鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程施工技術(shù)中的應(yīng)用研究

摘 要：醫(yī)院的建設(shè)不僅需要滿足日益增長(zhǎng)的醫(yī)療需求，還需在結(jié)構(gòu)安全、施工效率、功能布局及環(huán)保等多個(gè)方面達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)以其優(yōu)良的力學(xué)性能、施工便捷性及整體經(jīng)濟(jì)性，逐漸成為醫(yī)院基建工程的首選建筑材料。基于此，分析了鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及其在醫(yī)院基建工程施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，探究了鋼結(jié)構(gòu)在醫(yī)院基建工程中框架結(jié)構(gòu)、屋面結(jié)構(gòu)、外立面裝飾及抗震加固等方面的合理設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；醫(yī)院基建工程；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU391;TU74" " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " 文章編號(hào)：2096-6903（2025）01-0035-03

0 引言

近年來，鋼結(jié)構(gòu)因其良好的適應(yīng)性和性能優(yōu)勢(shì)，逐漸成為醫(yī)院基建工程的首選材料。鋼結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和韌性，輕質(zhì)高強(qiáng)的特性使其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)更大更寬的空間，符合醫(yī)院建筑對(duì)空間布局的靈活性要求。鋼材的耐腐蝕性、耐火性和抗震性能使得醫(yī)院建筑能夠在多種環(huán)境下保持安全性和穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)將在醫(yī)院建設(shè)中扮演更為重要的角色，為提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量和效率提供有力支持。

1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

1.1 特點(diǎn)

1.1.1 高強(qiáng)度與輕質(zhì)

相較于傳統(tǒng)的混凝土和木材結(jié)構(gòu)，鋼材具有更高的強(qiáng)度和承載能力。根據(jù)材料科學(xué)研究，常用的結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到400～1 000 MPa，因此鋼結(jié)構(gòu)可以承受更大的荷載。這種特性使得鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上變得更加靈活，使建筑師能夠創(chuàng)造出更大跨度的空間，從而提高建筑的使用效率[1]。例如采用鋼結(jié)構(gòu)建造的體育場(chǎng)館和展覽中心，因其大空間需求而充分利用了這一優(yōu)勢(shì)。

由于鋼的密度相對(duì)較小，采用鋼結(jié)構(gòu)能夠顯著降低建筑的自重，對(duì)于基礎(chǔ)工程建設(shè)至關(guān)重要，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工往往受限于上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。在一些土質(zhì)較差或地質(zhì)較為復(fù)雜的地區(qū)，采用輕質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)可以減少基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，從而降低建筑成本，提升施工安全性和效率。

1.1.2 良好的塑性和韌性

鋼材的塑性和韌性使其在面對(duì)極端條件時(shí)，能夠展現(xiàn)出優(yōu)越的表現(xiàn)。相比于脆性材料，鋼在受到超負(fù)荷或自然災(zāi)害（如地震、風(fēng)暴等）時(shí)，往往表現(xiàn)出明顯的塑性變形，因此在結(jié)構(gòu)即將發(fā)生失效之前，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)先出現(xiàn)可察覺的變形，從而為使用者提供警示，避免了突然的崩潰事故。例如在地震發(fā)生時(shí)，采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑由于其良好的韌性，能夠有效地吸收和耗散地震波帶來的能量，不僅提高了建筑的安全性，還為后期的檢測(cè)和修復(fù)爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。

鋼結(jié)構(gòu)的可塑性使得其在設(shè)計(jì)上更具靈活性，建筑師可以根據(jù)建筑的使用需求和環(huán)境條件，設(shè)計(jì)出復(fù)雜的幾何形狀和結(jié)構(gòu)形式，從而實(shí)現(xiàn)更具藝術(shù)感和功能性的建筑作品。

1.1.3 耐久性

在建筑材料中，耐久性是一個(gè)不容忽視的重要指標(biāo)。鋼材在抗腐蝕方面表現(xiàn)出色，尤其是經(jīng)過防銹處理的鋼材，其耐腐蝕性能得到了顯著提升。通過熱鍍鋅、噴涂等技術(shù)，鋼結(jié)構(gòu)表面可以形成保護(hù)膜，有效防止水分、氧氣等腐蝕性物質(zhì)的侵入，不僅提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，還能降低后期維護(hù)的頻率和成本。

