株洲市中心醫(yī)院的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、株洲市中心醫(yī)院的結(jié)構(gòu)設(shè)計鄭靜紅蘇恒強何 軍項 征（廣東省建筑設(shè)計研究院 廣州 510010）摘 要：較詳細地介紹了株洲市中心醫(yī)院結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，包括基礎(chǔ)選型，超長地下室，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計，以及醫(yī)療設(shè)備用房相關(guān)的荷載取值，防輻射，直線加速器室，高壓氧艙的設(shè)計要點等，相關(guān)設(shè)計方法可供同類項目參考。關(guān)鍵詞：醫(yī)療建筑； 結(jié)構(gòu)設(shè)計； 防輻射； 直線加速器室Structural Design of Zhuzhou Central HospitalZheng JinghongSu HengqiangHe JunXiang Zheng（The Architectural Design & Researc

2、h Institute of Guangdong Province Guangzhou 510010，China）Abstract：This paper describes the structural design of Zhuzhou Central Hospital in details，including basic selection，over-length basement，steel structure roof design，as well as medical equipment， buildings load value，radiation protection， the

3、design features of the linear accelera- tor room，hyperbaric oxygen chamber. The result can be applied for design use.Keywords：hospital building； structural design； radiation protection； linear accelerator room根據(jù)湖南省防震減災(zāi)工程研究中心提供的場地地震安評報告，本工程地震設(shè)防烈度 6 度，設(shè)計基本 地震加速度值 0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，場地 類型為類。 三級甲等醫(yī)院醫(yī)療綜合樓（

4、門診樓、醫(yī) 技樓、住院樓）地震作用按抗震設(shè)防 6 度，抗震措施 按抗震設(shè)防 7 度， 其余各棟按 6 度抗震構(gòu)造措施設(shè) 防。設(shè)計以滿足醫(yī)療功能和經(jīng)濟實用為宗旨，同時確 保重點項目的進度要求，在當(dāng)?shù)赝茝V了預(yù)應(yīng)力管樁基 礎(chǔ)，采用了一體化地下室。 塔樓采用多種結(jié)構(gòu)體系， 包括框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和鋼混組合結(jié)構(gòu)。 住院樓為 16 層，門診樓為 5 層，醫(yī)技樓為 5 層，其余 各棟 16 層。醫(yī)療綜合樓下設(shè) 1 層地下室，層高 5m， 地下室長 286.3m、寬 124.4m，建筑面積約 3.5 萬 m2。 另外，后勤樓 3 層樓面設(shè)室內(nèi)籃球場，為滿足建筑功 能要求，采用 36m 大跨度鋼混凝土組合

5、樓蓋。工程概況1株洲市中心醫(yī)院位于株洲市湘江西岸，地理位置得天獨厚，是濱江南路風(fēng)光帶的標(biāo)志性建筑，占地面積約 300 畝，為三級甲等醫(yī)院，分兩期建設(shè)。一期建設(shè)規(guī)模為 1500 病床，總建筑面積 18.8 萬 m2，為目前整體規(guī)劃最大規(guī)模的高科技醫(yī)療建筑綜合體，建 筑群包括門診樓、醫(yī)技樓、住院樓通過連廊組成的醫(yī) 療街式醫(yī)療綜合樓（建筑面積 15.9 萬 m2），以及由老 干樓、行政樓、報告廳、后勤樓、污水處理站、鍋爐房、高壓氧艙等組成的附屬配套建筑。二期建設(shè)項目包括科研樓、公寓樓、酒店式病房樓、后勤保障部門以及研究所等。本文重點介紹已建成的一期建設(shè)項目，整體鳥瞰實景如圖 1 所示?；A(chǔ)及地下室設(shè)

6、計2基礎(chǔ)設(shè)計本工程場地地形起伏變化大 ， 場 地原始地貌總體西高東低， 西為居民 區(qū)東部為耕地及池塘，地貌單元屬湘江 、級階地，場地地面標(biāo)高介于 45.8m2.1圖 1醫(yī)院整體鳥瞰實景圖40.2m 之間，相對高差 5.63m。設(shè)計中252013 年 3 月 第 3 期鄭靜紅等： 株洲市中心醫(yī)院的結(jié)構(gòu)設(shè)計MAR 2013 No3采用 f 400、f 500 錘擊式預(yù)應(yīng)力管樁，均為端承型摩擦樁。樁施工前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況選取適當(dāng)數(shù)量的樁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計3作為試打（壓）樁，以取得正式施打（壓）所需要的有關(guān)控制數(shù)據(jù)， 尤其是需要送樁時的貫入度控制值。 樁基礎(chǔ)選擇強風(fēng)化巖層、全風(fēng)化砂礫巖層、園礫層或 礫砂層（當(dāng)

