淺談醫(yī)療建筑的結(jié)構(gòu)設計要點

貝斐君

【摘要】在醫(yī)療建筑設計項目中，結(jié)構(gòu)設計師作為建筑設計的下游配套專業(yè)人員，需合理應對醫(yī)療建筑的結(jié)構(gòu)體系、荷載取值、功能要求的特殊性，才能最大程度發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，推動項目的順利進行。

【關鍵詞】醫(yī)療建筑；結(jié)構(gòu)設計；設計要點

1、前言

目前，傳統(tǒng)設計院很少配備專門從事醫(yī)療建筑設計的團隊，如果以落后的設計理念，采取盲目照搬式的、缺乏前瞻性的設計，勢必造成建筑功能與新技術(shù)的不配套，影響科室的醫(yī)療功能和經(jīng)營運行，甚至在醫(yī)院建設道路上埋下隱患。結(jié)構(gòu)設計需要針對醫(yī)療建筑的特殊工藝，提出一系列預見性問題及解決方案，這樣才能增強設計配合，最大程度上減少設計返工和降低工程成本。為節(jié)約用地，目前以門診 + 醫(yī)技 + 住院樓的形式較為常見，通常簡稱為醫(yī)療綜合樓。

2、結(jié)構(gòu)方案

1）建筑高度和結(jié)構(gòu)體系。對于醫(yī)療建筑設計來說，建筑高度是項目投標階段中結(jié)構(gòu)專業(yè)需要參與論證的首要問題，建筑高度直接影響結(jié)構(gòu)體系的選擇和工程經(jīng)濟性。確定了建筑的高度之后，才能選擇與之匹配的結(jié)構(gòu)方案。框架結(jié)構(gòu)體系是多層公共建筑的最優(yōu)選擇，但由于其抗震性能較差，特別是在9度高烈度地區(qū)的高層建筑，該體系已禁止使用。針對不同高度可以采用框架-剪力墻、框架-核心筒、筒中筒以及混合結(jié)構(gòu)，從城市設計高度規(guī)劃和地震安評工作的要求出發(fā)，大多醫(yī)療建筑的高度在100米以下，采用框架-剪力墻、框架-核心筒結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性較好。

2）結(jié)構(gòu)高寬比和長寬比。醫(yī)療建筑的標準層平面（住院樓）一般采用走廊兩邊為病房的內(nèi)廊式布局，由于受到公共建筑自然采光和通風要求的限制，建筑輪廓較為狹長。我國規(guī)范對高層建筑的最大高寬比和最大長寬比都有明確要求，建筑平面較為狹長或者有大開洞或凹凸時，要考慮設置抗震縫。而抗震縫的防水處理和雙排抗側(cè)力構(gòu)件脫縫設計往往使建筑師難以接受，所以大多采用有效的構(gòu)造措施和施工措施，減少溫度和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響，例如加強保溫隔熱措施、增加溫度鋼筋、設置后澆帶等。

3）平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則。我國抗震規(guī)范、高層建筑技術(shù)規(guī)程對建筑不規(guī)則的限制非常嚴格，極大的限制了醫(yī)療建筑結(jié)構(gòu)設計的發(fā)揮空間。在建筑方案階段應盡量減少高位轉(zhuǎn)換、塔樓偏置、錯層連體等多重復雜不規(guī)則設計，以保證結(jié)構(gòu)安全性和合理性。值得注意的是，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則在大型公共建筑的設計中不可避免，應盡量保障豎向抗側(cè)力構(gòu)件的連續(xù)和側(cè)向剛度的規(guī)則，當出現(xiàn)三項及以上的不規(guī)則指標時，應進行超限高層建筑工程抗震設防專項審查。

3、醫(yī)療綜合樓幾個特殊門診做法

X、CT、MR、DSA等房間都離不開“放射”兩字，相應規(guī)范有嚴格要求，為防止射線外溢，這類房間的底板和頂板板厚通常不小于200mm，因為控制室一般在“放射室”外，為防止射線沿電線孔和其它預留管道孔向外泄漏，結(jié)構(gòu)設計時通常將結(jié)構(gòu)底板比建筑面層降低300mm，使電線和其它預留孔在建筑面層以下，做好管線鋪設后再用混凝土回填至相應標高。

有些醫(yī)院還配置了“加速器治療室”“諾力刀治療室”，其超強輻射使得六面鋼筋混凝土墻（板）厚度均接近或超過1000mm，雖然墻（板）的厚度、預留預埋要求設備廠家均會給出相應要求，如混凝土墻上的檢測孔在垂直方向和水平方向均應傾斜45°，電纜溝、排風管穿過防護墻時也不會直線預留，而是折線設置避免輻射，治療室頂部的風管留洞端頭會設置鋼筋混凝土防輻射擋板等，這些都不要結(jié)構(gòu)設計人員過多的思考，但關鍵是大體積混凝土的澆筑將產(chǎn)生大量的水化熱，如果澆搗過程中不及時進行降溫處理，鋼筋混凝土將燒壞，像此類特殊構(gòu)筑物，鋼筋應采用焊接接頭（治療室墻板加厚處鋼筋要斷開），同時對混凝土也有一定要求，需采用低熱混凝土，應選用級配良好的骨料，并應嚴格控制砂、石的含泥量，使其不超過相關要求，添加的外加劑應具有緩凝作用和高效減水作用，混凝土密度需大于24kN/m3，要滿足大體積混凝土施工規(guī)范要求，“加速器治療室”“諾力刀治療室”需一次性澆搗完成。為確?；炷翝矒v質(zhì)量，作為設計單位的結(jié)構(gòu)專業(yè)，應提醒甲方和施工單位，做好大體積混凝土的施工預案，必要時請專家評審會進行評審，通常要在混凝土中預埋降溫水管，該降溫水管的大小和排布方案要通過計算獲得，最后管道內(nèi)要用混凝土壓力灌實，條件允許的情況下可選擇冬季施工，其它季節(jié)也建議當日氣溫較低時澆灌混凝土，施工前要做好混凝土的供應預案，必要時還需同交通部門銜接好，避免澆搗過程中混凝土量供應不足而形成施工縫。

