醫(yī)院建筑的結構設計

隨著人民群眾對醫(yī)療保健需求的不斷增長,各大中城市的醫(yī)療基礎設施建設速度明顯加快,新改擴建項目很多?,F代醫(yī)院建筑結構設計的思路與做法有哪些?本文將從結構計算和結構設置上來分析如何建設一所舒適安全便利的醫(yī)院。


一、結構計算

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抗震設防類別的判斷及計算參數的選取

由于醫(yī)療建筑是搶救人類生命的工程,在抗震救災中起到尤為重要的作用。醫(yī)院建筑在大震中不僅要不倒,還要繼續(xù)使用,擔負起救援的重要職責,所以醫(yī)院建筑應高于當地房屋建筑的抗震設防要求。汶川大地震后,住房和城鄉(xiāng)建設部頒布的《建筑工程抗震設防分類標準》中,提高了學校、醫(yī)院等人員密集的公共服務場所的設防要求。這次修訂中,明確了將二級、三級醫(yī)院均提高為重點設防類(即乙類),而且對于二級醫(yī)院的急救處理范圍不能或難以覆蓋的縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn),需建立具有外科手術室和急診科的醫(yī)院或衛(wèi)生院,提高其抗震設防類別。

按照《建筑工程抗震設防分類標準》3.0.2條,"重點設防類(乙類),應按高丁本地區(qū)抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施……"。確定為乙類建筑的醫(yī)療建筑,一些計算參數與內類建筑的選取有所區(qū)別∶抗震等級應提高烈度后再查《建筑抗震設計規(guī)范》表6.1.2,各種調整系數相應依此取值;剪力墻間距、抗震縫均應按照提高烈度后的烈度值進行計算;但最大適用高度可按本地區(qū)烈度查《建筑抗震設計規(guī)范》表6.1.1。

需要指出的是,根據《中華人民共和國防震減災法》第三十五條規(guī)定,"重大建設工程和可能發(fā)生嚴重次生災害的建設工程,應當按照國務院有關規(guī)定進行地震安全性評價,并按照經審定的地震安全性評價報告所確定的抗震設防要求進行抗震設防"。"對學校、醫(yī)院等人員密集場所的建設工程,應當按照高于當地房屋建筑的抗震設防要求進行設計和施工,采取有效措施,增強抗震設防能力"。

另根據中華人民共和國《地震安全性評價管理條例》及各地方的地方法規(guī),規(guī)定對一定規(guī)模以上的醫(yī)院(如北京市規(guī)定在地震動峰值加速度0.15g、0.20g 區(qū)域內的部分乙類建筑,總投資金額超過1億元以上的生命線工程)專門進行地震 安全性評價,并以此作為抗震設計的依據。

二、結構布置

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(一)樓蓋體系的選擇

門診樓及住院樓柱網一般為7.5m~8.5m,且兩個方向軸網相差不多。此時,樓蓋常采用井字梁結構。井字梁結構兩個方向受力均勻,并且由于板的跨度不大,對于承擔醫(yī)院中較繁多的布置靈活的隔墻荷載具有一定的優(yōu)越性。因為板內需敷設較多的管線,樓板厚度不宜小于 100mm。對于標準層層高4m左右,由于設備管線較多,建筑走廊凈空要求在2.5m以上,所以對結構梁高有嚴格要求,此時根據柱跨度,走道部分框架梁可做成寬扁梁,樓蓋采用密肋樓蓋。寬扁梁應 注意裂縫和撓度控制。

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(二)結構縫的設置

醫(yī)療建筑中的住院樓一般由一個護理單元或兩個護理單元組成。根據功能需要,建筑平面多為細長形。從結構上說,即長寬比經常可能達到6以上。建筑長度過長,結構受內部混凝土的約束,易產生溫度裂縫;長寬比過大,狹長的建筑物在地震時由于梁端地震波輸入有位相差而容易產生不規(guī)則震動,產生較大震害。所以,這種情況,通常在中部采用設置防震縫兼伸縮縫的方法將建筑分成兩個部分。由于醫(yī)院建筑使用功能復雜,為了防止上下交叉感染,經常機構中部不宜設縫,屬于超長結構。由于未設變形縫,在設計時應充分考慮溫度應力的影響。在設計時采取以下措施∶

1.每隔30m~50m設置后澆帶或膨脹加強帶;

2.加強屋面保溫措施,屋面板宜雙層雙向配筋;內外縱墻、山墻及端開間等溫度應力較大部位做好維護結構的保溫隔熱,設計時考慮溫度應力影響增加的配筋并采取構造措施;

3.在混凝土攪拌過程中,可以適當摻入少量化學添加劑,補償混凝土收縮。當然,添加外加劑并不能消除后期溫度變化引起的應力。

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主樓與裙房基礎沉降控制

綜合醫(yī)院一般分門診樓和住院樓,住院樓多為高層建筑,而門診樓多為 4~6 層的建筑。建筑功能上要求住院樓和門診樓相連。由于高層和多層的荷載差異較大,所以基礎易產生顯著的沉降差,有可能產生結構難以承受的內力和變形。為了避免由此造成的結構上的過大的裂縫,可以在高層和多層之間設置沉降縫,將其分開成兩個獨立的單元。

