泰州市人民医院结构设计

2014-11-09李昌成

山西建筑 2014年1期

李昌成

(上海浚源建筑设计有限公司，上海 200001)

1 工程概况

本工程位于江苏省泰州市，一期建筑面积约20万m2，由门急诊综合楼、病房楼和配套用房组成(见图1)，其中门急诊医技楼和病房楼共用一个1层地下车库。门急诊综合楼为地上4层(局部5层)、地下1层的框架结构，建筑高度为22．9m，长142．6m，宽107．56m;病房楼为地上25层、地下1层的框架剪力墙结构，建筑高度为 98．2m，长 176．74m，宽 27．9m;门急诊综合楼下部地下车库层高为5．25m，基础埋深约为6．0m，病房楼下部地下车库层高为5．25m，基础埋深约为6．4m，地下车库周边设置防水混凝土挡土墙。病房楼和门急诊综合楼共用一个地下车库，地上病房楼和门急诊综合楼间距为23．6m，在第4层，5层设置高空连廊进行连接;门诊楼和急诊楼在地上设置抗震缝分开。病房楼和门诊楼、急诊楼均嵌固在地下室顶面。

图1 泰州市人民医院鸟瞰图

本工程结构设计使用年限50年，建筑物抗震类别属于乙类，结构安全等级为二级。根据本项目的地震安全性评价报告，抗震设防烈度为7度(0．15g)，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，场地设计特征周期:0．50 s，50年一遇基本风压:0．4 kN/m2，地面粗糙度类别为B类。结构重要性系数为1．1。

2 地基基础设计

2．1 病房楼基础设计

病房楼高约98m，采用直径1m钻孔灌注桩基础，桩长47m，桩基持力层为第⑩层粉细砂层，单桩承载力特征值为5 000 kN，总桩数为403根。根据冲切计算的筏板厚度为2．1m。在病房楼和门急诊楼之间23．6m宽的纯地下室部分需布置钢筋混凝土预制方桩作为抗拔桩。在病房楼的北面仅有上部结构4层且无地下室的柱下面，布置边长300mm钢筋混凝土预制方桩，抗压承载力特征值为1 250 kN，桩数为32根。

1)变刚度调平设计。病房楼的北面有3层高的入口大厅与主楼连接在一起，但无地下室。该部分柱无抗拔力，柱底压力较小，如和主楼一样采用直径1m的钢筋混凝土灌注桩，则没有沉降，但主楼的沉降约为140mm，在主楼和大厅的连接部分将可能产生裂缝，设置沉降后浇带也只能解决施工期间的沉降差问题。若采用独立基础，因主楼地下室开挖需降低独立基础底标高，导致独立基础上的覆土厚度过厚，独立基础太大，也不经济。本工程在此处采用预制钢筋混凝土小方桩，大部分为两桩承台或三桩承台，沉降计算值约为120mm。沉降差满足规范要求，避免了因沉降不同引起的裂缝。

2)病房楼的主楼和门急诊楼之间有三跨纯地下室而无上部结构部分，总宽度为23．6m，该部分在高水位时考虑上部的覆土重后仍需要设置抗拔桩，在低水位时抗拔桩受压，与主楼之间存在沉降差的问题。本工程将主楼的2．1m厚筏板向纯地下室部分伸一跨，在该跨中设置沉降后浇带，加强筏板的配筋。在剩余的两跨内设置800厚筏板基础并增大配筋率，在筏板下虚铺200厚焦渣垫层，以满足整体沉降时的沉降要求。

3)桩基筏板基础中的集水坑设计。桩基筏板的受力特性较复杂，且因建筑需要在筏板上设置若干集水坑及电梯井。通常集水坑设计参照国标图集11G101-3中P94页《基坑JK构造》图进行设置，这种构造的传力途径是按折板的受力形式进行配置的，但若筏板中的集水井按该图方式设置配筋则存在缺陷。当基坑的长度和宽度均很大时，其坑边的受力形式接近于折板，当坑边顶面受拉，力可以通过钢筋传递给坑底顶面的钢筋，但若基坑长宽较小时，顶面的拉力主要在基坑边的顶面钢筋里承受，而无法传至基坑底部顶面的钢筋，除非基坑顶部开裂。因此需在基坑顶面的坑四边设置暗梁，将因基坑出现而打断的钢筋在洞边进行补强。

