人民醫(yī)院病房樓結構設計論述

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摘  要 

病房樓是醫(yī)院建設中一個重要的組成部分。文章從病房樓建設的結構設計角度出發(fā)，對抗震設計、結構選型、結構計算及特殊問題的處理進行了詳細介紹，并對一些特殊問題進行論述。  關鍵詞  病房樓 結構設計振型 大跨度梁  abstract  ward building is an important part of the hospital building. the author elaborates the structure, including seismic design, structural type selection, structural calculations, and the solutions to special problems; and how to design a hospital ward building more safe, reasonable and economic by explaining and comparing special problems.  keywords  ward building  structural design mode of vibration   large-span beam  一、工程概況  河南省沁陽市人民醫(yī)院病房樓工程建筑總面積53710㎡，建筑高度63.45m，地上總寬度為48m，總長度為110m。地下1層（用于設備用房），層高4.8m。地上16層（含一層設備層），其中一至三層層高均為4.5m（用于醫(yī)技、門診、手術等），設備層層高2.7m，四至十五層層高均為3.9m（用于標準護理單元）。  該工程結構體系為框架—剪力墻結構。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g；設計地震分組為第二組?？拐鹪O防類別為重點設防類（乙類）?？拐鸫胧┌?度抗震設防的要求進行設計；抗震等級：框架一級，剪力墻一級。地基基礎設計等級為乙級。建筑場地類別為ⅲ類；場地類型為中軟土。地下水位埋深為自然地面3.8m～6.4m之間，對混凝土結構無腐蝕性?？垢≡O計水位為地坪以下3m。  二、地基基礎  （一）地質條件  場地地貌單元屬河流沖積平原。地層屬第四系全新統(tǒng)人工成因的雜填土和沖積成因的粉質粘土組成。地下水水位埋深3.8m～6.4m。地下水類型為潛水，水位年變幅約1.50m，近年最高地下水位約3.0m。按其年代成因及物理力學性質，將地基土劃分為6個工程地質層，主要分布見表1。  （二）地基基礎設計  1.地基處理  由于病房樓層數(shù)較多，基底平均壓力較大，天然基礎的承載力不滿足荷載要求，故地基采用水泥粉煤灰碎石樁（cfg樁）來進行地基處理。  2.基礎設計  基礎采用梁板式筏形基礎，底板厚900mm，基礎反梁800mm×1800mm，地下室擋土墻厚300mm，基底標高-6.900m。由于醫(yī)院建筑地下室設備較多，很多房間需要設計地下排水溝，故基礎反梁頂與地下室建筑地面預留300mm距離并用覆土填充。  地下室結構由于底板較厚，混凝土用量較大，故規(guī)范要求地下室在30m內設伸縮縫來解決混凝土裂縫問題，但從建筑功能的需要以及變形縫處理難度較大等方面考慮，本工程沒有設溫度變形縫，而是在底板設兩道伸縮后澆帶和水泥中加入微膨脹劑的辦法來解決裂縫問題，此種做法已經廣泛應用于的工程實踐中，并取得良好的效果。  三、上部結構設計  （一）結構選型  醫(yī)療建筑屬于重點設防類建筑，本工程地震作用按抗震設防7度，抗震措施按8度抗震設防進行設計，該樓框架抗震等級為一級，剪力墻抗震等級為一級。  本工程為框架-剪力墻結構，軸距為7.2m×6.3m；首層框架柱斷面為900㎜×900mm，剪力墻厚度為300mm，框架梁斷面為350㎜×600mm，樓板采用大板結構（可適用于醫(yī)院建筑房間功能的變化），板厚為180mm。  （二）方案設計  由于建筑功能的需要，在建筑左右邊緣設置電梯各一部，建筑中心處設置8部電梯、兩部樓梯，中心處剪力墻較多，兩側剪力墻較少。表2、表3為本建筑周期與位移的初步計算結果。  表2中振型3的扭轉系數(shù)為0.24，小于0.5，第3振型屬平動，不滿足《高層建筑鋼筋混凝土規(guī)范》3.4.5條tt/t1≤0.9的規(guī)定。造成此結果的原因是，本樓兩側邊緣剪力墻較少，而中間剪力墻較多，導致樓層剛度兩側小中心大，平面扭轉混亂。表3中的y方向最大層間位移角為1/1186滿足《高層建筑鋼筋混凝土規(guī)范》3.7.3.1中1/800的規(guī)定。筆者采取的措施是在中心剪力墻上開結構洞口，在兩側增加剪力墻，即增加樓層兩側剛度，減弱中心剛度。