医院建筑结构设计要点及探讨

2021-11-24李戍中

中国房地产业·中旬 2021年9期

【摘要】本文件旨在分析医疗建筑的设计，主要基于满足设计安全要求的假设，并与相关专业人员讨论综合医院建筑项目。本文分析了医院建筑设计中的重点和难点，总结了荷载取值、结构体系施工、基础施工、抗震设计和楼层施工，并对设计要点进行了区分。

【关键词】医院建设；结构设计；基础设计；抗震设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.046

医院作为重要的公共建筑，有其特定的功能要求。为了提供医疗和护理服务，以拯救生命和治疗受伤者为主要目标，医院建筑应满足治疗流程、医疗设备、空间使用、功能设计等要求。建筑结构由不同的建筑构件（梁、板、柱、横墙等）组成，能够执行各种机械功能的系统是为了确保安全施工。本文结合医疗楼工程，分析了其设计要求并讨论了需要强调的要点。

1、医院建筑结构发展趋势

1.1 医院建筑结构特点

（1）医院大楼按功能主要分为门诊楼、医疗楼和住院楼。门诊楼与医疗楼建筑功能不同，设计复杂，人员密集，通常设计为多层建筑。住院楼建筑功能相对单一，通常被设计成高层建筑。

（2）回廊建筑的设计和医疗技术的建筑通常形状不规则，并且经常有缝隙大开口、大距离、大绕组等。然而，由于它是多层结构，很少涉及过渡。

（3）住院楼最常见的表面为锯齿形表面，该表面通常窄而长；或将多个胶带层连接到Y形、L形和其他。医院大楼的高层很少有转移、更换、折叠地板等复杂的高档情况。因此，目前医院项目没有超过此限度。

（4）医院方案通常结合不同的功能部分、常见的组合是医技+门诊楼或医技+住院楼。第二座建筑是一座塔，这个项目通常是垂直滚动的，并且远距离是大的。

（5）对于多层建筑，如门诊楼和医疗技术楼，通常在入口和顶层设计大型帐篷透明玻璃天花板，这些通常是钢结构。高增长的医院建筑通常是屋顶设计高钢框架，并悬挂医院标志。医院和后勤服务大楼通常设计为一层或两层相互连接的楼层，走廊由钢筋混凝土或钢结构组成，下雨时可以进入。

（6）固定建筑的高度通常在60米到100米之间，很少超过100米。80米是最常见的。

1.2 医院建筑结构可操作性

（1）门诊楼、医技楼等附属建筑基本采用钢筋混凝土框架结构。

（2）住院楼通常采用剪力墙设计，剪力墙放置在电梯的楼梯上。由于平面长度较窄，且受建筑物限制，只能设置墙或圆柱体将其放置在平面两端的拐角处，以获得位移。

（3）基板系统基本上采用主光束和次光束系统。根据格栅的大小，两侧板的基本和次级光系统或板的单向光系统。单个宽排列，两个方向在类似范围的情况下，应使用多功能地板。固定式建筑對梁高度以及有许多扁梁。鉴于医院对振动和隔音的特殊要求，地板厚度必须至少为120毫米。

（4）基础工程，包括门诊楼、医疗技术建设等，视各项目情况而定。由于副厂房为多层，主要采用独立基础和防水砖，部分也采用管道围护结构。固定建筑采用烟囱或筏板基座的基础。如果多层建筑和高层建筑之间存在相位，对于大型底盘（地下室）组合，高增长使用深基础，多层使用天然基础，基础和地下部分用浇铸胶带隔开，离开地板后，应通过接缝隔开。通过分离底部的地脚螺栓来均匀地松开。

2、医院建筑结构设计的影响

2.1 环境因素

外力因素：

影响建筑物的外力称为荷载，荷载的作用范围和作用方式是设计和设计选择的重要依据，决定了荷载的大小、构件的形状、比例和材料与建筑结构密切相关，构件的材料选择、尺寸和形状与建筑结构密切相关。结构体系建设必须考虑外力的影响。

自然因素：

自然界的风、冰、雨、雪、冷、热、冷、热温度变化和太阳热辐射是影响建筑质量和可持续性的重要因素。在设计建筑结构时，应根据影响的性质和程度，对建筑的相关部分采取适当措施，如防潮、防水、保温、隔热、变形附着等。