鋼材在高溫環(huán)境下的表現(xiàn)也是其耐久性的一部分。雖然鋼在高溫條件下會(huì)失去部分強(qiáng)度，但現(xiàn)代防火涂料的應(yīng)用能有效延緩鋼材的升溫速度，為建筑提供了一定時(shí)間的逃生和應(yīng)急處理[2]。因此鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)考慮到火災(zāi)和熱作用的影響，通過合理的設(shè)計(jì)和配備消防設(shè)施來確保結(jié)構(gòu)的安全性。

1.2 優(yōu)勢(shì)

1.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

在初始投資方面，鋼材的成本相對(duì)較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益通常優(yōu)于其他類型的建筑結(jié)構(gòu)。

在施工速度方面，鋼結(jié)構(gòu)的拼裝與安裝相對(duì)簡(jiǎn)單快捷，能夠顯著減少工程工期。這在醫(yī)院基建工程中尤為重要，因?yàn)獒t(yī)院的建設(shè)關(guān)乎醫(yī)療服務(wù)的及時(shí)提供，縮短工期可以更快地投入使用，盡早為患者提供服務(wù)。

鋼結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本相對(duì)較低。由于鋼材具有良好的耐久性和抗腐蝕性能，醫(yī)院建筑在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)過程中，所需的維護(hù)投入較少。與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)裂縫、變形等問題，因此在長(zhǎng)期運(yùn)行中能夠減少維修和保養(yǎng)的頻率，大大降低了整體的運(yùn)營(yíng)成本。

醫(yī)院需要考慮到設(shè)備的更新和擴(kuò)展，鋼結(jié)構(gòu)的靈活性能夠方便未來的改造與擴(kuò)建，進(jìn)一步降低了后期的投資。

1.2.2 適應(yīng)性強(qiáng)

鋼結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性使其在各種氣候條件下均能保持良好的性能。在醫(yī)院的基建工程中，尤其是在地震多發(fā)區(qū)域和強(qiáng)風(fēng)地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)憑借其優(yōu)越的抗震和抗風(fēng)能力，能夠確保建筑物的安全性。鋼材具有較高的強(qiáng)度和韌性，能夠有效地抵御外部自然災(zāi)害的影響，保障醫(yī)院在極端天氣下的安全運(yùn)營(yíng)。

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈活性也使其能夠滿足醫(yī)院建筑對(duì)功能分區(qū)的需求。在醫(yī)院中，通常需要設(shè)置手術(shù)室、病房、急救室等多種功能空間，鋼結(jié)構(gòu)能根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理的空間布局，提升全院的運(yùn)行效率，不僅體現(xiàn)在環(huán)境和氣候上，還包括醫(yī)院在不同發(fā)展階段對(duì)空間的需求變化，鋼結(jié)構(gòu)可以靈活調(diào)整，避免了不必要的資源浪費(fèi)[3]。

2 鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程施工技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)一般是由鋼柱、鋼梁以及連接件組成的三維空間結(jié)構(gòu)體系。在醫(yī)院建筑中，框架結(jié)構(gòu)不僅承載著建筑整體的重量，還需有效分散和承受各種荷載，包括自重荷載、活荷載以及環(huán)境荷載（如風(fēng)壓和雪壓）。

鋼結(jié)構(gòu)因其優(yōu)異的力學(xué)性能在建筑中被廣泛應(yīng)用，具有高強(qiáng)度和良好韌性。醫(yī)院的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較大的跨度，為內(nèi)部功能布局提供了更大的自由度，使醫(yī)療空間更加靈活適用。采用框架結(jié)構(gòu)后，醫(yī)院內(nèi)部的功能分區(qū)可以根據(jù)需求靈活調(diào)整，例如手術(shù)室、病房以及公共區(qū)域的劃分，都可以在不影響整體結(jié)構(gòu)安全的前提下進(jìn)行。在醫(yī)院這種特殊建筑中，框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須充分考慮多方面的因素，以確保其在各種情況下的穩(wěn)定性和安全性，包括荷載分析、抗震設(shè)計(jì)、風(fēng)壓與耐風(fēng)性以及溫度變化等。

