提到的增加財(cái)政投入，加快醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的要求，國(guó)內(nèi)醫(yī)療建筑的發(fā)展迎來(lái)了新局面，一大批新建擴(kuò)建項(xiàng)目上馬展開，本文根據(jù)筆者參與過(guò)的多個(gè)醫(yī)院設(shè)計(jì)的工程實(shí)例，對(duì)醫(yī)療建筑(乙類)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的部分問(wèn)題進(jìn)行分析探討。

根據(jù)國(guó)務(wù)院令323號(hào)及《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》，在開展設(shè)計(jì)工作前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)及時(shí)提醒業(yè)主方及早確定是否要進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，因安評(píng)提供的地震參數(shù)可能與規(guī)范提供參數(shù)有很大差異，筆者曾有多個(gè)項(xiàng)目在安評(píng)過(guò)后整體地震參數(shù)提高了1度，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作宜在安評(píng)報(bào)告完成后展開。

在設(shè)計(jì)開始階段，應(yīng)明確建筑抗震設(shè)防類別及抗震等級(jí)。GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)中有如下規(guī)定:

1)三級(jí)醫(yī)院中承擔(dān)特別重要醫(yī)療任務(wù)的門診、醫(yī)技、住院用房，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為特殊設(shè)防類。

2)二、三級(jí)醫(yī)院的門診、醫(yī)技、住院用房，具有外科手術(shù)室或急診科的鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院的醫(yī)療用房，縣級(jí)及以上急救中心的指揮、通信、運(yùn)輸系統(tǒng)的重要建筑，縣級(jí)及以上的獨(dú)立采供血機(jī)構(gòu)的建筑，抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點(diǎn)設(shè)防類。

3)工礦企業(yè)的醫(yī)療建筑，可比照城市的醫(yī)療建筑示例確定其抗震設(shè)防類別。由此可見(jiàn)一般情況下醫(yī)療建筑可定性為乙類。

根據(jù)GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定3.0.3條，JGJ 3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定3.9.1條，GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定3.3.2條相關(guān)規(guī)定，可以確定乙類建筑應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度1度的要求加強(qiáng)其抗震措施;但抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施;當(dāng)建筑場(chǎng)地類別為Ⅰ類時(shí)，乙類建筑允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。此處須著重指出的一點(diǎn)是，規(guī)范要求提高的是抗震措施而非地震力(地震烈度)。規(guī)范如此規(guī)定的原因在于一方面我國(guó)經(jīng)濟(jì)雖然高速發(fā)展，但是總體國(guó)力仍有待加強(qiáng)，整體財(cái)力有限;另一方面可持續(xù)發(fā)展的觀念越來(lái)越被大家認(rèn)可和提倡，合理投入，避免浪費(fèi)成為設(shè)計(jì)的重要準(zhǔn)則，故我國(guó)目前建筑設(shè)計(jì)中著眼于把財(cái)力、物力用在增加結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上，而非片面的通過(guò)增大投入來(lái)全面增加各構(gòu)件的材料強(qiáng)度，其本質(zhì)就是在確保結(jié)構(gòu)安全性的前提下，充分考慮經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)較少的投入獲得較大的成果。經(jīng)過(guò)這些年的工程實(shí)踐檢驗(yàn)，此方法是正確的，也是切實(shí)可行的。

