基于雷神山火神山医院修建的突发应急公共建筑体优化

新冠病毒的爆發对应急建筑的修建提出了新的要求。怎么能在保证质量的情况下以最快的速度完成建筑施工，结合武汉雷神山火神山医院修建的特点和经验，对突发应急公共建筑的搭建方法进行了深入的探索与论证。

施工; 突发应急公共建筑; 经验; 优化

TU318.2 A

［定稿日期］2022-12-05

［作者简介］徐渊（1982—），男，硕士，高级工程师，研究方向为土木工程。

新型冠状病毒的爆发对建筑行业的冲击是巨大的，人们第一次在电视里每天观看一个建筑现场的实际施工情况。在最初的10天内完成了火神山医院的施工工作，而后的雷神山施工现场的场景一直在中央电视台的屏幕上全天候播出着。大家对施工的速度有了新的认知和感受。中国建筑第三工程的同志们对全国人民的盼望也作出了满意的答复，短短的一个月就完成了相关的所有施工项目，让一个超大规模的方舱医院出现在世人的眼里，完成了中国对速度的承诺。但这个建筑的效率是否还可以进一步提高呢？本文对设计、施工、安装等多方面以本次作业为范本提出了一些可行的建议。

1 优化应急建筑的基本结构形式

雷神山和火神山医院在现场施工中采用拼接方式完成了集装箱箱体的连接。连接方式仍采用传统的钢结构施工方式的焊接连接和螺栓连接（图1）。但这种施工方式速率较低，而且施工所需条件较复杂，对后期施工速率的提高，有较大的障碍。

由于钢材特性是高强轻质性能好且施工简便，因而救援工业厂房、应急医院及其他应急建筑等均是钢结构［1］。在钢结构建筑中，其构件或者部件之间一般采用铆接、焊接和螺栓连接等连接方式进行连接，上述的传统连接工艺方法通常需要在构件连接处开洞、钻孔或是焊接等，而这些措施在一定程度上会造成现场施工速度下降，结构本体损伤，影响结构受力完整性，加之开洞或焊接处往往是应力集中处，连接的部位也就是整个结构体的受力薄弱处，这无论对于锚固栓钉还是焊缝的现场施工难度有较高的强度和变形能力要求，对工人的现场安装熟练程度有苛刻的要求，稍微处理不好就会造成构件脱节甚至结构破坏。

在连接方式上，上述常用的钢结构3种连接方式受施工人员的连接技术水平和施工现场环境影响较大，构件连接质量难以准确控制，对于复杂钢构件连接及应急工程高速作业环境时，工程质量就更难以保证，势必影响结构安全和使用功能。除上述问题外，目前国家正在大力推行应急工程作业中的装配式建筑并发展建筑工业化以改善环境并控制能耗，这就要求未来的应急响应施工现场要尽量避免出现高能耗、高环境污染、低速率连接施工方式，对于现场作业中出现的开洞、钻孔、焊接、栓接等传统钢构件连接方式和施工工艺需要进行调整和改进。

因此，提出使用中国古建筑中常使用的榫卯连接方式（图2）作为应急工程的钢结构和集装箱部件的主要连接方式。钢结构榫卯连接件，其结构特征在于：

（1）包括榫头①、榫槽②2个钢接头主要连接部件。所述榫头与榫槽（形成工字卯头和T型卡槽，两者之间位严密卡合在一起，形成有限的承力整体，所述榫头与榫槽还通过固定螺栓⑦进行辅助功能锚固；此外，所述榫头和榫槽在卡合前分别与图2中集装箱钢构件上箱体立柱⑧和上箱体立柱⑨连接。

上述的榫槽采用T型钢滑槽结构，榫头为工字型骨架钢结构，在现场施工安装的过程中T型钢滑槽和工字型钢结构之间可采用集装箱体边部侧推位移安装的榫卯方式，使各个集装箱体的骨架紧密结合在一起。

