浅谈南阳市骨科医院新院门诊病房综合楼结构设计
1.工程概况
本工程为河南省南阳市骨科医院新院工程,包括病房楼、门诊医技综合楼，效果图如图1所示。位于南阳市独山大道和信臣路交叉口西北角魏营村八组。该场地位于南阳市中心城区白河右岸Ⅱ级阶地，地貌形态单一，大部分地带地势相对平整，高低起伏不大。工程总建筑面积93838.66平方米。
本工程病房楼地上十二层，地下二层，建筑结构高度为45.80m；门诊医技综合楼地上七层，地下二层，建筑结构高度为29.95m。病房楼与门诊医技综合楼在地上部分采用连廊连接。地下二层层高为5.5m， 地下一层层高为5.1m，病房楼一层层高4.5m，二~四层层高3.9m，五层层高4.2m，六层以上层高3.6m；门诊医技综合楼一层层高4.5m，二~四层层高3.9m，五层以上层高4.2m。结构平面布置如图2所示
2.地基基础
2.1地质条件
该场地位于南阳市中心城区白河右岸Ⅱ级阶地，地貌形态单一，大部分地带地势相对平整，高低起伏不大。
拟建场区经钻探揭露的地层由第四纪晚更新、中更新冲洪积物组成，场区地层自上而下可分为6层，分述见表1。
表1 场地土层分布及性状
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编号 |
土层岩性 |
土层厚度(m) |
承载力特征值(KPa) |
压缩模量 Es（MPa） |
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1 |
耕土 |
0.3-0.6 |
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2 |
粉质粘土 |
2.0-7.5 |
150 |
8.1 |
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3 |
粗砂 |
1.2-5.3 |
170 |
12.2 |
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4 |
泥质含卵砂砾 |
2.7-15.6 |
200 |
18.5 |
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5 |
含卵砾砂 |
11.4-12.6 |
240 |
27.0 |
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6 |
粘土 |
未揭穿 |
260 |
14.7 |
本工程病房楼主楼采用筏形基础，主楼筏板1200mm厚，基础底板底标高除注明外均为-12.300m。纯两层地下部分采用柱下独立柱基加防水板，板厚400mm,基础底板底标高除注明外为-12.30mm。基础以第4层泥质含卵砾砂层为持力层，承载力特征值为200Kpa。
本工程门诊医技综合楼采用柱下独立基础加防水底板，防水底板板厚400mm,板底标高为-12.30m, 基础底标高除注明外均为-12.30m。基础以第4层泥质含卵砾砂为持力层，承载力特征值为200Kpa。
3.结构体系及分析
3.1结构选型
病房楼、门诊医技综合楼与连廊相接处皆采用缝宽200mm的抗震缝在±0.000以上分开。病房楼、门诊医技综合楼采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，抗震等级：框架二级，剪力墙一级。连廊部分采用混凝土框架结构,抗震等级：框架一级。计算地震作用时,多遇地震作用下的水平地震影响系数为0.08，基本地震作用下的水平地震影响系数按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）取值为 0.23，抗震措施按抗震设防烈度8度考虑。连廊部分及门诊医技楼的大门厅处构件，采用性能化设计，构件满足中震抗剪弹性，抗弯不屈服。
通过设抗震缝后所分成的病房楼单体，结构平面属于L形，历次地震灾害表明，平面不规则的结构在地震中震害加重。因此结构设计时宜选择体型比较规则的平面，受力明确，传力直接，减少扭转的影响。若由此将病房楼再从T轴处设一道抗震缝，尽管结构平面规则了，但是在医疗工艺上，由于抗震缝跨越了两个洁净区域，会导致洁污交叉感染。因此考虑到本工程设防烈度不高（0.10g），因此病房楼不再设抗震缝，而是采取如下加强措施来减小这种由于体型不规则所带来的不利影响。
1).严格控制结构的绝对位移。在考虑偶然偏向以及双向地震作用下，层间位移角达到1/1200.
