都江堰市医疗中心病房医技楼结构设计

都江堰市医疗中心病房医技楼结构设计

张华

上海市卫生建筑设计研究院有限公司上海市200003

摘要：随着我国经济持续的高速增长，现代医疗理念与医疗技术的发展，医院建筑正在从治疗机器向更关注人健康、安全的人性化空间转变，多功能多元化的综合医院展现而出，其中病房楼显得极其重要，已不再单一只有病房而是和门诊医技楼通过空间的连接融为一体，这就要求结构设计中必须考虑安全，人性，节能等因素。

关键词：病房医技楼；框架剪力墙；结构设计

一、工程概况

都江堰市医疗中心是“5.12汶川大地震”之后都江堰市第一只新建医疗建筑。都江堰市医疗中心位于都江堰市二环路侧，属城市规划新区。都江堰市医疗中心按照卫生部三级综合医院标准进行建设，医疗中心建成集医疗、教学、科研、妇幼保健、中医药治疗、康复、理疗、技术培训为一体的综合型医疗机构。设置病床800张，项目分二期进行建设。本工程为一期建设，位于医院院区东部，主要由门急诊楼和病房医技楼两部分组成,另有门卫、污水处理站、垃圾房等建筑。门急诊楼地上四层；病房医技楼地上十一层，地下一层；地上部分通过底层医疗街和二层连廊连接。总建筑面积81473平方米，其中地上面积63188平方米，地下面积18285平方米。

病房医技楼是地上十一层，地下一层高层，建筑总建筑面积48132平方米，其中地上面积41529平方米，地下面积6603平方米。建筑占地面积5969平方米，建筑高度49.5米，床位数601床。地下一层为营养食堂、职工食堂、中心供应、洗衣房、总务修理、太平间及设备用房。底层裙房部分为放射科，主楼部分中间为住院大厅；二层平面裙房部分功能检查，主楼部分中间为血库、内窥镜，西侧为中心实验。门急诊楼二层有连廊与病房医技楼连接；三层平面裙房部分和主楼部分主要为洁净手术部；设备层平面为设备管道夹层,层高3米；四～十一层为产房、产科护理单元、标准病房护理单元、特需护理单元，层高3.75米。各层关系及层高见图一，平面结构布置见图二。

图一：

二、结构体系与构件布置

病房医技楼，鉴于高度和功能的重要性，在设计中有着许多注意的方面。首先，在体系设计方面，采用框架剪力墙结构。框架剪力墙有着框架和剪力墙二道防线，能有效地消耗地震力，使整幢建筑具有良好的抗震性能。其次，在剪力墙的平面布置方面宜均匀，力求使得整幢建筑的刚心和质心接近或重合。一般来说，多设剪力墙对抗震是有利的。但是，剪力墙超过了必要的限度，是不经济的。剪力墙太多，虽然有较强的抗震能力，但由于刚度太大，周期太短，地震作用要加大，不仅使上部结构材料增加，而且带来基础设计的困难。另外，框剪结构中，框架的设计水平剪力有最低限值，剪力墙再增多，框架的材料消耗也不会再减少。所以，单从抗展的角度来说，剪力墙数量以多为好；从经济性来说，剪力墙则不宜讨多，因此，有一个剪力墙的合理数量问题。框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：1）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；3）纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式；4）单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40％；5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；6）楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；7）抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。病房楼12层（包括一设备层），标准层层高3.75m，主要屋面处标高为47.4m，室内外高差为0.3m，以地下室顶板作为本单体的嵌固部位，地下室的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍，其于单体同时满足此要求。由于该项目属生命线工程，根据建筑重要性列为乙类建筑，因此框架及剪力墙的抗震等级均为一级，为此柱轴压比限值定为0．75。为了减小柱截面尺寸，因此底下5层砼标号选用C40，自下向上逐渐减小至C30。为了避免竖向刚度变化集中，因此框架柱截面的减小与砼标号的改变沿高度方向错开，使结构沿高度方向的刚度均匀变化，避免刚度突变。本单体存在如下不规则：1)长宽比为7.2，大于规范规定的限值6；2)5层以上中间两跨缺失形成连体结构；3)三层位置(为总高度21%，大于20%)南向北收进16m，收进后的水平尺寸为下部楼层水平尺寸的56%，小于75%；本单体为平面不规则竖向不规则结构。针对结构超限采取了如下措施：1)本单体采用钢筋砼框架-剪力墙结构，为了增加结构的抗扭刚度，在建筑物的两端布置较多的剪力墙，并适当加大周边框架梁的截面；2)加强连体结构构造措施，连接体楼板加厚，并采用双层双向配筋，连接体及与连接体相连的结构构件抗震等级提高一级；3)裙房的屋面板加厚，并采用双层双向配筋；4)在裙房顶部上下各一层提高抗震措施；5)结构计算方面，采用两种符合实际情况的空间分析程序（SATWE和PMSAP）进行比较，并进行动力时程分析计算。

