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医疗建筑结构设计方法探讨

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：李波

[导读] 摘要：随着经济的迅速发展，国家对医疗建筑的抗震要求越来越重视。由于医疗建筑是抢救人类生命的工程，在抗震救灾中起到尤为重要的作用。

        乌鲁木齐建筑设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐 830000
        摘要：随着经济的迅速发展，国家对医疗建筑的抗震要求越来越重视。由于医疗建筑是抢救人类生命的工程，在抗震救灾中起到尤为重要的作用。医疗建筑在大震中不仅不能倒，还应能继续使用，担负起救援的重要职责。根据若干医院的设计实践，总结了一些医疗结构设计的一些设计要点。
        关键词：性能设计；减隔震设计；荷载取值
        前言
        随着人民群众生活质量的不断提高，人民对医疗保健的需求不断增加，医院基础设施建设进程明显加快。近几年有幸先后参与了新疆维吾尔自治区第二人民医院、精河县人民医院、自治区第六人民医院、阿勒泰地区人民医院、新疆维吾尔自治区第三人民医院等若干医院的设计任务。通过这些医院的设计实践总结了一些医疗结构设计要点。
        一、医疗建筑安全等级和减隔震设计的确定
        1）由于医疗建筑是抢救人类生命的工程，在抗震救灾中起到尤为重要的作用。医疗建筑在大震中不仅不能倒，还应能继续使用，担负起救援的重要职责。因此医疗建筑的安全等级应该比普通的住宅和办公建筑提高一级。《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2008中附录A.1.1规定，房屋建筑结构抗震设计中的甲类建筑和乙类建筑，其安全等级应规定为一级。而医疗建筑的抗震设防类别划分为重点设防类，即为乙类建筑。对于《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008中抗震设防类别划分为重点设防（乙类）以上的医疗建筑，执行该条规定，取安全等级为一级。
        2）根据新疆细则XJJ012-2016第3.0.2条关于减隔震设计的要求及应用范围：位于抗震设防烈度8度（含8度）以上地震高烈度区、地震重点监视防御区域或地震灾后重建阶段的新建3层（含3层）以上，且单体建筑面积大于2000平米的幼儿园、中小学、医院等人员密集公共建筑应采用减隔震技术进行设计。由此看来，随着国家经济的迅猛发展，国家对医院、学校等公共建筑的抗震性能要求越来越重视。减隔震设计大大的提高了建筑的安全可靠性。
        二、抗震性能设计
        1）医疗建筑的结构选项尤其重要，病房楼层层数较高，一般在十层以上，采用框架-剪力墙结构既能满足结构抗震、抗风的要求，又能适用建筑对空间的需求。门诊、医技及附属用房由于层数较低，一般采用框架结构。医院建筑由于设备用房较多，大部分设有地下室，常用的结构形式有梁板式筏形基础。由于医院功能及结构体型复杂，通常采用减震设计方案；减震设计可以大大提高结构抗震性能。
        2）汶川大地震后，住房和城乡建设部颁布的《建筑工程抗震设防分类标准》中，提高了学校、医院等人员密集的公共服务场所的设防要求。按照《建筑工程抗震设防分类标准》3.0.3.2条，“重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施—”确定为乙类建筑的医疗建筑，一些设计参数与丙类建筑的选取有所区别；结构类型的抗震等级根据提高设防烈度后再查《建筑抗震设防规范》表6.1.2，各种参数相应依此取值；剪力墙间距、长宽比、防震缝等均应按提高抗震烈度后确定。但最大适用高度可按本地区烈度查《建筑抗震设计规范》表6.1.1。需要指出的是地震作用应按本地区抗震设防烈度确定。
        3）当医疗建筑的按照提高一度采用抗震等级时，房屋高度超过了上界时，根据《建筑抗震设计规范》6.1.3.4条规定当甲乙类建筑按规定提高一度确定其抗震等级而房屋的高度超过本规范表6.1.2相应规定的上界时，应采用比一级更有效的抗震构造措施。例如：自治区第六人民医院综合病房楼为一栋框剪结构，地下一层，地上十五层，建筑高度61.3m，乌鲁木齐市抗震设防烈度为8度，按提高一度（9度）确定抗震等级，但是设防烈度9度框剪结构的房屋高度上界时50m，故按照该条规定，框架和抗震墙的抗震构造措施应采用特一级，而本身的抗震等级还是按照一级采用。