4)大体积混凝土结构设计。病房楼下筏板厚度为2．1m，平面尺寸为179m×50m，该基础既属于大体积混凝土也属于超长结构。大体积混凝土的裂缝问题主要通过施工措施解决，本工程施工前编制专项施工预案并进行大体积混凝土温控计算，配置抗裂钢筋网片。材料上经过试配确定采用低水化热低碱水泥，掺入适量粉煤灰和缓凝型外加剂，控制水泥用量。在施工中采取措施降低混凝土内部温度，采取分层连续浇捣、分层设置水平施工缝、二次浇捣工艺等措施。减小后浇带的设置间距并采用跳仓法施工。

2．2 门急诊医技楼基础设计

门急诊医技楼采用天然地基，基础持力层为③层粉砂层，承载力特征值为150 kPa。基础底板采用平板式筏基，筏板厚度为800mm，柱底因抗冲切设置柱墩，柱墩厚度为1．2m，柱墩平面尺寸为3．4m×3．4m。基础计算采用PKPM中JCCAD软件进行计算。基床系数根据沉降计算结果取为2 400。基底反力根据计算，基本均匀。

采用平板式筏基的好处是:

1)相对于采用柱下独立基础，筏板基础的地基承载力可以修正，修正后的承载力特征值较高。采用独立基础加止水板时，承载力不能深度修正，独立基础的底面积会很大，基础的截面也会很高，不经济。

2)基础底面标高为－6．35m，最高水位在室外地面以下0．5m处，考虑最大水浮力时，底板反力已接近于上部结构荷载，采用筏板基础时既能满足水浮力的要求也能部分满足上部荷载要求，相对于桩基础及柱下独立基础将水浮力和上部荷载分开来考虑较经济。

3)平板式筏基加柱墩的形式与筏板加基础梁的基础形式比较:因底板厚自重大，因此能满足无上部结构填充墙及活荷载时的抗浮要求，避免大面积的打抗拔桩，只在局部上部结构开大洞等内部庭院附近柱下打少量抗拔桩，加快施工进度。施工时只需要开挖出平整的基础底面及部分矩形的柱墩，而如果施工基础梁，会开挖出大量条形的基础梁地坑，且需在坑内绑扎基础梁的箍筋和纵筋，施工难度较大，速度较慢。

3 上部结构设计

病房楼建筑高度接近100 m，采用框架剪力墙结构体系，在楼电梯间及其他不影响建筑使用的填充墙及窗间墙内布置钢筋混凝土剪力墙。因病房楼内填充墙数量较多，每层的质量较一般框架剪力墙结构的办公楼大，因此竖向构件混凝土采用高强混凝土，混凝土强度等级由下至上为 C60，C50，C40。底层柱截面为1．1 m ×1．1 m，在最顶层柱截面为0．7 m×0．7 m。底部剪力墙厚度为400mm，至顶部逐渐减为250 mm。框架梁截面尺寸为400×800，次梁截面主要为250×700。梁尽量布置在填充墙内部，保证在病房内不露梁。楼板厚度一般为110 mm。梁板均采用C30混凝土。

门诊楼的平面尺寸为142m×53m、高度为18 m，医技楼的平面尺寸为142m×56m、高度为22m。门诊楼采用框架结构，医技楼因内部设有较多荷载较大的实验室、CT、核磁共振等房间，需要采用框架剪力墙结构才能满足抗震位移的要求，若采用框架结构则梁柱的截面都很大，影响建筑的使用空间。因建筑使用的要求，在建筑平面上设置了很多大尺寸的建筑中庭，在结构设计中加大中庭边梁截面尺寸和构造配筋率，并加厚中庭边一个柱跨内楼板的厚度和配筋率，模型计算中采用弹性楼板，模拟地震中的实际情况。

门诊楼和医技楼的长度约为150 m，为超长结构。在结构设计中设置后浇带，并采用SLABcad进行温度应力计算，配置温度钢筋。楼板采用双层双向配筋，钢筋的间距不大于150 mm，在房屋的端头钢筋间距不大于100 mm。

在医技楼和病房楼的4层采用高空架空连廊相连接，连廊宽度为4m，跨度为26m，采用钢结构。在病房楼和医技楼上伸出钢牛腿支撑架空连廊，在医技楼一侧采用固定支座进行刚接，在病房楼一侧橡胶滑动支座进行滑动连接，以满足地震中病房楼和医技楼互相不受影响。同时也在连廊和病房楼之间预留足够空间，保证在大震中连廊与病房楼不会相互撞击。在病房楼挑出牛腿上做槽型设计，保证在大震中连廊不会侧向滑落。