至于新開的結構洞可用填充墻封堵。表4、表5是剪力墻調整后的計算結果。  調整后，振型3的扭轉系數(shù)為0.79，大于0.5，證明第3振型為扭轉，以扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比，即第3振型周期1.7627與第1振型周期2.0564之比為0.86，滿足《高層建筑鋼筋混凝土規(guī)范》規(guī)定的不大于0.9的要求。調整后，y方向最大層間位移角增大為1/1064，但仍滿足《高層建筑鋼筋混凝土規(guī)范》3.7.3.1中不大于1/800的規(guī)定。  四、特殊功能（部位）的設計  (一)設備層設計  本工程三層至四層之間，即手術部與護理單元之間設有設備夾層，層高2.7m，主要用于設備專業(yè)管道的轉換，因此，設備層樓層的穿管，設備留洞及設備較多。設計人采用主次梁結構，板厚120mm，洞口邊采用翻邊設計，將7.2m×7.2m大板分割成3.6m×7.2m的小板，這樣可以有效地減小洞口之間的相互影響從而給樓板帶來的損傷。  通常情況下，設備層中空調設備重量在1t～3t（廠家不同，重量也不同），基礎平面尺寸為2m×6m，設計人員可以取其活荷載標準值4.0kn/㎡。  （二）大跨度設計  本工程裙房部分入口大廳采用大跨度結構，大跨度雙向邊梁分別為18.9m和21.85m。一般情況下，樓板厚度為170mm，大跨度梁有以下幾種做法：  1.鋼結構  斷面為組合工字鋼 wh1500×500×18×30，材料為q345b，上翼緣采用3排縱向間距250mm，φ19mm的栓釘與170mm厚的砼板相連。其優(yōu)點是鋼梁強度高，自重輕，受力簡單，缺點是鋼梁與砼框架柱連接復雜，由于運輸問題，須現(xiàn)場進行拼接。  2.預應力結構  張拉形式采用比較常見的后張有粘結張拉，預應力梁斷面為500 mm×1100mm，采用三束鋼絞線；預應力錨具采用i類錨具，張拉端錨具采用xm15-7型夾片錨具，固定端錨具采用擠壓錨。其優(yōu)點是斷面小于普通砼梁，自重較輕；可很好的控制梁自身的撓度、裂縫，缺點是計算復雜，包括強度、撓度、裂縫計算，預應力損失計算，張拉端局部承壓計算；施工復雜、周期長。  3.型鋼混凝土梁  其砼梁斷面為500mm×1100mm，內部鋼梁斷面為hn700×300×13×24，其優(yōu)點是計算較為簡單，撓度、裂縫控制較好，缺點是與型鋼梁連接的砼柱也應為型鋼砼柱，否則不符合強柱弱梁的抗震原則；施工復雜，包括鋼結構施工、梁柱節(jié)點連接、鋼筋與鋼結構之間的穿插施工等。  4.普通混凝土梁  其砼梁斷面為700 mm×1800mm，跨中鋼筋選用28或25，配筋率為1.2%。其優(yōu)點是計算較為簡單，施工方便，缺點是自重大，撓度、裂縫較難控制。  通過以上論述綜合考慮后，筆者選用普通混凝土梁，由于裙房大廳入口較高，1.8m高的大梁對其效果不會造成影響。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》（gb50010-2010）7.1.2-1條計算得出荷載標準組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度為0.18，滿足《混凝土結構設計規(guī)范》3.4.5條裂縫寬度為0.2mm的限值。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》7.2.2條及《結構靜力計算手冊》 計算得出考慮長期荷載效應的最大撓度值為=46mm，考慮千分之一施工起拱（21.85mm）后，即46-21.85=24.15mm，滿足《混凝土規(guī)范》3.4.3條（l0=1/400=55mm）的限值。筆者以往設計過的與此相當?shù)幕炷链罂缍攘海度胧褂煤笠讶〉煤芎玫男Ч?  參考文獻  ［1］gb50010-2010.混凝土結構設計規(guī)范［s］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010  ［2］jgj 3-2010.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程［s］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010  ［3］gb 50223-2008.建筑工程抗震設防分類標準［s］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010  ［4］gb 50007-2002.建筑地基基礎設計規(guī)范［s］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010