人为因素：

当人们从事生产和生活活动时，往往会对建筑物产生有害影响，如机械振动和化学腐蚀、爆炸、灾害、噪声等。因此在建筑设计中，要做到防震、防腐、防火、隔音和其他适当的结构措施。

2.2 建筑结构的景观

综合医院在我国占据主导地位，集诊疗、研究、康复和其他服务是一体化的，因此针对不同的功能，我们需要做的是改进它的使用属性，以及在某些交叉属性的空间中，应实现更大的强度兼容性。

综合医院的服务人口庞大而复杂，患者及其家属，不论年龄、文化、病理甚至经济水平都是不同的，病人的心理状态影响着他们。患者对于医疗环境的要求变得比普通人更加敏感和情绪化，因此，美丽的景观环境可以为家人和患者提供一个好的交流场所，可以在一定程度上缓解患者及其家属在治疗期间的紧张和焦虑。此外，医务人员是使用医疗建筑最多的人，由于每天都有大量患者就诊，医生的工作压力也在增加。因此，在医疗水平和设备的范围内，通过现场有必要使环境适应心理水平。医疗场所可以根据不同的物体巧妙地分开，在医生和病人之间分配娱乐空间，提高医生和病人的沟通质量。

2.3 建筑结构设计要点的人性化

人性是人与动物的共同特征，包括人与社会的自然特征。医院的设计方案是根据人类的特殊特征来考虑患者，并根据职工的需要，按照以人为本的命运，开展医院建筑工程，最大限度地满足医疗工作的需要，建立以人为本的医疗体系，温暖舒适的诊疗条件使医疗环境与医疗功能相适应。

医务人员：在医务人员的基础上，对医务人员进行培训，提供舒适的工作场所和足够的交流、学习和休息空间，确保医务人员工作气氛的稳定，减少焦虑和疲劳，使医务人员、护士保持良好的工作态度。说到工作、休息的地方应该是相对独立的，不仅安静舒适，而且光线充足明亮，与工作区域密切相关，随时能解决工作中的问题。特别是人性化原则不适用，它不仅适用于临床工作，也适用于行政后勤，这一点不容忽视。医院后勤人员的工作环境，通过一个仔细的项目，不仅给了他们合作适当的工作空间，还要设计合理的物流通道，方便医疗物资的运输，确保临床工作的顺利进行。

对于患者而言，它满足了患者及其家属的需求，并降低了他们的成本，在就医过程中应避免一切不适因素，使功能管理清晰，路径清晰简单透明的流程。根据不同的服务设施（门诊、医院和医院）（1）建筑设计系统的人性化：应注意理顺医院内患者的功能分布和优化医院的治疗过程，便于患者就医；（2）大厅和大厅的结构人性化：应充分考虑照明和通风需求，为患者提供舒适感，同时，应保障患者的隐私。现代医院设计支持集中候诊，单次就诊模式采用单医生-患者模式，为患者提供交流的场所，并使患者得到独特的医疗护理，保护患者的隐私、病房。两张床之间应放置一块布帘。（3）标志和指示系统的人性化：清晰、安全，对这样进医院的员工可以自己看，可以使用现代信息技术，例如作为辅助系统的电子LED屏幕和公共广播系统；（4）细节人性化：在公立医院区域创建咖啡馆和餐厅，确保舒适的休息和住宿；增加银行数量、美食、商业、娱乐、健康和其他设施。

人性化治疗：目前为方便患者治疗，减少患者就诊时间，许多医院采用“一站式服务”管理并通过实践，它是真正方便病人，在该区域完成注册、治疗、付款和一般检查，然后去药房取药、离开医院，完成诊断和治疗过程。

3、峨眉山精神病医院建筑结构设计要点及案例分析

医院建筑结构设计要点及方案：

本工程位于四川省峨眉山市桂花镇。

规划建设净用地面积：100000.89m2

设计使用年限：50年。

建筑结构安全等级：一级。

建筑抗震设防分类：重点设防类。

地基基础设计等级：乙级

抗震等级：剪力墙抗震等级为一级；框架抗震等级二级（A区局部区域为一级）。

纯地下室部分框架结构抗震等级为三级（主楼相邻跨内抗震等级同主楼）。

人防抗力级别：无人防。如下表1。

地下室的防水等级：二级。

本工程建筑物的耐火等级为一级。

结构构件耐火极限：柱3.0h；梁2.0h；板、楼梯、屋顶承重构件1.5h。

本工程包含子项有“人民医院”、“体检中心”、“人民医院行政科研综合楼”、“感染科楼”、“后勤楼”、“洗浆房”、“垃圾用房”、“氧气汇流排间”。

本工程采用的结构体系有“钢筋混凝土框架结构体系”、“钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系”。