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        三．荷载取值
        1）医疗建筑由于工艺、设备、房间功能的多样性，其《建筑结构荷载规范》上的规定难以覆盖。参考《全国民用建筑工程设计技术措施》（2003）中关于楼面荷载的补充规定，并配合医疗工艺专业所提供的使用荷载，一般医技及其他专用房间的活载取值见表1。现代医疗科技发展迅猛，很多医疗器械和设备越来越多，因此房间荷载都必须通过医院甲方跟设备厂家联系取得一些设备参数，根据具体的设备重量确定楼板的活荷载。有些荷载还必须跟设备和电气专业核对设备的重量，比如UPS，电气专业会根据房间的使用功能确定UPS房间里设备数量，不同的设备数量荷载相差5~10倍。
        四．楼板结构设计
        区别于普通的住宅和办公楼建筑，医疗建筑由于医疗设备工艺的特殊性和病人的使用上的需求，有大量降板和板厚的要求，楼板的设计较普通建筑较为复杂一些。例如：1）蹲式卫生间一般为公共卫生间，普通设计的话它会高出地面200mm左右的台阶。为了更人性化设计，方便一些身体残疾的病人，故楼板设计时降板200mm，使蹲式卫生间与地面平齐。2）口腔科，医疗工艺特殊，需要特别的排水设计，所以结构一般会预留300mm整体降板来满足功能要求。3）洁净房间，如药库、ICU、产房、手术室和细菌室等有洁净要求的房间，房间顶不能有排水管的出现。如果上方有卫生间或洗手池那么必须采用同层排水的方案，楼板会相应的降板350~500mm左右，同时还要注意在框架梁上预留设备套管。4）特殊设备房间，如X光室、CT、核磁共振等有防辐射要求，根据防辐射程度不同，机房墙、底板和顶板的要求会有一些不同。比如墙体采用用370厚实心砖墙，房间的顶板和底板混凝土厚度在180mm~250mm。直线加速器机房等混凝土的厚度要求达到1.2m~2.5m。设计时应提出大体积混凝土的处理方法，墙体容易产生贯穿裂缝导致辐射外泄，因此在施工和设计中采取相应的措施。如水泥应采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，适当掺入少量化学添加剂等措施；由于墙体较厚，计算上基本采用构造配筋即可满足强度要求，为了更好的防止裂缝的出现，一般尽量采用小直径和小间距的钢筋布置，中间加拉结钢筋。
        门诊楼和住院楼的柱网一般为7.5~8.5m左右，且两个方向的轴网相差不大（除了医院走廊部分）。此时楼盖可以采用井字梁结构，井字梁结构两个方向受力均匀，并且由于板的跨度不大，对于承担医院中较繁多的布置灵活的隔墙荷载具有一定的优越性。对于标准层一般层高在3.9m左右，由于设备管线较多，建筑走廊的净空一般要求在2.6m以上，而设备管的交汇处一般选择在走廊部分，所以走廊的框架梁一般设计成宽扁梁。宽扁梁要注意裂缝和挠度的控制。
        医院设备工艺比较复杂，楼板会有很多需要预留洞口的地方。必须跟设备厂家联系提前在楼板处预留洞口，此时可以对消弱的楼板采用一些必要的加强措施。而有些无法确定的洞口，设计时必须注明施工前施工单位应与设备厂家确定留洞参数，小于1.0X1.0m的洞口可统一采用图集加固方案。如果洞口大于1.0X1.0m时，应通知设计单位出具相应的变更。
        五.结束语
        医疗建筑一般来说属于防灾救灾建筑，因其使用功能的独特性，其设计具有与一般民用建筑不同的特点，在政治、经济、使用功能、社会影响方面都有很大的不同。正确判断医疗建筑的抗震设防烈度是整个结构设计的关键。并不是所有的医院都是乙类建筑，也有可能是甲类建筑，因此应根据《建筑工程抗震设防分类标准》正确判断。医院的设备荷载应根据具体的用途和设备取值，而不是简单的按照荷载规范上取值。后期设备进场安装线路，提前预留好设备吊装孔，提前预留好设备在剪力墙上的风洞和套管洞口，这是我们结构工程师在今后需要更加注意的地方。医疗建筑是一个很复杂的设计，更加需要与建筑、设备和电气专业互相协作和沟通，才能确保一个好的建筑作品。
        参考文献：
        [1]建筑工程抗震设防分类标准GB50223-2008北京：中国建筑工业出版社2008
        [2]工程结构可靠性设计统一标准GB50153-2008北京：中国建筑工业出版社2008
        [3]建筑抗震设计规范GB50011-2010.北京：中国建筑工业出版社2010