2).加强L形转交薄弱部位板厚及加大梁截面。
病房楼由于使用要求，采用现浇混凝土梁板体系。混凝土强度等级为C35，典型框架梁截面为400x700，次梁截面为300x600；地下室顶板板厚180mm，整体性及抗震性能优良。标准层楼板厚度一般为120mm，楼板薄弱处以及开大洞周边板厚为150mm。
3.2病房楼超长
病房楼长约102m，较大宽度约为48m，且不设变形缝，其标准层典型平面简图如图3所示，其长度远远超过了《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求。同时，结构布置上，为了不影响建筑功能要求，剪力墙沿交通核周边布置，在结构两端，由于布置了较多剪力墙，对楼盖两端起到了很大的约束作用，因此有必要进行温差效应分析。
图3 病房楼标准层典型平面简图
工程地下室顶板平面尺寸94mx151m，地上通过抗震缝分成各个单体，地下连为一体。地下一层顶板温度应力不容忽略。依据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），南阳市本地基本气温最高为360C，最低为-70C，工程合拢时间为10~250C，因此结构的最大温升为260C，最大温降为-320C。工程采用MIDAS Building对结构进行整体分析。有限元分析显示，在降温320C工况下，板的最大温度拉应力为2.6MPa，通过分析温差效应计算结果采取以下构造措施来控制温度应力：
1).设置间距不超过30m的温度后浇带，该缝在施工后两个月用高一级的微膨胀混凝土浇筑；
2).采用低水化热的水泥配置混凝土，并适量加入粉煤灰。
3).采用碎石骨料配置混凝土。
4).混凝土中按试验配比添加HE-O抗裂防水剂。
5).混凝土中掺加聚丙烯化学纤维（HDC-PP纤维），掺量为 0.8kg/m3。
6).提高混凝土梁、板的配筋率标准。
7).施工时应严格控制水胶比，注意养护，并采取合理的施工工序。
4.结构设计中特殊问题处理
4.1荷载取值
医院做为重点设防类（乙类），建筑功能复杂，活荷载取值有其特殊性，现行的《建筑结构荷载规范》对很多医院功能房间的楼面活荷载没有明确规定。笔者参考《全国民用建筑工程设计技术措施》中关于楼面活荷载的规定，以及结合医院具体施工工艺，对于本工程的主要楼面活荷载取值，如表2所示：
表2 门诊病房楼活荷载取值
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序号 |
用途 |
取值（KN/m2） |
序号 |
用途 |
取值（KN/m2） |
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1 |
口腔科 |
4.0 |
4 |
手术室 |
3.0 |
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2 |
DSA |
5.0 |
5 |
变配电室 |
10.0 |
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3 |
UPS |
13.0 |
6 |
血库 |
5.0 |
4.2层高
目前病房楼常做的层高为3.8米以上，本工程受限于规划条件，建筑层高只能做到3.6米，由于病房楼设备管线较多，且建筑走廊净空要求在2.5米以上，因此对于结构的梁高有严格限制，根据本工程柱网布置特点，走廊框架梁做成宽扁梁600x400(高)，并控制宽扁梁的挠度以及裂缝。
4.3门诊大厅
门诊大厅是门诊楼的入口和非常重要的交通枢纽，对表现医院形象起到很关键的作用。山东省建筑设计研究院第五分院做为绿色医院设计的倡导者和领导者，在南阳市骨科医院新院门诊楼大厅的建筑设计中，巧妙的引入了绿色、阳光等元素。结构专业为了改变门诊大厅以往沉闷的内部空间，实现门诊大厅开阔的空间感受，去掉大厅中三根框架柱。
门诊大厅三层以上楼面处，由于去掉框架柱所形成的大跨度框架梁，方案阶段拟采用以下三种方案：
1）.转换梁
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，转换梁的截面高度不宜小于计算跨度的1/8，因此本工程中转换梁至少应为2m高，如此高的转换梁将压低门诊大厅净空高度，给人一种压抑感。
2).型钢混凝土梁
采用型钢混凝土梁，挠度、裂缝能很好的满足，但是与型钢混凝土梁相连的框架柱配筋较大，出现超筋情况，若采用型钢混凝土柱，梁柱节点处钢筋仍然比较多，施工麻烦，且很难满足强柱弱梁。
3). 井字梁布置
钢筋混凝土井字梁的经济跨度一般控制在20m内，长跨跨度L1与短跨跨度L2之比 L1/L2最好是不大于1.5，本工程中由于建筑立面要求，9轴处框架柱需要内退，导致长跨与短跨之比大于1.5，故采用正交井字梁不合适；考虑采用斜向井字梁，常用井字梁的截面高度一般取1/20~1/15，现拟采用0.85m梁高试算，周边框架梁截面为450x900，井字梁截面为300x850。
计算结果表明，采用斜放井字梁，梁高只有0.85m，能够满足建筑功能对于净高的要求，且井字梁受力比较合理，框架柱没有出现配筋率超限情况，挠度减小且变化缓慢，符合规范限值要求。
小结：
1）.方案阶段，对于抗震缝的设置应进行充分的论证。既要满足结构专业，同时需要考虑建筑使用功能，立面处理。本工程病房楼采用不设抗震缝的方案，虽然计算工作量较大，但避免了设抗震缝划分单元后，对建筑功能造成不便。同时与各专业加强沟通协调，使结构体系更加合理完善，设计出安全经济适用美观的作品。
2).医院建筑功能复杂，活荷载取值有其特殊性，医疗设备用房的荷载取值，应根据具体用途、具体设备来确定。