隨著可持續(xù)建筑理念的日益普及，醫(yī)院建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工也在不斷向綠色、可持續(xù)方向發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)具有良好的可回收性，能夠有效降低建筑的環(huán)境影響[4]。設(shè)計(jì)師可以考慮與環(huán)境相適應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，如自然通風(fēng)、日照分析等，提升醫(yī)院建筑的使用效率與舒適性。在醫(yī)院建設(shè)過程中，推廣使用新型生態(tài)材料與智能化技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)更高層次的可持續(xù)性。通過引入BIM（建筑信息模型）技術(shù)，建筑師、結(jié)構(gòu)工程師和施工團(tuán)隊(duì)可以在設(shè)計(jì)、施工的各個(gè)階段進(jìn)行更有效的協(xié)作與信息共享，避免施工過程中的資源浪費(fèi)與重復(fù)勞動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏。

2.2 屋面結(jié)構(gòu)

屋面結(jié)構(gòu)不僅僅是醫(yī)院建筑的“頂”，還承載著建筑的自重以及上部設(shè)備的荷載，如空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)和其他醫(yī)療設(shè)備，也是保護(hù)建筑內(nèi)部環(huán)境的第一道防線，需具備良好的防水和隔熱性能，以維護(hù)醫(yī)院內(nèi)部的溫濕度適宜，為患者和醫(yī)務(wù)人員提供一個(gè)舒適的工作與生活環(huán)境。鋼結(jié)構(gòu)屋面因其輕量化、高剛度、快速安裝等顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代醫(yī)院建筑屋面系統(tǒng)的主流選擇。一方面，輕型鋼屋面能夠顯著減輕建筑物的自重，因此在高層建筑中，能夠有效降低基礎(chǔ)承載壓力，降低建設(shè)成本。另一方面，鋼材的高強(qiáng)度和良好的韌性，使得屋面在承受靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷時(shí)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)屋面的拼裝和安裝較為便捷，大幅縮短了施工周期，提高了施工效率。

在醫(yī)院屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要考慮設(shè)備的布置問題。醫(yī)院的屋頂常常需要安裝空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備的排氣管道以及其他輔助設(shè)施，因此在設(shè)計(jì)時(shí)合理安排這些設(shè)備位置，避免對(duì)屋面的損害。設(shè)計(jì)人員必須確保屋面的承載力能夠滿足設(shè)備重量，并保證屋頂?shù)呐潘到y(tǒng)不受影響，避免因設(shè)備布置不當(dāng)而導(dǎo)致的積水與滲漏問題。醫(yī)院建筑的高度通常較高，屋面在風(fēng)載作用下所承受的風(fēng)壓相對(duì)較大，需考慮采用高強(qiáng)度鋼材以提高屋面的抗風(fēng)能力，并合理規(guī)劃屋面的整體形狀，以降低風(fēng)壓對(duì)屋面的影響[5]。常見的屋面設(shè)計(jì)形狀包括坡屋面和弧形屋面等，能夠有效分散風(fēng)壓，減輕風(fēng)載對(duì)建筑物的破壞。

在設(shè)計(jì)時(shí)還需進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)載計(jì)算，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，對(duì)不同風(fēng)速下的屋面承載能力進(jìn)行分析，以確保設(shè)計(jì)的安全性與可靠性。在材料選擇上，除了需要選擇高強(qiáng)度的鋼材外，屋頂?shù)倪B接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也需進(jìn)行強(qiáng)化，以確保在強(qiáng)風(fēng)條件下屋面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2.3 外立面裝飾

醫(yī)院的外立面也是其功能性的延伸。外立面設(shè)計(jì)需要兼顧美學(xué)、功能性和安全性等多個(gè)方面。在滿足建筑結(jié)構(gòu)需求的同時(shí)，醫(yī)院應(yīng)充分考慮患者和醫(yī)護(hù)人員的體驗(yàn)。鋼結(jié)構(gòu)作為醫(yī)院外立面裝飾的重要組成部分，因其優(yōu)越的物理特性和美觀的視覺效果，得到了廣泛應(yīng)用。