設置沉降縫后,雖然解決了建筑物的沉降差異而產生過大裂縫的問題,但是由于上部結構必須在沉降縫兩側均設置獨立的抗側力構件,形成雙梁、雙柱、雙墻,給建筑在使用和功能上帶來不便。結構上也存在基礎埋深、整體穩(wěn)定等問題。因此是否設縫,需要根據具體情況,綜合考慮。

如果不設沉降縫,高層和多層間的沉降協(xié)調就至關重要。以天津第五中心醫(yī)院為例,天津為沿海沖積平原,地質條件較差。一般高層及多層建筑以樁基礎為主。根據《建筑樁基技術規(guī)范》第3.1.18條"以減小差異沉降和承臺內力為目標的變剛度調平設計,宜結合具體條件按下列規(guī)定實施∶1.對于主裙樓連體建筑,當高層主體采用樁基時,裙房(含純地下室)的地基或樁基剛度宜相對弱化,可采用天然地基、復合地基、疏樁或短樁基礎。"這樣,住院樓部分,根據柱距、荷載情況,可以選擇直徑較粗、持力層較深,即樁長較長的高承載力樁,如承載力不夠,還可采用擠擴灌注樁、灌注樁后壓漿技術等。多層部分可以選擇相對較細的樁,持力層相對淺些。

另外,可以用水浮力調節(jié)兩邊的壓力差。天津地區(qū)地下水位較高,通常靜止水位在lm左右。如果門診、住院樓都有地下水,水浮力對基礎的影響很大。要想增加多層部分壓力,減少高層部分壓力,可以在計算樁數時,多層部分考慮水浮力的有利影響,使樁的承載力盡量用足,而高層部分不考慮或少考慮水浮力,從而減小兩邊樁的沉降差異。在其他地區(qū),根據當地的地質條件,可以主樓采用樁基礎,裙樓采用筏板基礎;或主樓采用筏基,裙樓采用獨立基礎。高層與裙樓之間不設永久性沉降縫,在設計中,還需采取以下措施減少主裙樓間沉降差∶

1.施工時先施工主樓,后施工裙樓;

2.主樓與裙樓間設置沉降后澆帶,后澆帶內混凝土待主樓沉降穩(wěn)定后方可澆筑;

3.加大主樓與裙樓間連接基礎梁剛度及配筋。

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特殊醫(yī)技房間的設計

由于一些特殊的醫(yī)技用房,如 X光、CT、DSA、核磁共振等,有防輻射要求,根據防輻射當量不同,對機房墻壁及頂板的厚度有不同的要求。比如墻體采用 360mm 厚實心磚墻或

200~300mm 厚混凝土墻(但應注意混凝土墻對結構剛度的影響),房間頂板及底板混凝土厚度0.18m~0.25m。直線加速器、伽馬刀機房等混凝土墻的厚度要達到1.2m~2.5m,設計時應提出大體積混凝土的處理方法,如水泥應采用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥,適當摻入少量化學添加劑等措施。此外,這些醫(yī)技用房需要敷設很多管線,而且部分設備可能會有振動,所以,房間的地面一般采用降板的方式解決,下沉部分采用焦渣填充,上面 100mm厚細石混凝土及建筑面層做法。設備管線可以從下沉部分中預埋,同時也可以有效解決設備振動產生的影響。

三、營造舒適環(huán)境的結構設計


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減振隔聲

隔聲不僅僅體現在建筑專業(yè)設計中,結構工程師也應考慮隔音問題。設計病房樓時應充分考慮患者需要安靜環(huán)境的需要,故樓板不宜太薄,一般取120mm 厚為宜。設備房間應盡量避開病房等醫(yī)療房間,且應做好設備基礎的減震隔聲處理。


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隔墻

在選擇隔墻材料時,除了考慮抗震及隔聲要求外,還應考慮使用的方便。如住院樓、醫(yī)技樓使用時需要懸掛一些設備管線,隔墻需要有一定的強度。另外,門診樓應考慮房間的變化,隔墻采用易于砌筑及拆卸的輕質隔墻為宜。


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樓板

醫(yī)院應該營造一個有利于弱勢群體和患者使用的建筑環(huán)境,應根據建筑功能需要細致確定結構構件的截面和標高。如樓梯踏步應該使建筑完成面等分平齊、廁所蹲位應與樓面相平、產房消毒間配餐間等有防水設計的房間應該根據防水層做法下沉結構樓板。


四、結語

正確判斷醫(yī)療建筑中各個單體的抗震設防烈度,是整個結構設計的關鍵。但并不是所有醫(yī)院、所有建筑單體都是乙類建筑,而應根據《建筑工程抗震設防分類標準》正確判別。

醫(yī)療設備用房的荷載取值,應根據具體用途、具體設備來確定。應根據醫(yī)療建筑的特點進行結構布置和設計∶正確確定梁板布置體系;結構縫的設置根據建筑功能和結構特點進行衡量,無縫設計時應采取必要的措施;對于不設沉降縫的建筑,應采取措施控制主樓與裙房基礎的沉降差;對于有防輻射要求的房間,要根據防輻射當量要求,四周隔墻采用磚墻或混凝土墻,頂板、底板樓板加厚,必要時還要增設鉛板滿足防輻射要求。

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