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【摘 要】 针对连云港市第一人民医院住院医技楼结构设计，本文具体介绍建筑物沉降不均匀和竖向体型不规则及抗震剪力墙合理布置等问题做的详细解决措施;介绍医院建筑的特色及对结构的要求。
【关键词】 医院建筑;竖向体型不规则;功能间降板
一、工程概況
连云港市第一人民医院住院医技楼位于新海新区，西临科苑路，南临振华东路，北面有连临高速公路，基地东、北侧西侧为水系与滨水绿化带。建筑面积：159485m2，（其中地上面积为135870m2，地下面积为23615m2）;楼层：地上住院区十三层，医技区四层;地下全区一层;建筑主体高54.900m（不含女儿墙1.5m）;住院病床位：1700床（不含ICU）;项目建设标准：三级甲等综合医院标准;建筑分类：一类高层公共建筑;结构形式：框架-剪力墙结构;抗震设防烈度：7度，抗震等级：剪力墙为一级，框架为二级;结构类别：乙类;使用年限：50年。
二、结构设计
建筑平面呈长方形，长284.5m，宽89.1米，分为ABCD四区。其中A区与B区是对称结构体型，五～十三层为高层部分;C、D区为五层框架结构体型。本文研究的是B区的结构单体，一～五层为医院的功能层，不设抗震缝，结构布置平面图见图一;五～十三层为住院部，标准层平面图见图二，设抗震缝并由抗震缝分为两个平面：L形平面（塔1）和长方形平面（塔2）。
图一 一～五层平面图 图二 标准层平面图
整个建筑高低层连为一体，形成竖向不规则建筑;根据建筑功能要求，高层部分的剪力墙集中在塔1突出部分且呈筒体布置，另一个对角由于建筑功能的要求值允许布置单片剪力墙，不利于建筑抗震。医院建筑为乙类结构，抗震设计要求很高，因此如何满足上述不利条件下的结构抗震要求是工程结构设计重点考虑的问题。
针对竖向结构体系不规则问题采取措施如下：
1、塔1：根据建筑平面布置，电梯核心筒剪力墙布置如图所示，为了减少结构扭转的影响，分别在结构左上方的对角位置、右上方布置相应的剪力墙以及在另两跨分别布置纵、横向单片剪力墙。
2、塔2：根据建筑平面布置，剪力墙布置上方的楼梯位置，为了避免质量与刚度分布不均，分别在右下、左侧位置布置相应的单片剪力墙。
塔1剖面图 塔2剖面图
3、对于标准层剪力墙布置问题，在满足整个建筑周期和位移要求的条件下，适当减少筒体剪力墙面积，加大单片的面积并设置较大端柱，使剪力墙的分布趋于均匀，同时加强单片剪力墙及周围框架柱配筋，以强化其抗震能力。
4、低层部分的顶层进行一定内收，减缓建筑物竖向体型变化的幅度，并将此层的层高适当提高以减小线刚度。
5、加强竖向体系突变部位的楼板，板厚为150cm且双层双向配筋用以强化连接。
6、此项目为底盘高度22.850m、主体高54.900m（底盘高度超过房屋高度20%）的结构类型，为竖向体型收进高层建筑结构，且为多塔楼结构;因考虑到医院项目的抗震等级已做相应提高，对本项目的体型收进部位上、下各两层塔楼周边的竖向结构构件的抗震等级不再作提高一级处理。
7、本工程结构采用PKPM系列软件中的SATWE（2012年版）结构分析与设计软件，主体结构采用空间有限元分析并考虑藕联、偶然偏心，分整体模型和各塔楼分开模型分别计算结果。整体计算结果：
地震作用下的层间位移曲线
表1 结构周期（前6个阶振形）
周期（s） T1 T2 T3 T4 T5 T6
SATWE 1.6206 1.3594 1.2524 0.8827 0.7973 0.6505
表2 计算结构位移与框架柱地震剪力百分比
地震作用 位移 Qo/Ge（%）
dmax Ratio_A
X向 塔1 1/852 0.81 19.5
塔2 1/1306 0.92 8.14
裙房 1/936 0.69 31.24
Y向 塔1 1/862 0.98 13.12
塔2 1/1248 0.81 5.28
裙房 1/936 0.65 22.72
塔1计算结果：
表3 结构周期（前4个阶振形）
周期（s） T1 T2 T3
