医疗建筑结构设计探析

袁 强

(上海励翔建筑设计事务所，上海 200122)

这两年来，根据国家十二五规划中提到的增加财政投入，加快医疗卫生事业发展的要求，国内医疗建筑的发展迎来了新局面，一大批新建扩建项目上马展开，本文根据笔者参与过的多个医院设计的工程实例，对医疗建筑(乙类)结构设计中常见的部分问题进行分析探讨。

根据国务院令323号及《中华人民共和国防震减灾法》，在开展设计工作前，设计人员应及时提醒业主方及早确定是否要进行地震安全性评价。在结构设计方面，因安评提供的地震参数可能与规范提供参数有很大差异，笔者曾有多个项目在安评过后整体地震参数提高了1度，故结构设计工作宜在安评报告完成后展开。

在设计开始阶段，应明确建筑抗震设防类别及抗震等级。GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准中有如下规定:

1)三级医院中承担特别重要医疗任务的门诊、医技、住院用房，抗震设防类别应划为特殊设防类。

2)二、三级医院的门诊、医技、住院用房，具有外科手术室或急诊科的乡镇卫生院的医疗用房，县级及以上急救中心的指挥、通信、运输系统的重要建筑，县级及以上的独立采供血机构的建筑，抗震设防类别应划为重点设防类。

3)工矿企业的医疗建筑，可比照城市的医疗建筑示例确定其抗震设防类别。由此可见一般情况下医疗建筑可定性为乙类。

根据GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准规定3.0.3条，JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程规定3.9.1条，GB 50011-2010建筑抗震设计规范规定3.3.2条相关规定，可以确定乙类建筑应按高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施;当建筑场地类别为Ⅰ类时，乙类建筑允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。此处须着重指出的一点是，规范要求提高的是抗震措施而非地震力(地震烈度)。规范如此规定的原因在于一方面我国经济虽然高速发展，但是总体国力仍有待加强，整体财力有限;另一方面可持续发展的观念越来越被大家认可和提倡，合理投入，避免浪费成为设计的重要准则，故我国目前建筑设计中着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上，而非片面的通过增大投入来全面增加各构件的材料强度，其本质就是在确保结构安全性的前提下，充分考虑经济性，通过较少的投入获得较大的成果。经过这些年的工程实践检验，此方法是正确的，也是切实可行的。

明确了这一点，就能够正确的确定建筑物的抗震等级及相关设计参数。笔者最近完成的某工程为河南省某县级市医院新建门诊医技楼，建筑使用年限50年，框架结构，建筑单体大屋面高度21 m～25 m，地上5层(局部4层)，地下1层，总建筑面积约58 000 m2，地上部分通过设缝分成3部分，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，场地类别Ⅱ类，设计地震分组第一组。根据前述原则，确定其地震力不变，根据其8度抗震设防烈度确定水平地震力影响系数最大值0.16，其抗震等级按提高1度确定，即按9度确定为一级，分缝后建筑总高度24 m以上的单体，因9度区高规无24 m以上框架部分规定，根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范规定6.1.3条确定其抗震等级仍为一级，但抗震构造措施按特一级采用。考虑到本项目医疗建筑的重要性(三级医院，面积较大)，其结构安全等级取一级，即结构重要性系数取1.1。在建模设计中，考虑医疗建筑平面布局具有多变性，不规则性的特点，设计时宜优先采用轻质隔墙，其主要有以下3大优点:1)轻质墙体自重轻，既可减少建筑物自重，同时又降低地震力;2)轻质隔墙因自身刚度小，对结构刚度贡献较小，计算时周期折减可适当提高，从而减小地震力;3)轻质隔墙建筑上可以布局灵活，结构设计可把隔墙折算成楼面附加活荷载，不必梁下布墙，而是根据跨度采取十字梁或井字梁，从而方便梁板设计。除轻质隔墙外，医疗建筑中有两类墙体应特别考虑:第一种为各类机房四周墙体，因医院对噪声要求较高，此部分墙体一般为多孔砖外设吸声材料，其墙身自重较大，宜在墙下布梁，墙体按线荷载输入进行设计;第二类为防辐射墙体，此部分墙体于放射区(CT室，MRI室，PET室等等)，其墙体主要有两种做法，第一种为实心砖墙+防辐射面层:墙体厚度200～300;其厚度视防辐射面层材料(常用面层做法有硫酸钡面层、铅板等)优劣而定，第二种为混凝土墙，墙体厚度300 mm。工程中宜优先采用第一种做法，此做法对结构设计无特殊要求，设计中仅需墙下布梁，充分考虑墙体荷载即可。墙体荷载初设中可按6 kN/m(240墙厚)考虑，施工图设计中须根据实际做法确定荷载。当采用第二种做法时，如不在结构模型中体现此部分墙体，则应采取相应的构造措施如降低墙体配筋率，弱化混凝土墙体与框架柱梁的连接节点等措施，减少防辐射墙在结构整体受力中的参与度，否则宜在模型中加入此部分墙体。医疗建筑的一般楼面活荷载取值可参考12G 112-1建筑结构设计常用数据(钢筋混凝土结构、砌体结构、地基基础)，另有部分有较大设备的房间如MRI，DR等宜根据厂商资料进行计算，初步设计时可按8 kN/m2估算。

在施工图设计中，由于乙类建筑抗震等级的提高，其抗震等级常为一级，规范一方面对结构内力有较大调整，另一方面也有较多条文规定了构件的构造要求，在结构计算及绘图工作中，需要仔细核对。根据笔者的经验，在实际工程常会碰到以下3个问题:

1)框架梁梁底钢筋不足。根据抗规6.3.3的规定，框架梁梁底钢筋不应小于梁面钢筋的一半。在实际工程中，由于框架梁梁高受限或长短跨处梁截面变化处，为满足配角及裂缝要求，框架梁梁面钢筋会有较大放大，容易出现梁底钢筋不满足的情况，设计时应特别注意底筋放大;2)短柱问题。根据抗规6.3.9规定，剪跨比不大于2的柱箍筋应全长加密，且体积配箍率不应小于1.2%。剪跨比不大于2的情况容易在高烈度区(为满足刚度要求柱截面较大)或楼面有较大错层时(楼层净高减小)发生，设计时应仔细核对、剪跨比可采用柱截面小于层高减去梁高后除以4估算;3)墙体超筋。在高烈度区的框剪及剪力墙结构计算中底层墙柱构件经常会碰到超筋现象，而受限于建筑要求结构构件又无法放大，此时就可以采取组合墙配筋解决此问题。目前SATWE程序在进行墙肢计算时是将剪力墙分为一个个单片墙计算，而未考虑相连墙柱作用，组合墙配筋则是通过选取剪力墙组合进行整体配筋计算，综合考虑相连的剪力墙或柱之间钢筋的相互贡献，故采取组合墙配筋可大幅降低墙体配筋。

以上便是笔者根据自身工程经验并结合规范相关要求对医疗建筑结构设计的一些看法和建议。言而总之，在正确理解规范相关要求的前提下，设计人员应当充分合理的利用各类结构设计方式，这样既能提供设计工作的工作效率，又能有效的降低建筑物的造价，从而完成出一个较好的建筑作品。

［1］GB 50223-2008，建筑工程抗震设防分类标准［S］.

［2］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［3］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［4］袁文章.浅谈现代医院建筑的结构设计［J］.中国医院建筑与装备，2010(2)：33-34.

［5］曹 前.医疗建筑中的结构设计分析［J］.城市建筑理论研究，2012(17)：41-42.