（2）根据集装箱体钢结构的上下箱体的连接形式，榫卯连接件中的关键特征是：所述榫槽②设为配合工字型榫头①尺寸大小，其长宽略微大于榫头（约0.5～1 mm）。榫头卡入榫槽②后采用侧边加劲板的形式，使榫头不滑出的底部封闭的T型榫槽，且工字型榫头与T型滑槽尺寸相配、连接位置严丝合缝。

（3）根据集装箱体钢结构的左右箱体的连接形式，榫卯连接件中的关键特征是：所述工字型钢榫头①上翼板的边缘两侧沿板厚方向分别设有横向凹槽；所述T型钢榫槽②连接翼缘边部两侧沿腹板高度方向分别设有凸头；当工字型钢榫头①和T型钢榫槽②卡紧后，连接处翼缘两侧的凸凹部位正好可以完全契合。

（4）根据集装箱体钢结构的前后箱体的连接形式，榫卯连接件中的关键特征是：所述榫槽凹槽设为凹梯形楔槽③，沿工字型榫头①上翼缘两侧的腹板高方向位置分别左右对称设置；所述工字型钢榫头凸头设为凸梯形楔头④，沿T型钢榫槽②翼缘两侧的高度方向分别对称设置；当榫头①和榫槽②对接完成以后，连接处翼缘两侧的凹梯形楔槽③和凸梯形楔头④正好可以完全重合在一起。

（5）根据集装箱体钢结构的连接面位置的外形，榫卯连接件中的关键特征是：所述榫头①和榫槽②连接面部位分别设有带孔的榫立耳⑤和带孔卯立耳⑥，所述带孔榫耳板⑤和带孔卯耳板⑥分别位于榫卯结合面的两边且通过螺栓⑦辅助固定锚固。

（6）根据集装箱体钢结构的钢龙骨框架结构的结构外形形式，榫卯连接件中的关键特征是：所述榫头龙骨骨架和榫槽龙骨骨架在连接前分别可以在工厂制造过程中焊接于集装箱体骨架的钢构件一⑧和钢构件二⑨上。

工厂加工时的集装箱体骨架安装形式如图3所示，可以在钢结构制造厂商处完成。现场的连接，可以大大减少承重结构体系螺栓连接和焊接的现场安装时间，进一步加快完成施工现场作业。

此种连接方式于2017年河海大学的开发团队的已作过相应的力学和结构测试。从结构的的可靠性上是可以满足应急公共建筑的承力要求。并且锚固件的制造方便，在钢结构加工厂商制造集装箱龙骨的过程中，只需要增加型钢构件的端部冲压、切割和打磨工艺，就可在工厂完成榫卯接头的制造，为应急建筑工程的现场安装节约更多的施工时间。

2 优化防水施工措施

2020年2月火神山医院B1病区-女更衣通道部分出现了严重的漏水。出现漏水现象是一个摆在所有工程建设人员面前的一个难题。从结构形式上集装箱式活动板房结构简易，漏水的部位可以从视频上看到是发生在连接通道上。也就是说明本次的漏水情况主要是出现在集装箱体之间的连接部位，而集装箱体的内部结构并没有出现漏水现象。加上武汉2020年2月14—15日的强降雨［2］，遇见了强降水后简易的集装箱结构就出现了非常严重的漏水现象。这个可以避免吗？答案是肯定的，可以从结构内部的防水作出优化。

见图4雷神山医院土木完成场景所示，工程的屋面多数采用双层彩钢集装箱体平屋顶。此种屋顶在施工期间，平屋顶的结构对集装箱体的现场安装有施工的便利，在集装箱安装过程中，可以对1楼和2楼的集装箱体进行换装安装，集装箱体楼层安装的限制减小。但平屋顶的防水效果十分低下，大量的水体在楼层屋面囤积，一旦出现极端恶劣天气，在暴雨的情况中降水量加大，屋面的水体无法从檐口位置快速排出，顶部屋面和墙体立面的安装预留各种管道洞口和排气预留洞口等薄弱部位会在边部产生渗水现象。而在安装过程中集装箱体的屋面板位置的细部变形和碰撞造成的微小裂纹，也会在这个时候产生渗水现象。