明確了這一點(diǎn)，就能夠正確的確定建筑物的抗震等級(jí)及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。筆者最近完成的某工程為河南省某縣級(jí)市醫(yī)院新建門診醫(yī)技樓，建筑使用年限50年，框架結(jié)構(gòu)，建筑單體大屋面高度21 m～25 m，地上5層(局部4層)，地下1層，總建筑面積約58 000 m2，地上部分通過(guò)設(shè)縫分成3部分，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，場(chǎng)地類別Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組第一組。根據(jù)前述原則，確定其地震力不變，根據(jù)其8度抗震設(shè)防烈度確定水平地震力影響系數(shù)最大值0.16，其抗震等級(jí)按提高1度確定，即按9度確定為一級(jí)，分縫后建筑總高度24 m以上的單體，因9度區(qū)高規(guī)無(wú)24 m以上框架部分規(guī)定，根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定6.1.3條確定其抗震等級(jí)仍為一級(jí)，但抗震構(gòu)造措施按特一級(jí)采用。考慮到本項(xiàng)目醫(yī)療建筑的重要性(三級(jí)醫(yī)院，面積較大)，其結(jié)構(gòu)安全等級(jí)取一級(jí)，即結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1。在建模設(shè)計(jì)中，考慮醫(yī)療建筑平面布局具有多變性，不規(guī)則性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)宜優(yōu)先采用輕質(zhì)隔墻，其主要有以下3大優(yōu)點(diǎn):1)輕質(zhì)墻體自重輕，既可減少建筑物自重，同時(shí)又降低地震力;2)輕質(zhì)隔墻因自身剛度小，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)較小，計(jì)算時(shí)周期折減可適當(dāng)提高，從而減小地震力;3)輕質(zhì)隔墻建筑上可以布局靈活，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可把隔墻折算成樓面附加活荷載，不必梁下布?jí)Γ歉鶕?jù)跨度采取十字梁或井字梁，從而方便梁板設(shè)計(jì)。除輕質(zhì)隔墻外，醫(yī)療建筑中有兩類墻體應(yīng)特別考慮:第一種為各類機(jī)房四周墻體，因醫(yī)院對(duì)噪聲要求較高，此部分墻體一般為多孔磚外設(shè)吸聲材料，其墻身自重較大，宜在墻下布梁，墻體按線荷載輸入進(jìn)行設(shè)計(jì);第二類為防輻射墻體，此部分墻體于放射區(qū)(CT室，MRI室，PET室等等)，其墻體主要有兩種做法，第一種為實(shí)心磚墻+防輻射面層:墻體厚度200～300;其厚度視防輻射面層材料(常用面層做法有硫酸鋇面層、鉛板等)優(yōu)劣而定，第二種為混凝土墻，墻體厚度300 mm。工程中宜優(yōu)先采用第一種做法，此做法對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)特殊要求，設(shè)計(jì)中僅需墻下布梁，充分考慮墻體荷載即可。墻體荷載初設(shè)中可按6 kN/m(240墻厚)考慮，施工圖設(shè)計(jì)中須根據(jù)實(shí)際做法確定荷載。當(dāng)采用第二種做法時(shí)，如不在結(jié)構(gòu)模型中體現(xiàn)此部分墻體，則應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施如降低墻體配筋率，弱化混凝土墻體與框架柱梁的連接節(jié)點(diǎn)等措施，減少防輻射墻在結(jié)構(gòu)整體受力中的參與度，否則宜在模型中加入此部分墻體。醫(yī)療建筑的一般樓面活荷載取值可參考12G 112-1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常用數(shù)據(jù)(鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ))，另有部分有較大設(shè)備的房間如MRI，DR等宜根據(jù)廠商資料進(jìn)行計(jì)算，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按8 kN/m2估算。

在施工圖設(shè)計(jì)中，由于乙類建筑抗震等級(jí)的提高，其抗震等級(jí)常為一級(jí)，規(guī)范一方面對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力有較大調(diào)整，另一方面也有較多條文規(guī)定了構(gòu)件的構(gòu)造要求，在結(jié)構(gòu)計(jì)算及繪圖工作中，需要仔細(xì)核對(duì)。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際工程常會(huì)碰到以下3個(gè)問(wèn)題:

1)框架梁梁底鋼筋不足。根據(jù)抗規(guī)6.3.3的規(guī)定，框架梁梁底鋼筋不應(yīng)小于梁面鋼筋的一半。在實(shí)際工程中，由于框架梁梁高受限或長(zhǎng)短跨處梁截面變化處，為滿足配角及裂縫要求，框架梁梁面鋼筋會(huì)有較大放大，容易出現(xiàn)梁底鋼筋不滿足的情況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意底筋放大;2)短柱問(wèn)題。根據(jù)抗規(guī)6.3.9規(guī)定，剪跨比不大于2的柱箍筋應(yīng)全長(zhǎng)加密，且體積配箍率不應(yīng)小于1.2%。剪跨比不大于2的情況容易在高烈度區(qū)(為滿足剛度要求柱截面較大)或樓面有較大錯(cuò)層時(shí)(樓層凈高減小)發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)仔細(xì)核對(duì)、剪跨比可采用柱截面小于層高減去梁高后除以4估算;3)墻體超筋。在高烈度區(qū)的框剪及剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算中底層墻柱構(gòu)件經(jīng)常會(huì)碰到超筋現(xiàn)象，而受限于建筑要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件又無(wú)法放大，此時(shí)就可以采取組合墻配筋解決此問(wèn)題。目前SATWE程序在進(jìn)行墻肢計(jì)算時(shí)是將剪力墻分為一個(gè)個(gè)單片墻計(jì)算，而未考慮相連墻柱作用，組合墻配筋則是通過(guò)選取剪力墻組合進(jìn)行整體配筋計(jì)算，綜合考慮相連的剪力墻或柱之間鋼筋的相互貢獻(xiàn)，故采取組合墻配筋可大幅降低墻體配筋。

以上便是筆者根據(jù)自身工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合規(guī)范相關(guān)要求對(duì)醫(yī)療建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些看法和建議。言而總之，在正確理解規(guī)范相關(guān)要求的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分合理的利用各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，這樣既能提供設(shè)計(jì)工作的工作效率，又能有效的降低建筑物的造價(jià)，從而完成出一個(gè)較好的建筑作品。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］袁文章.淺談現(xiàn)代醫(yī)院建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2010(2)：33-34.

［5］曹 前.醫(yī)療建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.城市建筑理論研究，2012(17)：41-42.