三、地基与基础

根据工程地质勘测报告，本基地地基分层情况及各层土的物理力学指标如表一。

表一

本工程采用天然地基，以稍密卵石层作为基础持力层，本层土承载力特征值为350Kpa，经深度及宽度修正后的承载力特征值可达647Kpa，计算程序为JCCAD。高层病房楼采用筏板基础，板厚1200mm；多层采用独立基础加500mm厚防水板形式。由于建筑功能的要求，高层和多层连成一体，局部位置仅有地下室无上部结构，所以高层及多层的差异沉降成为本工程的关键问题，本工程计算最大沉降为21mm，并采取如下措施:1)在高层和多层之间设置沉降后浇带，须等高层沉降稳定后方可封闭后浇带；2）加强高层和多层之间基础梁的配筋；3）局部位置上部结构荷载较小或无上部结构部位采取措施使底板和地基脱开。

本工程地下室平面尺寸为138.8×156.0m，为超长结构，超长结构须采取如下措施控制砼裂缝：1）地下室底板及外墙板砼强度等级采用C30，采用掺微膨胀剂的补偿收缩砼；2）按规范要求设置施工后浇带；3）砼的水泥应优先采用水化热低的品种；4）加强养护；5）加强外墙水平分布钢筋。

四、结构计算分析

本工程抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第二组。结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。抗震设防类别为乙类；抗震措施按9度设防要求；地基基础设计等级为乙级。单体框架及剪力墙的抗震等级均为一级.

1.医技楼

SATWE计算结果如下：

结构周期（取前6个）

主要控制参数

2.病房楼

SATWE计算结果如下：

结构周期（取前6个）

PMSAP计算结果如下：

结构周期（取前6个）

动力时程分析计算结果如下：

每条动力时程分析计算所得的底部剪力均大于SATWE算得的底部剪力的65%，（0.65VX=7803kN，0.65VY=8376kN），三条动力时程分析计算所得的底部剪力的平均值大于SATWE算得的底部剪力的80%（0.8VX=9603kN，0.8VY=10309kN）。

五、设计体会

1．结构平面是否规则，不能只看到建筑平面是否规则，关键要看结构的平面布置是否规则。建筑师在设计病房大楼时通常要求病房有一个好的朝向，从而限制在病房处设剪力墙，并将楼电梯间设置于建筑物二端的北侧，容易造成结构平面不规则，对抗震非常不利。

2．病房大楼的设备用房通常置于地下室内，地下室层高对投资控制有着举足轻重的地位。只要满足规范所规定的最小埋置深度后，减小地下室的层高比减小上部楼层的层高更经济。本工程为减小地下室层高，将地下室顶板框架梁的高度最大值控制在750mm，并以加大梁的宽度来满足强度和刚度要求。

3．上部有多个单体时，地下部分可连为整体，当地下室顶板满足嵌固条件时可作为上部嵌固端，上部设置相应的变形缝以保障整个建筑物的安全。