7、其厚度>5m 時）作為持力層，強風(fēng)化巖層 樁的端阻力承載力特征值 qpa5000kPa，全風(fēng)化砂礫 巖層、園礫層（或礫砂層）預(yù)應(yīng)力管樁的端阻力特征 值 qpa3500kPa。 對局部勘察鉆孔顯示持力層下有軟醫(yī)療建筑活荷載取值醫(yī)療建筑在活荷載取值上有一定的特殊性，建3.1筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中對于醫(yī)療特殊用途的房間荷載沒有明確規(guī)定。本設(shè)計中參考全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施中關(guān)于樓面荷載的補充規(guī)定，并配合醫(yī)療工藝專業(yè)所提供的使用荷載取值。用房間的活荷載取值見表 1。醫(yī)技及其他專弱夾層者， 需穿透該層，以樁端到達或進入持力層（對照地質(zhì)資料）、最后貫入度和最后 1m為主要控制收錘標(biāo)準(zhǔn)。沉樁錘擊數(shù)表 1

8、醫(yī)技房間的活荷載取值序號房間用途地下室超長設(shè)計醫(yī)療綜合樓由門診樓（20m×50m）、醫(yī)技樓（20m×50m）、住院樓（20m×50m）三大建筑物組成，各棟之間 由 20m、30m 長的 2 個連廊式醫(yī)療街連接。 為節(jié)約地 面用地及減少地面交通，改善景觀，同時有效結(jié)合場 地原始地貌（由西向東 300m 高差 8m），在醫(yī)療綜合 樓下設(shè)一體化大型地下室。門診樓、醫(yī)技樓、住院樓三區(qū)域功能劃分對裂縫 要求不同，按地下工程防水技術(shù)規(guī)范，人員長期停 留的場所，因有少量濕漬會使物品變質(zhì)、失效的儲物 場所及嚴重影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的部位，不允許滲水， 結(jié)構(gòu)表面無濕漬，因此住院樓地下室

9、防水等級為一2.2門診樓采光棚鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元分析采 光 棚 位 于 門 診 樓 中庭上空，其 輪廓為 40m×15m 矩形，如圖 2 所示。 考 慮 使 用 功 能 的要求，采用3.2級，其余為二級。結(jié)構(gòu)專業(yè)充分了解了建筑功能和使用要求，配合建筑在門診樓與連廊交接位置，醫(yī)技樓與住院樓之間連廊交接位置，利用設(shè)備電纜溝及 建筑高差將地下 室 分 為 長 度 90m，93m，103m 三 部 分區(qū)域， 結(jié)合計算理論分析和工程經(jīng)驗， 重點在頂 板、底板、外墻采取以下措施：鋼 結(jié) 構(gòu) 骨 架體系，骨架由圖 2采光棚示意圖頂板底板設(shè)置伸縮變形溝槽、側(cè)壁設(shè)置轉(zhuǎn)角H1000×350&#

10、215;14×25 等 4 種 Q345B 焊接工字形鋼梁組成， 屋面板采用鋼化玻璃。 結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 年，建筑抗震設(shè)防烈度 6 度，抗震措施采用的設(shè) 防烈度 7 度。 設(shè)計基本地震加速度值為 0.05g，設(shè)計地消化溫度收縮應(yīng)力，充分利用平面高差錯落集中消化溫度應(yīng)力。 在各區(qū)域內(nèi)每 30m 布置田字型后澆帶， 作 為釋放施工過程中的溫縮應(yīng)力和混凝土硬化過程中 收縮應(yīng)力的措施。 地下室鋼筋采取通長布置，并采用小直徑密 間距，適當(dāng)提高拉通鋼筋配筋率，通過鋼筋的受拉抵 消混凝土的拉應(yīng)力。 施工盡量避開冬夏季節(jié)，按施工規(guī)范及施工 經(jīng)驗，炎熱天氣在白天施工，并做好麻袋淋水養(yǎng)護等 措施，

11、防止混凝土開裂。震分組為第一組。地面粗糙度類別為 B 類，基本風(fēng)壓值 0.40kN m2，基本雪壓值 0.70kN m2。采用 MIDAS Gen 軟件，對采光棚鋼結(jié)構(gòu)進行空間整體分析，分析結(jié)果表明，溫度作用對本鋼結(jié)構(gòu)工程影響較大，最不利受力位置為鋼梁中部，最大組 合應(yīng)力為 197N mm2。 由于鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，且本工 程又為 6 度抗震設(shè)防，地震力作用不大，對鋼梁不起 控制作用，最大撓度 33mm，滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形容許值的要求。26荷載 序 房間標(biāo)準(zhǔn)值 號 用途（kN m2）荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN m2）1手術(shù)室 3.02口腔 4.03血庫 5.04產(chǎn)房 3.05消毒室 6.

