人民医院病房楼结构设计论述

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摘  要 

病房楼是医院建设中一个重要的组成部分。文章从病房楼建设的结构设计角度出发，对抗震设计、结构选型、结构计算及特殊问题的处理进行了详细介绍，并对一些特殊问题进行论述。  关键词  病房楼 结构设计振型 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、工程概况  河南省沁阳市人民医院病房楼工程建筑总面积53710㎡，建筑高度63.45m，地上总宽度为48m，总长度为110m。地下1层（用于设备用房），层高4.8m。地上16层（含一层设备层），其中一至三层层高均为4.5m（用于医技、门诊、手术等），设备层层高2.7m，四至十五层层高均为3.9m（用于标准护理单元）。  该工程结构体系为框架—剪力墙结构。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g；设计地震分组为第二组。抗震设防类别为重点设防类（乙类）。抗震措施按8度抗震设防的要求进行设计；抗震等级：框架一级，剪力墙一级。地基基础设计等级为乙级。建筑场地类别为ⅲ类；场地类型为中软土。地下水位埋深为自然地面3.8m～6.4m之间，对混凝土结构无腐蚀性。抗浮设计水位为地坪以下3m。  二、地基基础  （一）地质条件  场地地貌单元属河流冲积平原。地层属第四系全新统人工成因的杂填土和冲积成因的粉质粘土组成。地下水水位埋深3.8m～6.4m。地下水类型为潜水，水位年变幅约1.50m，近年最高地下水位约3.0m。按其年代成因及物理力学性质，将地基土划分为6个工程地质层，主要分布见表1。  （二）地基基础设计  1.地基处理  由于病房楼层数较多，基底平均压力较大，天然基础的承载力不满足荷载要求，故地基采用水泥粉煤灰碎石桩（cfg桩）来进行地基处理。  2.基础设计  基础采用梁板式筏形基础，底板厚900mm，基础反梁800mm×1800mm，地下室挡土墙厚300mm，基底标高-6.900m。由于医院建筑地下室设备较多，很多房间需要设计地下排水沟，故基础反梁顶与地下室建筑地面预留300mm距离并用覆土填充。  地下室结构由于底板较厚，混凝土用量较大，故规范要求地下室在30m内设伸缩缝来解决混凝土裂缝问题，但从建筑功能的需要以及变形缝处理难度较大等方面考虑，本工程没有设温度变形缝，而是在底板设两道伸缩后浇带和水泥中加入微膨胀剂的办法来解决裂缝问题，此种做法已经广泛应用于的工程实践中，并取得良好的效果。  三、上部结构设计  （一）结构选型  医疗建筑属于重点设防类建筑，本工程地震作用按抗震设防7度，抗震措施按8度抗震设防进行设计，该楼框架抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为一级。  本工程为框架-剪力墙结构，轴距为7.2m×6.3m；首层框架柱断面为900㎜×900mm，剪力墙厚度为300mm，框架梁断面为350㎜×600mm，楼板采用大板结构（可适用于医院建筑房间功能的变化），板厚为180mm。  （二）方案设计  由于建筑功能的需要，在建筑左右边缘设置电梯各一部，建筑中心处设置8部电梯、两部楼梯，中心处剪力墙较多，两侧剪力墙较少。表2、表3为本建筑周期与位移的初步计算结果。  表2中振型3的扭转系数为0.24，小于0.5，第3振型属平动，不满足《高层建筑钢筋混凝土规范》3.4.5条tt/t1≤0.9的规定。造成此结果的原因是，本楼两侧边缘剪力墙较少，而中间剪力墙较多，导致楼层刚度两侧小中心大，平面扭转混乱。表3中的y方向最大层间位移角为1/1186满足《高层建筑钢筋混凝土规范》3.7.3.1中1/800的规定。笔者采取的措施是在中心剪力墙上开结构洞口，在两侧增加剪力墙，即增加楼层两侧刚度，减弱中心刚度。至于新开的结构洞可用填充墙封堵。表4、表5是剪力墙调整后的计算结果。  