某醫(yī)院放療醫(yī)技樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張 恒

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 工程概況

本工程為某醫(yī)院放療醫(yī)技綜合樓項(xiàng)目，主樓地下2層，地上20層，包括1層設(shè)備層，結(jié)構(gòu)總高度79.3 m;本工程的抗震設(shè)防烈度是8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g，按照《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》劃分，本工程為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)建筑。基本風(fēng)壓Wo=0.45 kN/m2，基本雪壓 So=0.35 kN/m2。

2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程基礎(chǔ)持力層位于第③層粉土層，地基承載力特征值為120 kPa，不滿足承載力要求，故采用CFG樁處理地基。CFG樁徑400 mm，樁距1 200 mm，正方形布樁，有效樁長(zhǎng)15 m，處理后的復(fù)合地基承載力特征值不小于440 kPa。基礎(chǔ)施工前應(yīng)在基底下鋪設(shè)300 mm厚級(jí)配良好的砂石褥墊層，采用靜力壓實(shí)法，壓實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值不得大于0.90。本工程基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。

3 整體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

本工程計(jì)算分析軟件采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院的《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與計(jì)算軟件》2010版本(SATWE)。抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，地震作用計(jì)算按8度，抗震措施按照提高一度的要求確定，由于本工程為8度乙類的框架剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，高度79.3 m。提高一度后，其高度超過《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)6.1.2中抗震等級(jí)為一級(jí)的高度上限。因此，根據(jù)規(guī)范，結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整不提高，抗震構(gòu)造措施高于一級(jí)，即框架和剪力墻按抗震措施確定的抗震等級(jí)為一級(jí)，其中抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)按特一級(jí)執(zhí)行。結(jié)構(gòu)層高見圖1。

1)結(jié)構(gòu)平面、立面布置。本工程平面及層高布置見圖2。

2)主要參數(shù)計(jì)算取值。本工程主要參數(shù)計(jì)算取值見表1。本工程的活荷載設(shè)計(jì)取值見表2。

表1 主要參數(shù)表

3)位移比，周期比等參數(shù)分析計(jì)算。由于醫(yī)療建筑在手術(shù)室上層要設(shè)置層高較低的設(shè)備層，故而會(huì)形成在該層的豎向剛度突變，因此可在設(shè)備層下部樓層，①軸與⑩軸在?軸～軸間增設(shè)混凝土剪力墻來調(diào)節(jié)豎向剛度。方案一為設(shè)備層下部樓層增設(shè)剪力墻，方案二為設(shè)備層下部樓層不增設(shè)剪力墻。

兩種方案的計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表3。

表2 樓面主要活荷載取值 kN/m2

表3 主要計(jì)算結(jié)果

Ratx2，Raty2:X，Y方向本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度90%，110%或者150%比值。110%指當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高1.5倍時(shí)，150%指嵌固層。

4)計(jì)算結(jié)果。從表3中可看出，通過在設(shè)備層下部樓層增設(shè)剪力墻，可以調(diào)節(jié)樓層豎向剛度，使之滿足規(guī)范要求。

5)局部樓層增設(shè)剪力墻的應(yīng)力集中分析。局部樓層設(shè)置剪力墻，可能會(huì)導(dǎo)致其相鄰處構(gòu)件上下部應(yīng)力集中。因此，將相鄰構(gòu)件的內(nèi)力及配筋從計(jì)算程序的結(jié)果文件中提取出來。KZ1和KZ2的內(nèi)力與配筋見表4，Q1的內(nèi)力和配筋見表5。

