淺談醫療建筑的結構設計要點

文/貝斐君 中機國際工程設計研究院有限責任公司 湖南長沙 410000

1、前言

目前，傳統設計院很少配備專門從事醫療建筑設計的團隊，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的不配套，影響科室的醫療功能和經營運行，甚至在醫院建設道路上埋下隱患。結構設計需要針對醫療建筑的特殊工藝，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。為節約用地，目前以門診 + 醫技 + 住院樓的形式較為常見，通常簡稱為醫療綜合樓。

2、結構方案

1）建筑高度和結構體系。對于醫療建筑設計來說，建筑高度是項目投標階段中結構專業需要參與論證的首要問題，建筑高度直接影響結構體系的選擇和工程經濟性。確定了建筑的高度之后，才能選擇與之匹配的結構方案。框架結構體系是多層公共建筑的最優選擇，但由于其抗震性能較差，特別是在9度高烈度地區的高層建筑，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、筒中筒以及混合結構，從城市設計高度規劃和地震安評工作的要求出發，大多醫療建筑的高度在100米以下，采用框架-剪力墻、框架-核心筒結構的經濟性較好。

2）結構高寬比和長寬比。醫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力構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造措施和施工措施，減少溫度和混凝土收縮對結構的影響，例如加強保溫隔熱措施、增加溫度鋼筋、設置后澆帶等。

3）平面不規則和豎向不規則。我國抗震規范、高層建筑技術規程對建筑不規則的限制非常嚴格，極大的限制了醫療建筑結構設計的發揮空間。在建筑方案階段應盡量減少高位轉換、塔樓偏置、錯層連體等多重復雜不規則設計，以保證結構安全性和合理性。值得注意的是，扭轉不規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力構件的連續和側向剛度的規則，當出現三項及以上的不規則指標時，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，結構設計時通常將結構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，這些都不要結構設計人員過多的思考，但關鍵是大體積混凝土的澆筑將產生大量的水化熱，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。為確保混凝土澆搗質量，作為設計單位的結構專業，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域的結構板降低300，將給水、排水管鋪設在內再用輕質填料填實，這樣既方便日后的維修，更方便日后的改造，做到美觀實用。

醫療建筑往往具有繁多的科室功能、漫長的設備比選，醫院通常設置有手術室，手術室有嚴格的凈化要求，通常配有規模不小的“凈化機房”，暖通專業的通風管道大而且多，需要在結構樓板上預留洞口，結構設計開始時，往往甲方還沒有定下設備廠家及設備型號，結構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某一塊板范圍內，便于設計的修改。

4、結構設計要點

1）荷載選擇

《建筑結構荷載規范》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，能滿足大多數公共建筑的設計需求。然而，醫療建筑設計需要確定各科室功能、醫技布置、醫療設備、機電設施等多種非規定性荷載取值，并且樓板錯層、人員流線和各設備進出活荷載也給結構設計帶來難度。醫療建筑活荷載需要根據各功能房間的設備荷載和人流進行取值，如門診、醫技位置的走廊、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。通常采用輕質墻板靈活布置的方式，適當減少次梁數量，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，充分發揮其抗震性能。剪力墻設置在兩個交通盒區域，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墻平面外搭接的端柱。

醫院的水處理室和去污區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

醫院建筑結構設計容易出現兩個難題，需要引起結構工程師們的注意。第一個是醫療工藝設計的滯后，第二個是改擴建醫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，但是由于醫院各科室的設備要求、物質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，在結構施工圖設計較長一段時間后，相關專業才提交污水處理池和補充污水應急池等。這種情況下，結構工程師需要重新復核結構安全性，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。舊有的醫院大樓往往不能滿足現行的醫療技術、醫療設施、消防、抗震的新需求，同時結構設計還需要克服地形復雜、樓層高差等不可避免的困難。

結語：

綜上所述，醫療建筑結構設計屬于復雜性和綜合性的工作。結構工程師們在面臨醫技功能繁雜、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療建筑的結構體系、荷載取值、功能要求的特殊性之后，最大程度發揮專業優勢，推動項目的順利進行，最終實現醫療建筑功能需求。