醫(yī)院通常配備有口腔科，由于其特殊性，很多工作臺處需配置潔凈水點和污水排出管，管道眾多，設計時通常將口腔科區(qū)域的結(jié)構(gòu)板降低300，將給水、排水管鋪設在內(nèi)再用輕質(zhì)填料填實，這樣既方便日后的維修，更方便日后的改造，做到美觀實用。

醫(yī)療建筑往往具有繁多的科室功能、漫長的設備比選，醫(yī)院通常設置有手術(shù)室，手術(shù)室有嚴格的凈化要求，通常配有規(guī)模不小的“凈化機房”，暖通專業(yè)的通風管道大而且多，需要在結(jié)構(gòu)樓板上預留洞口，結(jié)構(gòu)設計開始時，往往甲方還沒有定下設備廠家及設備型號，結(jié)構(gòu)選擇較為合理的梁板布置可以為以后的復核帶來方便，如選擇井字梁的布梁方式，使以后的留洞在井字格內(nèi)某一塊板范圍內(nèi)，便于設計的修改。

4、結(jié)構(gòu)設計要點

1）荷載選擇

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009中對建筑所需要的材料容重和荷載選擇都有明確的取值范圍，能滿足大多數(shù)公共建筑的設計需求。然而，醫(yī)療建筑設計需要確定各科室功能、醫(yī)技布置、醫(yī)療設備、機電設施等多種非規(guī)定性荷載取值，并且樓板錯層、人員流線和各設備進出活荷載也給結(jié)構(gòu)設計帶來難度。醫(yī)療建筑活荷載需要根據(jù)各功能房間的設備荷載和人流進行取值，如門診、醫(yī)技位置的走廊、候診室荷載建議取3.5kN/m2。另外需要預留大型設備吊裝時所需的后澆板位置。設備運送叉車的凈高要求和移動荷載在設計中常被忽視。

2）地上樓層設計

醫(yī)療綜合樓的標準層雖然以病房為主，但綜合樓裙房部分的房間通常為醫(yī)技和門診，功能布局都不相同，如果全部采用墻下布置次梁的方式，不僅平面框架梁板布置凌亂，建模復雜，并且在設計過程中修改布置和校對審核都非常麻煩。通常采用輕質(zhì)墻板靈活布置的方式，適當減少次梁數(shù)量，將墻板荷載折算成滿布樓板均布荷載，并且適當增加樓板負載的富余量。還有框架柱設計的尺寸應與醫(yī)療功能房間配合設置，盡量使矩形框架柱的長邊在建筑寬度方向，充分發(fā)揮其抗震性能。剪力墻設置在兩個交通盒區(qū)域，并且保證外框架與剪力墻搭接處的錨固施工方便，可在剪力墻中適當設計用于框架梁與剪力（下轉(zhuǎn)66頁）（上接64頁）墻平面外搭接的端柱。

醫(yī)院的水處理室和去污區(qū)等樓板錯層較大處應采取加腋措施，加強梁的抗扭作用。手術(shù)室樓層和設備層常有局部樓層電梯，當不允許電梯基坑落地或者需要做雙層板時，可適當考慮吊板大樣。衛(wèi)生間及降板房間的梁標高需要考慮隱藏高差，降板邊界處的梁可按反邊大樣設計。

3）其他設計難題

醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)設計容易出現(xiàn)兩個難題，需要引起結(jié)構(gòu)工程師們的注意。第一個是醫(yī)療工藝設計的滯后，第二個是改擴建醫(yī)院的新舊建筑連接問題。雖然設計總負責人在設計初期能夠預見工藝設計配合進度的遲緩，但是由于醫(yī)院各科室的設備要求、物質(zhì)流線和后勤流線都無法較早確定，所以像污水處理池之類的工藝圖紙遲遲不能提交，更有甚者是，在結(jié)構(gòu)施工圖設計較長一段時間后，相關專業(yè)才提交污水處理池和補充污水應急池等。這種情況下，結(jié)構(gòu)工程師需要重新復核結(jié)構(gòu)安全性，并配套完成處理池的各種預留預埋問題，后期工程服務過程更加繁瑣和困難。

新舊建筑連接不僅僅是地面的走廊連接，還涉及到地下管廊設計、基礎避讓、嵌固端可靠性等問題。舊有的醫(yī)院大樓往往不能滿足現(xiàn)行的醫(yī)療技術(shù)、醫(yī)療設施、消防、抗震的新需求，同時結(jié)構(gòu)設計還需要克服地形復雜、樓層高差等不可避免的困難。

結(jié)語：

綜上所述，醫(yī)療建筑結(jié)構(gòu)設計屬于復雜性和綜合性的工作。結(jié)構(gòu)工程師們在面臨醫(yī)技功能繁雜、荷載分類較多，樓板開洞錯層等問題的時候，需要兼顧考慮醫(yī)療工藝設計的滯后性，預留荷載富余和設計容錯空間；在進行醫(yī)院改擴建工程設計時還應考慮地形和原有基礎對新建筑的影響，細致、全面、負責、冷靜地應對設計中遇到的問題，在全面掌握和理解醫(yī)療建筑的結(jié)構(gòu)體系、荷載取值、功能要求的特殊性之后，最大程度發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，推動項目的順利進行，最終實現(xiàn)醫(yī)療建筑功能需求。