基础形式：采用柱下独立基础及平板式筏形基础

4、医院建筑结构设计要点

4.1 荷载取值

医院复杂的医疗过程需要不同的功能室，由于不同的过程和功能，仪器设备的显示会有所不同，因此，医院建筑的荷载取值是独特的。由于中国《建筑结构荷载規范》对医院建筑荷载值的规定不完善，因此笔者结合《全国民用建筑工程设计技术措施》以及实际工程和设备厂家的经验，给出一般医技房间的活荷载取值仅供相关医疗建筑设计人员参考。强调上述荷载取值是根据我国当前经济和技术状况确定的结构安全性而确定的。建筑活荷载的大小和组合直接影响到建筑的安全性和耐久性。建筑现行荷载规范的荷载水平普遍低于国外规范的要求。作为医院建筑，在发生地震、火灾或其他紧急情况时，人群会盲目跟随人流，短时间内聚集的人流会流入公共通道，导致公共通道的活载量迅速增加，明显高于规范规定的2.5km/m2。在这种情况下，梁和公共过道的内力应显著增加，裂缝的偏差和宽度可能会超过规范。此外，考虑到紧急情况，额外荷载对结构安全性和耐久性的影响，外国立法中的活荷载通常为5km/m2。因此，建议门诊服务和医疗技术的医院楼梯不得小于3，5km/m2。在设计梁、板、墙、柱和基础时，可根据荷载规范的要求降低医院和办公楼的活荷载，在门诊楼和医院医疗技术建设完成后，可显著改变各功能区的系统，显著增加当地的活荷载，这使得很难加固。因此，在设计楼板梁、墙、柱和基础时，不建议降低回廊建筑的生活负担，并建立医院医疗技术，为未来功能的变化做好准备。此外，医疗楼电梯的建设也必须立足于现状。现有规范不能简单应用，而是根据设备制造商提供的参数进行审查，如货运电梯、客运电梯和医疗电梯。考虑到医院未来的可持续发展，位于建筑中心的机电设备室和大型医疗设备室附近的区域，应考虑后期扩建的可能性，并提高活货物的价值。随着医院规模的发展和扩大，机电设备的容量和数量以及医疗设备的数量将会增加，由于医院建筑的特殊性，与医疗流程相对应的建筑功能系统通常不适合进行重大改变。最好将以下机电设备和医疗设备放置在原始位置附近。因此，高负荷房间周围的区域必须根据设备的负荷面积进行设计，并考虑设备延伸的可能性。

4.2 结构体系

医院建筑通常采用钢框架结构或混合结构。网络柱的合适尺寸范围为8.1～8.4m，主梁尺寸通常为0.3mx0.6m，次梁尺寸通常为0.25mx0.5m。该设计尺寸不仅能有效提供回廊、医院和医疗空间，还能有效控制土地工程成本，一个合理、经济的停车位。详细信息如下：

（1）门诊楼、医技楼等附属建筑多为多层建筑，结构多采用钢筋混凝土框架体系；

（2）固定式建筑通常为高层建筑，通常采用剪力墙体施工，剪力墙通常分布在电梯间和楼梯间空间，由于平面狭长以及建筑本身的限制，圆柱体或剪力墙只能定位在平面两端的拐角处，造成位移；

（3）在楼板施工系统中，钢框架的一部分通常接收复杂的楼板，简化的混凝土表面包括由钢筋混凝土制成的混凝土板。应采用双向拖网梁系统或一次和二次单向拖网梁系统。在梁高较宽或有限的情况下，应使用多向基底。这个问题可以通过创建扁梁来解决。医院设计还必须考虑振动和隔音因素，并且一定数量的管道将放置在一块板中，因此地板的总厚度至少为120mm。

4.3 基础设计

门诊楼和医技楼包括其他辅助用房，因为它们是多层结构，所以通常使用独立基础和防水板，有些还使用堆叠的管道。固定建筑接受堆叠基础或筏式基础。如果有多层和高层建筑连接到地下室，高层建筑通常采用深基础，多层建筑采用天然基础，地下部分用管道胶带隔开，并在离开现场后使用水池。应通过均匀定位防洪烟囱底部进行防洪处理。