调整后，振型3的扭转系数为0.79，大于0.5，证明第3振型为扭转，以扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，即第3振型周期1.7627与第1振型周期2.0564之比为0.86，满足《高层建筑钢筋混凝土规范》规定的不大于0.9的要求。调整后，y方向最大层间位移角增大为1/1064，但仍满足《高层建筑钢筋混凝土规范》3.7.3.1中不大于1/800的规定。  四、特殊功能（部位）的设计  (一)设备层设计  本工程三层至四层之间，即手术部与护理单元之间设有设备夹层，层高2.7m，主要用于设备专业管道的转换，因此，设备层楼层的穿管，设备留洞及设备较多。设计人采用主次梁结构，板厚120mm，洞口边采用翻边设计，将7.2m×7.2m大板分割成3.6m×7.2m的小板，这样可以有效地减小洞口之间的相互影响从而给楼板带来的损伤。  通常情况下，设备层中空调设备重量在1t～3t（厂家不同，重量也不同），基础平面尺寸为2m×6m，设计人员可以取其活荷载标准值4.0kn/㎡。  （二）大跨度设计  本工程裙房部分入口大厅采用大跨度结构，大跨度双向边梁分别为18.9m和21.85m。一般情况下，楼板厚度为170mm，大跨度梁有以下几种做法：  1.钢结构  断面为组合工字钢 wh1500×500×18×30，材料为q345b，上翼缘采用3排纵向间距250mm，φ19mm的栓钉与170mm厚的砼板相连。其优点是钢梁强度高，自重轻，受力简单，缺点是钢梁与砼框架柱连接复杂，由于运输问题，须现场进行拼接。  2.预应力结构  张拉形式采用比较常见的后张有粘结张拉，预应力梁断面为500 mm×1100mm，采用三束钢绞线；预应力锚具采用i类锚具，张拉端锚具采用xm15-7型夹片锚具，固定端锚具采用挤压锚。其优点是断面小于普通砼梁，自重较轻；可很好的控制梁自身的挠度、裂缝，缺点是计算复杂，包括强度、挠度、裂缝计算，预应力损失计算，张拉端局部承压计算；施工复杂、周期长。  3.型钢混凝土梁  其砼梁断面为500mm×1100mm，内部钢梁断面为hn700×300×13×24，其优点是计算较为简单，挠度、裂缝控制较好，缺点是与型钢梁连接的砼柱也应为型钢砼柱，否则不符合强柱弱梁的抗震原则；施工复杂，包括钢结构施工、梁柱节点连接、钢筋与钢结构之间的穿插施工等。  4.普通混凝土梁  其砼梁断面为700 mm×1800mm，跨中钢筋选用28或25，配筋率为1.2%。其优点是计算较为简单，施工方便，缺点是自重大，挠度、裂缝较难控制。  通过以上论述综合考虑后，笔者选用普通混凝土梁，由于裙房大厅入口较高，1.8m高的大梁对其效果不会造成影响。根据《混凝土结构设计规范》（gb50010-2010）7.1.2-1条计算得出荷载标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度为0.18，满足《混凝土结构设计规范》3.4.5条裂缝宽度为0.2mm的限值。根据《混凝土结构设计规范》7.2.2条及《结构静力计算手册》 计算得出考虑长期荷载效应的最大挠度值为=46mm，考虑千分之一施工起拱（21.85mm）后，即46-21.85=24.15mm，满足《混凝土规范》3.4.3条（l0=1/400=55mm）的限值。笔者以往设计过的与此相当的混凝土大跨度梁，投入使用后已取得很好的效果。   参考文献  ［1］gb50010-2010.混凝土结构设计规范［s］.北京：中国建筑工业出版社，2010  ［2］jgj 3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程［s］.北京：中国建筑工业出版社，2010  ［3］gb 50223-2008.建筑工程抗震设防分类标准［s］.北京：中国建筑工业出版社，2010  ［4］gb 50007-2002.建筑地基基础设计规范［s］.北京：中国建筑工业出版社，2010