表4 KZ1和KZ2的內(nèi)力與配筋表

表5 Q1的內(nèi)力和配筋表

KZ1和KZ2為增設(shè)的混凝土剪力墻兩端的框架柱，Q1為增設(shè)的混凝土剪力墻。具體位置詳見增設(shè)混凝土處局部平面圖和增設(shè)混凝土處局部立面圖(見圖3，圖4)。由表4可以看出:由于四層及以下增設(shè)混凝土墻，使KZ1和KZ2在分界面上下出現(xiàn)了剛度突變，產(chǎn)生了相應(yīng)的應(yīng)力集中，且KZ1(角柱)比KZ2(中柱)明顯，但從內(nèi)力數(shù)值和配筋結(jié)果看，KZ1和KZ2在應(yīng)力集中處(分界面下)仍處于較好的受力狀態(tài)，即因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的內(nèi)力小于構(gòu)件的承載力。如KZ1，應(yīng)力集中產(chǎn)生的Mx=440 kN·m，KZ1作為偏心受壓構(gòu)件的正截面受壓承載力為1 080 kN·m;KZ1分界面下的截面配筋為24根28(三級(jí)鋼)，配筋率:(24×616)/(800×1 200)=1.54%∈［1.15%，5%］，為適筋構(gòu)件。由表5可以看出:由于設(shè)備層未設(shè)混凝土墻，四層混凝土墻的剪力(4 384 kN)比三層混凝土墻的剪力(3 829 kN)增大，因剛度突變出現(xiàn)了剪應(yīng)力集中，但三層混凝土墻的剪力小于受剪承載力(6 673.4 kN)，即因應(yīng)力集中產(chǎn)生的剪力小于構(gòu)件的受剪承載力。針對(duì)本工程，可認(rèn)為:局部樓層增設(shè)剪力墻，確實(shí)出現(xiàn)了其相鄰處構(gòu)件剛度突變，應(yīng)力集中，但經(jīng)計(jì)算分析，因應(yīng)力集中產(chǎn)生的內(nèi)力仍在構(gòu)件的承載力范圍之內(nèi)，即構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)仍滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)處理

本工程長(zhǎng)度72 m，為超長(zhǎng)建筑。由于醫(yī)療建筑的潔凈要求及使用功能要求，使得本工程不能設(shè)置伸縮縫，故而采取以下措施以減小混凝土收縮的不利影響。1)每30 m～40 m設(shè)置800 mm～1 000 mm寬后澆帶，后澆帶澆筑時(shí)間為后澆帶兩側(cè)主體混凝土澆筑60 d后，且對(duì)于樓層伸縮后澆帶，必須在本層及上下各一層建筑外圍護(hù)墻體施工完成后方可澆筑;對(duì)于屋面伸縮后澆帶，澆筑后澆帶時(shí)必須同時(shí)施工屋面保溫層。2)屋頂加強(qiáng)保溫隔熱措施，建筑物外墻設(shè)置保溫層。3)在底層、頂層、縱墻端部開間及山墻等受溫度變化影響較大的部位適當(dāng)提高配筋率。4)在混凝土中加入適宜的外加劑。5)使用收縮小的水泥、減少水泥用量。

5 結(jié)語

1)醫(yī)療建筑由于設(shè)備層層高較低，會(huì)引起豎向剛度突變，故可在設(shè)備層下部樓層增設(shè)剪力墻，可以調(diào)節(jié)豎向剛度，使之滿足規(guī)范要求。2)經(jīng)計(jì)算分析，因局部樓層增設(shè)剪力墻引起的相鄰處構(gòu)件上下部應(yīng)力集中產(chǎn)生的內(nèi)力仍在范圍之內(nèi)，即構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)仍滿足設(shè)計(jì)要求。3)考慮醫(yī)療建筑的隔聲及預(yù)埋管線問題，本工程樓面板厚取120 mm。4)如果有潔凈要求的房間上部有用水要求，則上層樓板需做同層排水處理，對(duì)結(jié)構(gòu)樓板降板較多，此時(shí)應(yīng)注意核對(duì)相關(guān)主次梁關(guān)系。5)醫(yī)療設(shè)備用房的荷載取值，應(yīng)根據(jù)具體用途、具體設(shè)備來確定。6)有防輻射要求的房間，應(yīng)根據(jù)要求砌筑370厚非粘土燒結(jié)實(shí)心磚，或者澆筑混凝土墻體，或在墻體上貼鉛板以防輻射。7)因功能要求不能設(shè)置伸縮縫的超長(zhǎng)建筑，采取相應(yīng)措施可以減小混凝土收縮的不利影響。