泰州市人民醫(yī)院結(jié)構設計

李昌成

(上海浚源建筑設計有限公司，上海 200001)

1 工程概況

本工程位于江蘇省泰州市，一期建筑面積約20萬m2，由門急診綜合樓、病房樓和配套用房組成(見圖1)，其中門急診醫(yī)技樓和病房樓共用一個1層地下車庫。門急診綜合樓為地上4層(局部5層)、地下1層的框架結(jié)構，建筑高度為22．9m，長142．6m，寬107．56m;病房樓為地上25層、地下1層的框架剪力墻結(jié)構，建筑高度為 98．2m，長 176．74m，寬 27．9m;門急診綜合樓下部地下車庫層高為5．25m，基礎埋深約為6．0m，病房樓下部地下車庫層高為5．25m，基礎埋深約為6．4m，地下車庫周邊設置防水混凝土擋土墻。病房樓和門急診綜合樓共用一個地下車庫，地上病房樓和門急診綜合樓間距為23．6m，在第4層，5層設置高空連廊進行連接;門診樓和急診樓在地上設置抗震縫分開。病房樓和門診樓、急診樓均嵌固在地下室頂面。

圖1 泰州市人民醫(yī)院鳥瞰圖

本工程結(jié)構設計使用年限50年，建筑物抗震類別屬于乙類，結(jié)構安全等級為二級。根據(jù)本項目的地震安全性評價報告，抗震設防烈度為7度(0．15g)，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，場地設計特征周期:0．50 s，50年一遇基本風壓:0．4 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。結(jié)構重要性系數(shù)為1．1。

2 地基基礎設計

2．1 病房樓基礎設計

病房樓高約98m，采用直徑1m鉆孔灌注樁基礎，樁長47m，樁基持力層為第⑩層粉細砂層，單樁承載力特征值為5 000 kN，總樁數(shù)為403根。根據(jù)沖切計算的筏板厚度為2．1m。在病房樓和門急診樓之間23．6m寬的純地下室部分需布置鋼筋混凝土預制方樁作為抗拔樁。在病房樓的北面僅有上部結(jié)構4層且無地下室的柱下面，布置邊長300mm鋼筋混凝土預制方樁，抗壓承載力特征值為1 250 kN，樁數(shù)為32根。

1)變剛度調(diào)平設計。病房樓的北面有3層高的入口大廳與主樓連接在一起，但無地下室。該部分柱無抗拔力，柱底壓力較小，如和主樓一樣采用直徑1m的鋼筋混凝土灌注樁，則沒有沉降，但主樓的沉降約為140mm，在主樓和大廳的連接部分將可能產(chǎn)生裂縫，設置沉降后澆帶也只能解決施工期間的沉降差問題。若采用獨立基礎，因主樓地下室開挖需降低獨立基礎底標高，導致獨立基礎上的覆土厚度過厚，獨立基礎太大，也不經(jīng)濟。本工程在此處采用預制鋼筋混凝土小方樁，大部分為兩樁承臺或三樁承臺，沉降計算值約為120mm。沉降差滿足規(guī)范要求，避免了因沉降不同引起的裂縫。

2)病房樓的主樓和門急診樓之間有三跨純地下室而無上部結(jié)構部分，總寬度為23．6m，該部分在高水位時考慮上部的覆土重后仍需要設置抗拔樁，在低水位時抗拔樁受壓，與主樓之間存在沉降差的問題。本工程將主樓的2．1m厚筏板向純地下室部分伸一跨，在該跨中設置沉降后澆帶，加強筏板的配筋。在剩余的兩跨內(nèi)設置800厚筏板基礎并增大配筋率，在筏板下虛鋪200厚焦渣墊層，以滿足整體沉降時的沉降要求。

3)樁基筏板基礎中的集水坑設計。樁基筏板的受力特性較復雜，且因建筑需要在筏板上設置若干集水坑及電梯井。通常集水坑設計參照國標圖集11G101-3中P94頁《基坑JK構造》圖進行設置，這種構造的傳力途徑是按折板的受力形式進行配置的，但若筏板中的集水井按該圖方式設置配筋則存在缺陷。當基坑的長度和寬度均很大時，其坑邊的受力形式接近于折板，當坑邊頂面受拉，力可以通過鋼筋傳遞給坑底頂面的鋼筋，但若基坑長寬較小時，頂面的拉力主要在基坑邊的頂面鋼筋里承受，而無法傳至基坑底部頂面的鋼筋，除非基坑頂部開裂。因此需在基坑頂面的坑四邊設置暗梁，將因基坑出現(xiàn)而打斷的鋼筋在洞邊進行補強。

4)大體積混凝土結(jié)構設計。病房樓下筏板厚度為2．1m，平面尺寸為179m×50m，該基礎既屬于大體積混凝土也屬于超長結(jié)構。大體積混凝土的裂縫問題主要通過施工措施解決，本工程施工前編制專項施工預案并進行大體積混凝土溫控計算，配置抗裂鋼筋網(wǎng)片。材料上經(jīng)過試配確定采用低水化熱低堿水泥，摻入適量粉煤灰和緩凝型外加劑，控制水泥用量。在施工中采取措施降低混凝土內(nèi)部溫度，采取分層連續(xù)澆搗、分層設置水平施工縫、二次澆搗工藝等措施。減小后澆帶的設置間距并采用跳倉法施工。