12、06X 光室 4.07DSA5.08CT5.09MRI6.010 制氧機房 10.02013 年 3 月 第 3 期廣東土木與建筑MAR 2013 No3防輻射結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計根據(jù)電離輻射防護與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)用電子加速器放射衛(wèi)生防護標(biāo)準(zhǔn) 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 后裝、模擬定位、CT、MRI、DSA 及 X 光室醫(yī)療設(shè)備房 間均需要考慮防輻射要求。 本工程有防輻射要求的醫(yī) 療用房底板及頂板均采用 300mm 厚混凝土板，墻體 采用實心磚墻作為圍護結(jié)構(gòu)；墻體采用 240mm 的磚 墻實心磚墻作為圍護結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是施工簡單，墻體 厚度不宜過薄，否則很難滿足防護要求，根據(jù)環(huán)保局 及衛(wèi)生廳監(jiān)督局輻射防護機房的

13、驗收標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)不能 滿足要求時，要通過鋪加鉛板或涂刷含鋇砂漿來提 高防輻射能力。 缺點是墻體的砌筑受砂漿及砌塊質(zhì) 量的影響，也與工人的砌筑水平有關(guān)，當(dāng)驗收不滿足 要求時，需要增加鉛板，增加造價。求施工縫間混凝土一次澆搗完成，不得在墻體內(nèi)留任何豎向施工縫。3.3高壓氧艙艙位平臺結(jié)合安裝工藝設(shè)計高壓氧艙如圖 4，設(shè)備重量約 22.5t（整艙重量）， 氧艙尺寸規(guī)格約 3.0m （W）×11.5m （L）×3.2m （H）， 高 壓氧艙平臺 11m×3.2m。 由于設(shè)備進場較晚，土建已 完工，無法按常規(guī)方法進行整體安裝施工，經(jīng)過與設(shè) 備廠家反復(fù)論證，采用推進式安裝方式。3.

14、520t 承重20t 承重高壓氧艙500500500±0.00-0.971450-2.502000250038253825直線加速器室的設(shè)計本工程直線加速器室布置在綜合醫(yī)技樓的地下1 層，如圖 3 所示。 為滿足防輻射要求，直線加速器 室墻體及頂板厚度為 1.3m，局部要求為 2.5m，屬大 體積混凝土結(jié)構(gòu)。 由于混凝土中水泥的水化作用是 放熱反應(yīng)，大體積混凝土自身又具有一定的保溫性 能，其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內(nèi)產(chǎn)3.4圖 4高壓氧艙示意圖 保證樓面梁板受力均衡，穿高壓氧艙首層梁板時，架空區(qū)域地面上鋪設(shè) 20mm 厚鋼板，將氧艙整 體卸車后，落于滿鋪“地老鼠”滾輪的支撐

15、上，電動葫 蘆 10t 共 2 套固定于結(jié)構(gòu)柱上牽引。用電動葫蘆與地老鼠滾輪緩緩將氧艙設(shè)備生的溫度應(yīng)力相當(dāng)復(fù)雜，容易使混凝土開裂。中采取以下防裂措施：設(shè)計托移至氧艙設(shè)備支墩一側(cè)，根據(jù)設(shè)備整個過程的推進工況，推算出平臺施工活載取值為 15kN m2。 在高壓氧艙二層結(jié)構(gòu)梁區(qū)域樓板上鉆孔，孔 徑 f 50，每處梁側(cè)共鉆孔 4 個，共設(shè)置 6 處支點吊索 抬吊氧艙。 吊索規(guī)格 f 20， 每孔穿 2 根吊索，2 層樓面 處采用 f 50 實心鋼柱穿吊索擱置于結(jié)構(gòu)梁兩端點， 確保每個吊點處的鋼柱均擱置于 3 根框架梁上。 待所有吊索及鋼柱固定好后，采用 6 個 5t 手 動葫蘆將艙體緩緩抬升，并在抬升

16、過程中將艙體逐步 就位至艙體支墩上方。 待艙體就位至支墩上方時，采用手動葫蘆將 艙體緩緩落于支墩上，即可完成艙體就位。1300130040002300280058002800230040001700120017001200800800800300800300圖 3直線加速器室平面圖 大體積混凝土澆注后水泥的水化熱很大，為降低水化熱，采用礦渣硅酸鹽水泥及強度高的骨料， 要求混凝土密度不得小于 2.40g cm3，強度等級 C30； 石子要求粒徑較大，級配良好；砂子要求采用中砂， 含水泥量小于 1。 混凝土澆注初期，齡期很短，抗拉強度很低，此時如果溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力超過混凝土極限抗 拉強度，就會

