人民醫(yī)院病房樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論述

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摘  要 

病房樓是醫(yī)院建設(shè)中一個(gè)重要的組成部分。文章從病房樓建設(shè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)抗震設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)計(jì)算及特殊問(wèn)題的處理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)一些特殊問(wèn)題進(jìn)行論述。  關(guān)鍵詞  病房樓 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yáng)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(zhǎng)度為110m。地下1層（用于設(shè)備用房），層高4.8m。地上16層（含一層設(shè)備層），其中一至三層層高均為4.5m（用于醫(yī)技、門(mén)診、手術(shù)等），設(shè)備層層高2.7m，四至十五層層高均為3.9m（用于標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理單元）。  該工程結(jié)構(gòu)體系為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g；設(shè)計(jì)地震分組為第二組?？拐鹪O(shè)防類(lèi)別為重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)（乙類(lèi)）?？拐鸫胧┌?度抗震設(shè)防的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；抗震等級(jí)：框架一級(jí)，剪力墻一級(jí)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。建筑場(chǎng)地類(lèi)別為ⅲ類(lèi)；場(chǎng)地類(lèi)型為中軟土。地下水位埋深為自然地面3.8m～6.4m之間，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性?？垢≡O(shè)計(jì)水位為地坪以下3m。  二、地基基礎(chǔ)  （一）地質(zhì)條件  場(chǎng)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(zhì)粘土組成。地下水水位埋深3.8m～6.4m。地下水類(lèi)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(xué)性質(zhì)，將地基土劃分為6個(gè)工程地質(zhì)層，主要分布見(jiàn)表1。  （二）地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)  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(chǔ)的承載力不滿(mǎn)足荷載要求，故地基采用水泥粉煤灰碎石樁（cfg樁）來(lái)進(jìn)行地基處理。  2.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)  基礎(chǔ)采用梁板式筏形基礎(chǔ)，底板厚900mm，基礎(chǔ)反梁800mm×1800mm，地下室擋土墻厚300mm，基底標(biāo)高-6.900m。由于醫(yī)院建筑地下室設(shè)備較多，很多房間需要設(shè)計(jì)地下排水溝，故基礎(chǔ)反梁頂與地下室建筑地面預(yù)留300mm距離并用覆土填充。  地下室結(jié)構(gòu)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(nèi)設(shè)伸縮縫來(lái)解決混凝土裂縫問(wèn)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(méi)有設(shè)溫度變形縫，而是在底板設(shè)兩道伸縮后澆帶和水泥中加入微膨脹劑的辦法來(lái)解決裂縫問(wèn)題，此種做法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于的工程實(shí)踐中，并取得良好的效果。  三、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  （一）結(jié)構(gòu)選型  醫(yī)療建筑屬于重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)建筑，本工程地震作用按抗震設(shè)防7度，抗震措施按8度抗震設(shè)防進(jìn)行設(shè)計(jì)，該樓框架抗震等級(jí)為一級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。  本工程為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)（可適用于醫(yī)院建筑房間功能的變化），板厚為180mm。  （二）方案設(shè)計(jì)  由于建筑功能的需要，在建筑左右邊緣設(shè)置電梯各一部，建筑中心處設(shè)置8部電梯、兩部樓梯，中心處剪力墻較多，兩側(cè)剪力墻較少。表2、表3為本建筑周期與位移的初步計(jì)算結(jié)果。  表2中振型3的扭轉(zhuǎn)系數(shù)為0.24，小于0.5，第3振型屬平動(dòng)，不滿(mǎn)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(jié)果的原因是，本樓兩側(cè)邊緣剪力墻較少，而中間剪力墻較多，導(dǎo)致樓層剛度兩側(cè)小中心大，平面扭轉(zhuǎn)混亂。表3中的y方向最大層間位移角為1/1186滿(mǎn)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(kāi)結(jié)構(gòu)洞口，在兩側(cè)增加剪力墻，即增加樓層兩側(cè)剛度，減弱中心剛度。至于新開(kāi)的結(jié)構(gòu)洞可用填充墻封堵。表4、表5是剪力墻調(diào)整后的計(jì)算結(jié)果。  調(diào)整后，振型3的扭轉(zhuǎn)系數(shù)為0.79，大于0.5，證明第3振型為扭轉(zhuǎn)，以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)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(mǎn)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(diào)整后，y方向最大層間位移角增大為1/1064，但仍滿(mǎn)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(shè)計(jì)  (一)設(shè)備層設(shè)計(jì)  本工程三層至四層之間，即手術(shù)部與護(hù)理單元之間設(shè)有設(shè)備夾層，層高2.7m，主要用于設(shè)備專(zhuān)業(yè)管道的轉(zhuǎn)換，因此，設(shè)備層樓層的穿管，設(shè)備留洞及設(shè)備較多。設(shè)計(jì)人采用主次梁結(jié)構(gòu)，板厚120mm，洞口邊采用翻邊設(shè)計(jì)，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(lái)的損傷。  通常情況下，設(shè)備層中空調(diào)設(shè)備重量在1t～3t（廠家不同，重量也不同），基礎(chǔ)平面尺寸為2m×6m，設(shè)計(jì)人員可以取其活荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.0kn/㎡。  （二）大跨度設(shè)計(jì)  本工程裙房部分入口大廳采用大跨度結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)  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(diǎn)是鋼梁強(qiáng)度高，自重輕，受力簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是鋼梁與砼框架柱連接復(fù)雜，由于運(yùn)輸問(wèn)題，須現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接。  2.預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)  張拉形式采用比較常見(jiàn)的后張有粘結(jié)張拉，預(yù)應(yīng)力梁斷面為500 mm×1100mm，采用三束鋼絞線；預(yù)應(yīng)力錨具采用i類(lèi)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(diǎn)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(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜，包括強(qiáng)度、撓度、裂縫計(jì)算，預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算，張拉端局部承壓計(jì)算；施工復(fù)雜、周期長(zhǎng)。  3.型鋼混凝土梁  其砼梁斷面為500mm×1100mm，內(nèi)部鋼梁斷面為hn700×300×13×24，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算較為簡(jiǎn)單，撓度、裂縫控制較好，缺點(diǎn)是與型鋼梁連接的砼柱也應(yīng)為型鋼砼柱，否則不符合強(qiáng)柱弱梁的抗震原則；施工復(fù)雜，包括鋼結(jié)構(gòu)施工、梁柱節(jié)點(diǎn)連接、鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)是計(jì)算較為簡(jiǎn)單，施工方便，缺點(diǎn)是自重大，撓度、裂縫較難控制。  通過(guò)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(duì)其效果不會(huì)造成影響。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（gb50010-2010）7.1.2-1條計(jì)算得出荷載標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的最大裂縫寬度為0.18，滿(mǎn)足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.5條裂縫寬度為0.2mm的限值。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.2條及《結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》 計(jì)算得出考慮長(zhǎng)期荷載效應(yīng)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(mǎn)足《混凝土規(guī)范》3.4.3條（l0=1/400=55mm）的限值。筆者以往設(shè)計(jì)過(guò)的與此相當(dāng)?shù)幕炷链罂缍攘海度胧褂煤笠讶〉煤芎玫男Ч?  參考文獻(xiàn)  ［1］gb50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［s］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010  ［2］jgj 3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［s］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010  ［3］gb 50223-2008.建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)［s］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010  ［4］gb 50007-2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［s］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010