4.4 抗震设计

4.4.1抗震单元的划分

一般来说，根据医疗建筑的设计流程，回廊、医疗技术和固定建筑是相对独立的独立建筑。因此，本工程通常将该功能区作为结构抗震单元，在医疗结构楼的施工中，通常采用以下解决方案来解决超长结构中无接缝或接缝较少的问题：

（1）改进结构，提高地板厚度和强度等参数；

（2）考虑到后浇带和膨胀带的使用，根据成品構件温度变化对混凝土应力影响的分析结果，应采取措施加固应力较高的区域；

（3）向混凝土中添加膨胀剂等化学添加剂，以弥补混凝土收缩带来的缝隙；

（4）采用无黏结压力技术抵抗温度应力，这些解决方案在施工中后期取得了良好的效果。

4.4.2抗震设计

由于医院建筑在震中、震后的防灾减灾中起着不可或缺的作用，是一项救援工程，在住房和农村建设部颁布的《工程抗震设防标准分类》（GB50223-2008）中，医院分为主要防御工事和特殊防御工事。根据地震峰值加速度的不同，项目有所不同：如果峰值加速度的地震范围小于0.2g，则采用增加横截面的方法，框架柱和其他横截面构件；9313当本地顶部加速器为8888050.0.3g时，该方案仅增加构件截面尺寸并不经济，可使用降低振动和隔离的方法来降低成本。针对“小震不坏，中震固定，大震不倒”的问题。设计目标是计算小地震柔性计算后的柔性变形。在特定结构的计算和分析中，SATWE（2017版）、PMS（2017版）并利用其他空间结构分析计算软件对成品构件的空间分析模型进行比较分析；推送；DEPDA（2017）分析软件用于分析罕遇地震时的弹性动力时程。在性能方面，根据“强柱弱梁、强刀弱弯”的设计原则，设计目标是增加构件的垂直导电性。由于地震，梁悬挂被用来尽可能地吸收地震能量。一种具体的方法是限制轴柱的压缩系数和轴连接梁柱的压实度，合理设计剪力墙结构的边缘构件，增强其抵抗和吸收地震能量的能力，合理选择连梁的尺寸，使连梁在地震中能消耗大量的地震能量。

4.5 楼板结构设计

由于医院建筑的不同功能和科室的荷载，房间的设计不应统一，医院主体结构完成后，每个房间的功能经常发生变化，因此结构设计师有义务在项目中充分考虑这一情况。设计楼层可以用厚板建造，以减少不必要的二次捆束，避免承载力不足；其次，在设计楼层钢筋时，钢筋不应太低，这不适合采用柔性塑性算法的设计。由于医院是一座公共建筑，如果地板裂缝或变形过大，患者和工作人员会感到恐慌，这不利于患者康复和医疗工作的发展；第三，医院内有很多医疗设施，板块上有很多洞。鉴于医疗工艺设计的不断深化，楼板浇筑完成后，可能会在楼板上开孔，对楼板的承载力造成重大破坏。因此，施工人员应考虑这些因素，通过集中板材和集中加固来解决。医疗建筑不同于一般建筑，医疗建筑有不同的医疗流程、设备和流程。

由于其特殊性，大量使用的掉落瓷砖对地板设计有特殊要求。

（1）口腔科：口腔科的医疗设备需要特殊的脱水和结构倾斜设计，因此在设计中通常预留300mm的总落板以满足使用要求。

（2）洁净室：如医院病房等有一定清洁要求的房间，如果房间上方有卫生间，总底板为600mm，与排水管完全分离。

（3）大型房间医疗设备：CT、ect、Dr、DSA等房间需要专用管道维修设备，地面必须减少300mm，MRI房间必须减少450mm；由于设备较重，设备区域应填充常规混凝土，缺少设备的区域应填充轻质混凝土。

（4）卫生间：在医疗建筑中，座椅类型、小马类型和卫生间都是无障碍的。一般来说，为了满足使用要求，必须确保落座式板为50mm，落座式板为350～400mm，无跛行和障碍。

结论：

综上所述，医疗建筑作为一项复杂的生活工程，必须在进行设计时与设备制造商确定实际医疗器械荷载；根据医疗建筑的特点选择结构体系，完成主体工程通过抗震施工和地面硬化结构设计，确保地震和其他灾害后医院主体结构的安全。

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