解决漏水问题，可以采用中式建筑的坡屋顶的做法。具体作法：

（1）如图5所示，在集装箱体标准件上加一层双层实心彩钢板屋面盖板，屋盖板采用单向找坡方式，坡度大于5%。实心彩钢板内部采用阻燃聚乙烯板材填充，在聚乙烯板材的填充空隙部位加入环氧树脂和液体发泡材料使填充物饱满，阻挡水体从屋盖板内部进入屋面板的空间。

（2）在屋盖板的边部采用檐口边部加长的方式，向集装箱体立向墙面外侧面延长500 mm，阻挡暴雨天气下墙体侧向边部的漏水现象。

（3）屋盖板连接缝采用契口连接，契口凹凸长度大于50 mm。连接部位的接缝位置，在水平面与集装箱体的的对接连接位置采用错缝搭接连接方式，纵轴方向错缝500 mm，横轴方向错缝250 mm。接缝位置采用防水胶条内层防水，外层包裹止水钢盖板。从连接位置上最大程度阻止屋面水从接缝侵入。

（4）钢盖板在钢结构工厂安装到集装箱体屋面板上，现场安装时随下部集装箱体标准件同时安装。现场施工时不需要增加屋面盖板安装施工工藝，从而不会增加现场作业时间，工厂方面可以采用多家钢结构厂商分区段加工的方式减少集装箱体工序增加而带来的制造时间。

（5）工厂安装时采用全站仪定位，BIM软件预拼装的方式，防止现场安装的尺寸偏差。在工厂预拼装完成后对加装了屋盖板的集装箱体进行相应编号和绘制集装箱体标准件深化图，使其在现场吊装的过程中，安装作业人员可以根据深化图上的构件标号，对集装箱体进行排序化安装。

（6）单个集装箱本身就是透气的，而且顶部带淌水坡度，倘若是多个集装箱成组，那么顶部必须考虑到透气。可以这样做：在集装箱的拼接缝处加装拼箱胶条，避免渗漏，最后在拼凑处加装透气盖板，可以杜绝漏水。

通过上述方式对屋面防水构造形式进行了相应的优化，现场防水安装的施工时间不会增加，屋面盖板在工厂加工期间加入相应的加装工艺，工厂加工难度加大，加工工期延长可以通过增加加工厂数量弥补，从而使总工期不会在工厂加工区间被拖延。采用全站仪测量、BIM预拼装、构件编号、深化图指导等手段，减少工厂加工时间，优化了集装箱细部尺寸，提高了现场作业安装的精度，施工场地的空间得到了进一步优化。采用加设坡屋面盖板的构造形式进行防水，使集装箱体的外部的防水效果得到明显提升，屋面积水的问题可基本解决。双层屋面的形式也增加建筑物顶部的防水层数，刚柔并济的多层复合式防水空间形成。使应急快速建筑在各类极端天气下产生漏水现象的可能性极大地降低。

通过上述优化优化屋面防水构造形式，即使集装箱体轻钢结构本体构造简易，也能大大减少应急公共建筑的漏水现象。从而使应急建筑物的后期使用功能和使用时间得到提升与保障。

参考文献

［1］ 张勤，李三亚，王娜，等.一种钢结构榫卯连接件的制作方法［R］. 建筑材料工具的制造及其制品处理技术， 2017. 1-3.

［2］ 吴磊.武汉城建局回应“网传火神山医院漏水”：是雷神山尚未交付使用的病区［N/OL］.观察者网，2020.2-6.https：//www.guancha.cn/politics/2020-02-15 S36533.shtm/