2．2 門急診醫(yī)技樓基礎設計

門急診醫(yī)技樓采用天然地基，基礎持力層為③層粉砂層，承載力特征值為150 kPa。基礎底板采用平板式筏基，筏板厚度為800mm，柱底因抗沖切設置柱墩，柱墩厚度為1．2m，柱墩平面尺寸為3．4m×3．4m。基礎計算采用PKPM中JCCAD軟件進行計算。基床系數(shù)根據(jù)沉降計算結(jié)果取為2 400。基底反力根據(jù)計算，基本均勻。

采用平板式筏基的好處是:

1)相對于采用柱下獨立基礎，筏板基礎的地基承載力可以修正，修正后的承載力特征值較高。采用獨立基礎加止水板時，承載力不能深度修正，獨立基礎的底面積會很大，基礎的截面也會很高，不經(jīng)濟。

2)基礎底面標高為－6．35m，最高水位在室外地面以下0．5m處，考慮最大水浮力時，底板反力已接近于上部結(jié)構荷載，采用筏板基礎時既能滿足水浮力的要求也能部分滿足上部荷載要求，相對于樁基礎及柱下獨立基礎將水浮力和上部荷載分開來考慮較經(jīng)濟。

3)平板式筏基加柱墩的形式與筏板加基礎梁的基礎形式比較:因底板厚自重大，因此能滿足無上部結(jié)構填充墻及活荷載時的抗浮要求，避免大面積的打抗拔樁，只在局部上部結(jié)構開大洞等內(nèi)部庭院附近柱下打少量抗拔樁，加快施工進度。施工時只需要開挖出平整的基礎底面及部分矩形的柱墩，而如果施工基礎梁，會開挖出大量條形的基礎梁地坑，且需在坑內(nèi)綁扎基礎梁的箍筋和縱筋，施工難度較大，速度較慢。

3 上部結(jié)構設計

病房樓建筑高度接近100 m，采用框架剪力墻結(jié)構體系，在樓電梯間及其他不影響建筑使用的填充墻及窗間墻內(nèi)布置鋼筋混凝土剪力墻。因病房樓內(nèi)填充墻數(shù)量較多，每層的質(zhì)量較一般框架剪力墻結(jié)構的辦公樓大，因此豎向構件混凝土采用高強混凝土，混凝土強度等級由下至上為 C60，C50，C40。底層柱截面為1．1 m ×1．1 m，在最頂層柱截面為0．7 m×0．7 m。底部剪力墻厚度為400mm，至頂部逐漸減為250 mm。框架梁截面尺寸為400×800，次梁截面主要為250×700。梁盡量布置在填充墻內(nèi)部，保證在病房內(nèi)不露梁。樓板厚度一般為110 mm。梁板均采用C30混凝土。

門診樓的平面尺寸為142m×53m、高度為18 m，醫(yī)技樓的平面尺寸為142m×56m、高度為22m。門診樓采用框架結(jié)構，醫(yī)技樓因內(nèi)部設有較多荷載較大的實驗室、CT、核磁共振等房間，需要采用框架剪力墻結(jié)構才能滿足抗震位移的要求，若采用框架結(jié)構則梁柱的截面都很大，影響建筑的使用空間。因建筑使用的要求，在建筑平面上設置了很多大尺寸的建筑中庭，在結(jié)構設計中加大中庭邊梁截面尺寸和構造配筋率，并加厚中庭邊一個柱跨內(nèi)樓板的厚度和配筋率，模型計算中采用彈性樓板，模擬地震中的實際情況。

門診樓和醫(yī)技樓的長度約為150 m，為超長結(jié)構。在結(jié)構設計中設置后澆帶，并采用SLABcad進行溫度應力計算，配置溫度鋼筋。樓板采用雙層雙向配筋，鋼筋的間距不大于150 mm，在房屋的端頭鋼筋間距不大于100 mm。

在醫(yī)技樓和病房樓的4層采用高空架空連廊相連接，連廊寬度為4m，跨度為26m，采用鋼結(jié)構。在病房樓和醫(yī)技樓上伸出鋼牛腿支撐架空連廊，在醫(yī)技樓一側(cè)采用固定支座進行剛接，在病房樓一側(cè)橡膠滑動支座進行滑動連接，以滿足地震中病房樓和醫(yī)技樓互相不受影響。同時也在連廊和病房樓之間預留足夠空間，保證在大震中連廊與病房樓不會相互撞擊。在病房樓挑出牛腿上做槽型設計，保證在大震中連廊不會側(cè)向滑落。

4 主要結(jié)論

1)筏板基礎的基坑設計，除了要按國家標準圖集11G101-1的剖面進行設計外，還要考慮洞邊集中應力的影響，當筏板厚度很厚時圖集里的剖面已經(jīng)不滿足基本的受力條件，需要在洞邊進行補強設計。

2)多層建筑的基礎采用筏板加柱墩形式，可以加快施工進度，降低成本，在地下室層高較高時也可以對抗浮做出貢獻。筏板基礎計算時，選定合適的K值具有重要意義。

3)超長結(jié)構和大體積混凝土結(jié)構需要編制詳細施工預案，并進行溫控計算，采用合理的材料，來避免混凝土溫度裂縫。

4)對于帶裙房的高層建筑，主樓和裙房的樁基可以選用不同承載力和樁長的樁基，以滿足沉降差的要求，減少因沉降差而產(chǎn)生的結(jié)構裂縫。

5)高空架空連廊的設計需考慮相連兩棟樓的地震位移，合理設計節(jié)點，并能保證在大震時不會跌落。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］．

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構技術規(guī)程［S］．

［3］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］．

［4］朱炳寅．建筑結(jié)構設計規(guī)范應用圖解手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007．