SATWE 1.5606 1.2861 0.9858
表4 计算结构位移与框架柱地震剪力百分比
地震作用 位移 Qo/Ge（%）
dmax Ratio_A
X向 1/927 0.88 24.04
Y向 1/854 0.88 14.17
地震作用下的层间位移曲线
塔2计算结果：
表5 结构周期（前4个阶振形）
周期（s） T1 T2 T3
SATWE 1.2004 0.9979 0.7134
表6 计算结构位移与框架柱地震剪力百分比
地震作用 位移 Qo/Ge（%）
dmax Ratio_A
X向 1/972 0.94 23.00
Y向 1/974 1.00 13.42
以上措施较好的解决了竖向体型不规则的问题。PKPM结构总体坐标系中计算结果显示上下层侧向刚度比为0.78，满足《高规》竖向刚度变化的要求。地震作用下的结构层间曲线光滑，未见明显的突变。医院设计需要满足特殊的功能及设备要求，因此在结构抗震设计时具有与其他类型建筑不同的特点。针对医院建筑的刚度突变、结构不规则等特点进行了抗震弹性分析。 另由于医院建筑对洁净及使用功能上的要求，建筑物超过《混凝土结构设计规范》伸缩缝最大间距的规定。采用以下措施减少温度和混凝土收缩应力：（1）设置后浇带并填加高性能的混凝土膨胀剂的方法解决超长钢筋混凝土结构施工阶段混凝土收缩问题;（2）在顶层、底层、山墙和内纵墙端开间等温度变化影响较大的部位适当提高配筋率;（3）顶部加强保温隔热措施，外层设置外保温层;（4）顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝，将结构划分为较短的区段;（5）采用收缩少的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加适宜的外加剂;（6）适当提高每层楼板的配筋率;外墙（维护墙）在凹凸角及窗户边增设构造柱，并按规范要求加强拉结措施。
三、基础设计
本工程住院医技楼桩基础设计等级为甲级，采用直径600的预应力混凝土管桩，预应力混凝土管桩单桩抗压承载力特征值2040KN，持力层为9层（强风化云母石英片岩）;基础混凝土结构的环境类别为二a类，筏板基础的混凝土强度等级C40，地下室顶板、底板及侧墙抗渗等级P8;每隔50m做一道加强带，膨胀加强带与相邻筏板或墙同时浇筑，混凝土强度提高一级。
因为医疗工艺的需求，整个建筑物高层与低层地下室连为一体，裙房不设永久性沉降缝，基础作用在同一持力层上，如何解决差异沉降是基础设计的核心内容。本项目的基础设计方案：A、B区基础采用筏板（板厚1600mm），桩长20m;C、D区基础也采用筏板（板厚1100mm），桩长16m。除了桩基持力层选择落在压缩性小的强风化云母石英片岩上可以减小整体沉降外，采用厚板基础也可以调节高层与裙房之间可能产生的沉降差异。
基础平面图
四、设计体会
1、医院建筑具有更嚴格的抗震要求。医院作为生命线工程，根据建筑重要性分类被划为乙类建筑，抗震措施符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。
2、抗震设计受制于建筑平面的布置。医院裙房各层的功能差异较大，（1）给合理布置剪力墙带来很大困难，上部建筑最适合设置剪力墙的位置到了下部无法落地而难以实现;（2）局部功能间因不能走水而选择降板造成框架梁与次梁的连接不能直接传力，由此产生薄弱节点。
3、高层部分常设计为住院部，向阳的一侧做病房，中心区做护理站，而将电梯、楼梯间构成的剪力墙偏置，从而加大了建筑物在地震作用下的扭转效应。适量减弱楼电梯间剪力墙的刚度，同时加大另一侧剪力墙的刚度以减少刚度偏心，降低扭转效应。
4、医院建筑荷载较大。（1）设备管道较多：医疗管道、暖通管道、给排水管道等;（2）ECT、DR、DSA有防辐射要求需要考虑上下楼板及四周墙加厚等;（3）血液透析中心的降板及因考虑到隔音效果而设陶粒砖或粘土空心砖等。这些因素均使最后的荷载取值较大，设计者需要特别重视。