17、在混凝土表面產(chǎn)生裂縫，故應(yīng)控制混凝 土表面溫差在 20以內(nèi)，施工時布置測點進行測溫， 并保持混凝土表面潮濕的養(yǎng)護環(huán)境。 混凝土墻體沿高度設(shè)置 2 道水平施工縫，分 別位于底板以上 800mm 和頂板以下 800mm 位置，要結(jié)論4株洲市中心醫(yī)院 2008 年 9 月底動工，次年年底土建全部封頂，并于 2012 年 7 月投入使用。 在實際工程設(shè)計中，貫徹執(zhí)行 ISO 的科學(xué)管理模式，優(yōu)化設(shè)計 程序，重視項目設(shè)計全過程管理，針對項目特點進行 技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新，深入實踐解決工程問題，加強內(nèi)部 各專業(yè)，外部各單位之間的溝通配合，（下轉(zhuǎn)第 24 頁）271300790013001200120095095

18、0130079001300120012002002013 年 3 月 第 3 期賴鴻立等： 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計及其計算機輔助應(yīng)用MAR 2013 No3實現(xiàn)的抗震要求；其構(gòu)件性能評價采用 FEMA356 或ATC40 推薦的方法評價構(gòu)件的性能，如圖 3 所示，性 能狀態(tài)分 3 個階段。另外， 彈塑性分析軟件一般沒有截面抗剪驗算功能，手動提取上述剪力進行人工復(fù)核存在一定的困難，此時對于受剪截面驗算方面，則可按高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（廣東省標(biāo)準(zhǔn)報批稿）3.11條、式（3.11.3-3）以大震彈性地震力進行驗算。CBCPIOLS小結(jié)4EDIO=直接居住極限狀態(tài)LS=安全極限狀態(tài)CP=坍塌防

19、止極限狀態(tài)根據(jù) GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范和JGJ 3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的要求， 建筑結(jié)構(gòu)以“三個水準(zhǔn)”為抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不 壞、中震可修、大震不倒”。 確定了性能目標(biāo)后，根據(jù)高規(guī)表 3.11.1 即可確定抗震性能水準(zhǔn)，而不同抗 震性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力可按高規(guī)3.11.3 條 的要求進行設(shè)計。對于不同抗震性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè) 計，可采用計算機輔助技術(shù)進行相應(yīng)的計算分析：多 遇地震彈性設(shè)計、設(shè)防地震彈性設(shè)計或不屈服設(shè)計、 罕遇地震下的靜力彈塑性分析、 動力彈塑性時程分 析；并可按超筋信息、出現(xiàn)塑性假定標(biāo)示等計算結(jié)果A位移圖 3 FEMA356

20、或 ATC40 推薦的性能狀態(tài)方法 鋼材采用 FEMA356 性能狀態(tài)方法，并自定義混凝土的剛度退化對應(yīng)高規(guī)的構(gòu)件損壞程度。動力彈塑性模型計算采用 ABAQUS 時，c 程序 中構(gòu)件的損壞可以以混凝土的受壓損傷因子及鋼材的塑性應(yīng)變程度作為評定標(biāo)準(zhǔn)。鋼材可借鑒 FEMA356 標(biāo)準(zhǔn)中塑性變形程度與構(gòu)件狀態(tài)的關(guān)系，設(shè)定鋼材塑性應(yīng)變分別為屈服應(yīng)變的倍數(shù)以分別對應(yīng)輕微 損壞，輕度損傷和中度損壞。 鋼材屈服應(yīng)變近似為0.002，則上述 3 種狀態(tài)鋼材對應(yīng)的塑性應(yīng)變也為其 倍數(shù)；剪力墻混凝土單元受壓出現(xiàn)剛度退化和承載 力下降的程度通過受壓損傷因子 Dc 來描述，Dc 指 混凝土的剛度退化率，如受壓損傷因子達到 0.5，則 表示抗壓彈性模量已退化 50%。 另外，因剪力墻邊 緣單元出現(xiàn)受壓損傷后，整個剪力墻構(gòu)件的承載力 不會立即下降，故考慮剪力墻受壓損傷橫截面面積對結(jié)構(gòu)構(gòu)件狀態(tài)進行判斷，從而判別結(jié)構(gòu)設(shè)計是否達到了預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。