在現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)與玻璃幕墻、不銹鋼飾面等材料的結(jié)合，使得醫(yī)院外立面的設(shè)計(jì)具有了更強(qiáng)的現(xiàn)代感。一方面鋼材的強(qiáng)度和韌性使其能提供可靠的結(jié)構(gòu)支持，有效承受外界壓力和內(nèi)部負(fù)荷，經(jīng)過精細(xì)加工的鋼材在陽光的照射下，展現(xiàn)出獨(dú)特的光澤，能夠?yàn)獒t(yī)院塑造出優(yōu)雅且現(xiàn)代的外觀。另一方面，在醫(yī)院外立面上，鋼結(jié)構(gòu)常與高性能玻璃幕墻相結(jié)合，形成透明而通透的視覺效果，不僅能夠提升建筑的視覺美感，還能增加自然光的引入，改善醫(yī)院內(nèi)部的照明條件，從而為患者創(chuàng)造一個(gè)更為舒適的就醫(yī)環(huán)境。

2.4 抗震加固

醫(yī)院建筑通常涉及復(fù)雜的功能分區(qū)和設(shè)備布局，必須為患者提供安全、舒適的環(huán)境。

在地震等極端情況下，醫(yī)院不僅要保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還需要保證醫(yī)療設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)抗震加固提出了更高的要求。地震產(chǎn)生的震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致建筑物的變形與破壞，尤其是對(duì)于老舊建筑，可能因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或材料老化而嚴(yán)重受損。一旦建筑遭到破壞，不僅會(huì)影響醫(yī)院的運(yùn)作，甚至可能危及在醫(yī)院接受治療的患者和醫(yī)務(wù)人員的安全。鋼結(jié)構(gòu)在醫(yī)院基建工程中的抗震加固作用主要體現(xiàn)為鋼材具有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性，相比于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在承載能力上更具優(yōu)勢(shì)，但質(zhì)量卻相對(duì)較輕，使得在進(jìn)行抗震加固時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)能夠有效提升建筑抗震承載能力，而不會(huì)對(duì)建筑的整體質(zhì)量造成負(fù)擔(dān)。

鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件通常是在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)組裝，相較于傳統(tǒng)加固方式，施工速度更快，且工期更短，可以有效減少對(duì)醫(yī)院正常運(yùn)營(yíng)的影響，尤其是在需要緊急加固的情況下。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工上都具備較強(qiáng)的可塑性，能夠根據(jù)醫(yī)院建筑的實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整[6]。鋼結(jié)構(gòu)的拼接和連接方式多樣，可以滿足不同設(shè)計(jì)需求。在施工過程中，進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)前，要對(duì)現(xiàn)有醫(yī)院建筑進(jìn)行全面的結(jié)構(gòu)評(píng)估，包括對(duì)建筑物的基礎(chǔ)、墻體、梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的檢查，找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，以便制定切實(shí)可行的加固方案。

根據(jù)結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)募庸檀胧３Ｒ姷匿摻Y(jié)構(gòu)加固方式包括通過在建筑物內(nèi)外增設(shè)鋼框架，提高整體穩(wěn)定性。在關(guān)鍵區(qū)域增設(shè)鋼支撐，可以有效分擔(dān)地震帶來的水平荷載，利用鋼板包裹原有梁柱，增強(qiáng)其承載力和剛度。在設(shè)計(jì)加固方案時(shí)，需確保新增加的鋼結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)之間能夠形成有效的整體體系，從而提升建筑的抗震性能，減小地震作用帶來的影響。通過科學(xué)的設(shè)計(jì)與高效的施工，能夠有效提升醫(yī)院建筑的抗震能力，為患者和醫(yī)務(wù)人員提供一個(gè)更安全的環(huán)境。

3 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)以其高強(qiáng)度與輕質(zhì)、良好的塑性和韌性，以及優(yōu)越的耐久性，成為現(xiàn)代建筑和工程領(lǐng)域中不可或缺的重要組成部分。隨著科技的不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)材料的性能也在不斷提升，新型鋼材和連接技術(shù)的研發(fā)將進(jìn)一步拓展鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。從高層建筑到橋梁，從體育場(chǎng)館到工業(yè)廠房，鋼結(jié)構(gòu)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為建筑設(shè)計(jì)提供了更為廣闊的空間和可能性。

隨著可持續(xù)發(fā)展的理念愈發(fā)受到重視，鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用將更加廣泛，鋼結(jié)構(gòu)與其他材料的結(jié)合，如鋼混組合結(jié)構(gòu)和鋼木混合結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式，也將在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用。

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收稿日期：2024-08-19

作者簡(jiǎn)介：馬魯東（1972—），男，山東濱州人，本科，研究方向：建筑工程。