5、裙房部分设计为医技区、ICO病房、手术室等，平面联系密切且有较高的洁净要求，不能设伸缩缝。如何处理由此带来的不均匀沉降及抗震不规则问题，是医院建筑结构设计的关键所在，在设计中应予以重视。
【关键词】 医院建筑;竖向体型不规则;功能间降板
一、工程概況
连云港市第一人民医院住院医技楼位于新海新区，西临科苑路，南临振华东路，北面有连临高速公路，基地东、北侧西侧为水系与滨水绿化带。建筑面积：159485m2，（其中地上面积为135870m2，地下面积为23615m2）;楼层：地上住院区十三层，医技区四层;地下全区一层;建筑主体高54.900m（不含女儿墙1.5m）;住院病床位：1700床（不含ICU）;项目建设标准：三级甲等综合医院标准;建筑分类：一类高层公共建筑;结构形式：框架-剪力墙结构;抗震设防烈度：7度，抗震等级：剪力墙为一级，框架为二级;结构类别：乙类;使用年限：50年。
二、结构设计
建筑平面呈长方形，长284.5m，宽89.1米，分为ABCD四区。其中A区与B区是对称结构体型，五～十三层为高层部分;C、D区为五层框架结构体型。本文研究的是B区的结构单体，一～五层为医院的功能层，不设抗震缝，结构布置平面图见图一;五～十三层为住院部，标准层平面图见图二，设抗震缝并由抗震缝分为两个平面：L形平面（塔1）和长方形平面（塔2）。
图一 一～五层平面图 图二 标准层平面图
整个建筑高低层连为一体，形成竖向不规则建筑;根据建筑功能要求，高层部分的剪力墙集中在塔1突出部分且呈筒体布置，另一个对角由于建筑功能的要求值允许布置单片剪力墙，不利于建筑抗震。医院建筑为乙类结构，抗震设计要求很高，因此如何满足上述不利条件下的结构抗震要求是工程结构设计重点考虑的问题。
针对竖向结构体系不规则问题采取措施如下：
1、塔1：根据建筑平面布置，电梯核心筒剪力墙布置如图所示，为了减少结构扭转的影响，分别在结构左上方的对角位置、右上方布置相应的剪力墙以及在另两跨分别布置纵、横向单片剪力墙。
2、塔2：根据建筑平面布置，剪力墙布置上方的楼梯位置，为了避免质量与刚度分布不均，分别在右下、左侧位置布置相应的单片剪力墙。
塔1剖面图 塔2剖面图
3、对于标准层剪力墙布置问题，在满足整个建筑周期和位移要求的条件下，适当减少筒体剪力墙面积，加大单片的面积并设置较大端柱，使剪力墙的分布趋于均匀，同时加强单片剪力墙及周围框架柱配筋，以强化其抗震能力。
4、低层部分的顶层进行一定内收，减缓建筑物竖向体型变化的幅度，并将此层的层高适当提高以减小线刚度。
5、加强竖向体系突变部位的楼板，板厚为150cm且双层双向配筋用以强化连接。
6、此项目为底盘高度22.850m、主体高54.900m（底盘高度超过房屋高度20%）的结构类型，为竖向体型收进高层建筑结构，且为多塔楼结构;因考虑到医院项目的抗震等级已做相应提高，对本项目的体型收进部位上、下各两层塔楼周边的竖向结构构件的抗震等级不再作提高一级处理。
7、本工程结构采用PKPM系列软件中的SATWE（2012年版）结构分析与设计软件，主体结构采用空间有限元分析并考虑藕联、偶然偏心，分整体模型和各塔楼分开模型分别计算结果。整体计算结果：
地震作用下的层间位移曲线
表1 结构周期（前6个阶振形）
周期（s） T1 T2 T3 T4 T5 T6
SATWE 1.6206 1.3594 1.2524 0.8827 0.7973 0.6505
表2 计算结构位移与框架柱地震剪力百分比
地震作用 位移 Qo/Ge（%）
dmax Ratio_A
X向 塔1 1/852 0.81 19.5
塔2 1/1306 0.92 8.14
裙房 1/936 0.69 31.24
Y向 塔1 1/862 0.98 13.12
塔2 1/1248 0.81 5.28
裙房 1/936 0.65 22.72
塔1计算结果：
表3 结构周期（前4个阶振形）
周期（s） T1 T2 T3
SATWE 1.5606 1.2861 0.9858
表4 计算结构位移与框架柱地震剪力百分比
地震作用 位移 Qo/Ge（%）
dmax Ratio_A
X向 1/927 0.88 24.04
Y向 1/854 0.88 14.17
地震作用下的层间位移曲线
塔2计算结果：
表5 结构周期（前4个阶振形）
周期（s） T1 T2 T3
SATWE 1.2004 0.9979 0.7134
表6 计算结构位移与框架柱地震剪力百分比
地震作用 位移 Qo/Ge（%）
dmax Ratio_A
X向 1/972 0.94 23.00
Y向 1/974 1.00 13.42
以上措施较好的解决了竖向体型不规则的问题。PKPM结构总体坐标系中计算结果显示上下层侧向刚度比为0.78，满足《高规》竖向刚度变化的要求。地震作用下的结构层间曲线光滑，未见明显的突变。医院设计需要满足特殊的功能及设备要求，因此在结构抗震设计时具有与其他类型建筑不同的特点。针对医院建筑的刚度突变、结构不规则等特点进行了抗震弹性分析。 另由于医院建筑对洁净及使用功能上的要求，建筑物超过《混凝土结构设计规范》伸缩缝最大间距的规定。采用以下措施减少温度和混凝土收缩应力：（1）设置后浇带并填加高性能的混凝土膨胀剂的方法解决超长钢筋混凝土结构施工阶段混凝土收缩问题;（2）在顶层、底层、山墙和内纵墙端开间等温度变化影响较大的部位适当提高配筋率;（3）顶部加强保温隔热措施，外层设置外保温层;（4）顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝，将结构划分为较短的区段;（5）采用收缩少的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加适宜的外加剂;（6）适当提高每层楼板的配筋率;外墙（维护墙）在凹凸角及窗户边增设构造柱，并按规范要求加强拉结措施。
三、基础设计
本工程住院医技楼桩基础设计等级为甲级，采用直径600的预应力混凝土管桩，预应力混凝土管桩单桩抗压承载力特征值2040KN，持力层为9层（强风化云母石英片岩）;基础混凝土结构的环境类别为二a类，筏板基础的混凝土强度等级C40，地下室顶板、底板及侧墙抗渗等级P8;每隔50m做一道加强带，膨胀加强带与相邻筏板或墙同时浇筑，混凝土强度提高一级。
因为医疗工艺的需求，整个建筑物高层与低层地下室连为一体，裙房不设永久性沉降缝，基础作用在同一持力层上，如何解决差异沉降是基础设计的核心内容。本项目的基础设计方案：A、B区基础采用筏板（板厚1600mm），桩长20m;C、D区基础也采用筏板（板厚1100mm），桩长16m。除了桩基持力层选择落在压缩性小的强风化云母石英片岩上可以减小整体沉降外，采用厚板基础也可以调节高层与裙房之间可能产生的沉降差异。
基础平面图
四、设计体会
1、医院建筑具有更嚴格的抗震要求。医院作为生命线工程，根据建筑重要性分类被划为乙类建筑，抗震措施符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。
2、抗震设计受制于建筑平面的布置。医院裙房各层的功能差异较大，（1）给合理布置剪力墙带来很大困难，上部建筑最适合设置剪力墙的位置到了下部无法落地而难以实现;（2）局部功能间因不能走水而选择降板造成框架梁与次梁的连接不能直接传力，由此产生薄弱节点。
3、高层部分常设计为住院部，向阳的一侧做病房，中心区做护理站，而将电梯、楼梯间构成的剪力墙偏置，从而加大了建筑物在地震作用下的扭转效应。适量减弱楼电梯间剪力墙的刚度，同时加大另一侧剪力墙的刚度以减少刚度偏心，降低扭转效应。
4、医院建筑荷载较大。（1）设备管道较多：医疗管道、暖通管道、给排水管道等;（2）ECT、DR、DSA有防辐射要求需要考虑上下楼板及四周墙加厚等;（3）血液透析中心的降板及因考虑到隔音效果而设陶粒砖或粘土空心砖等。这些因素均使最后的荷载取值较大，设计者需要特别重视。
5、裙房部分设计为医技区、ICO病房、手术室等，平面联系密切且有较高的洁净要求，不能设伸缩缝。如何处理由此带来的不均匀沉降及抗震不规则问题，是医院建筑结构设计的关键所在，在设计中应予以重视。