浅谈医疗建筑的结构设计要点

贝斐君

【摘要】在医疗建筑设计项目中，结构设计师作为建筑设计的下游配套专业人员，需合理应对医疗建筑的结构体系、荷载取值、功能要求的特殊性，才能最大程度发挥专业优势，推动项目的顺利进行。

【关键词】医疗建筑；结构设计；设计要点

1、前言

目前，传统设计院很少配备专门从事医疗建筑设计的团队，如果以落后的设计理念，采取盲目照搬式的、缺乏前瞻性的设计，势必造成建筑功能与新技术的不配套，影响科室的医疗功能和经营运行，甚至在医院建设道路上埋下隐患。结构设计需要针对医疗建筑的特殊工艺，提出一系列预见性问题及解决方案，这样才能增强设计配合，最大程度上减少设计返工和降低工程成本。为节约用地，目前以门诊 + 医技 + 住院楼的形式较为常见，通常简称为医疗综合楼。

2、结构方案

1）建筑高度和结构体系。对于医疗建筑设计来说，建筑高度是项目投标阶段中结构专业需要参与论证的首要问题，建筑高度直接影响结构体系的选择和工程经济性。确定了建筑的高度之后，才能选择与之匹配的结构方案。框架结构体系是多层公共建筑的最优选择，但由于其抗震性能较差，特别是在9度高烈度地区的高层建筑，该体系已禁止使用。针对不同高度可以采用框架-剪力墙、框架-核心筒、筒中筒以及混合结构，从城市设计高度规划和地震安评工作的要求出发，大多医疗建筑的高度在100米以下，采用框架-剪力墙、框架-核心筒结构的经济性较好。

2）结构高宽比和长宽比。医疗建筑的标准层平面（住院楼）一般采用走廊两边为病房的内廊式布局，由于受到公共建筑自然采光和通风要求的限制，建筑轮廓较为狭长。我国规范对高层建筑的最大高宽比和最大长宽比都有明确要求，建筑平面较为狭长或者有大开洞或凹凸时，要考虑设置抗震缝。而抗震缝的防水处理和双排抗侧力构件脱缝设计往往使建筑师难以接受，所以大多采用有效的构造措施和施工措施，减少温度和混凝土收缩对结构的影响，例如加强保温隔热措施、增加温度钢筋、设置后浇带等。

3）平面不规则和竖向不规则。我国抗震规范、高层建筑技术规程对建筑不规则的限制非常严格，极大的限制了医疗建筑结构设计的发挥空间。在建筑方案阶段应尽量减少高位转换、塔楼偏置、错层连体等多重复杂不规则设计，以保证结构安全性和合理性。值得注意的是，扭转不规则在大型公共建筑的设计中不可避免，应尽量保障竖向抗侧力构件的连续和侧向刚度的规则，当出现三项及以上的不规则指标时，应进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

3、医疗综合楼几个特殊门诊做法

X、CT、MR、DSA等房间都离不开“放射”两字，相应规范有严格要求，为防止射线外溢，这类房间的底板和顶板板厚通常不小于200mm，因为控制室一般在“放射室”外，为防止射线沿电线孔和其它预留管道孔向外泄漏，结构设计时通常将结构底板比建筑面层降低300mm，使电线和其它预留孔在建筑面层以下，做好管线铺设后再用混凝土回填至相应标高。

有些医院还配置了“加速器治疗室”“诺力刀治疗室”，其超强辐射使得六面钢筋混凝土墙（板）厚度均接近或超过1000mm，虽然墙（板）的厚度、预留预埋要求设备厂家均会给出相应要求，如混凝土墙上的检测孔在垂直方向和水平方向均应倾斜45°，电缆沟、排风管穿过防护墙时也不会直线预留，而是折线设置避免辐射，治疗室顶部的风管留洞端头会设置钢筋混凝土防辐射挡板等，这些都不要结构设计人员过多的思考，但关键是大体积混凝土的浇筑将产生大量的水化热，如果浇捣过程中不及时进行降温处理，钢筋混凝土将烧坏，像此类特殊构筑物，钢筋应采用焊接接头（治疗室墙板加厚处钢筋要断开），同时对混凝土也有一定要求，需采用低热混凝土，应选用级配良好的骨料，并应严格控制砂、石的含泥量，使其不超过相关要求，添加的外加剂应具有缓凝作用和高效减水作用，混凝土密度需大于24kN/m3，要满足大体积混凝土施工规范要求，“加速器治疗室”“诺力刀治疗室”需一次性浇捣完成。为确保混凝土浇捣质量，作为设计单位的结构专业，应提醒甲方和施工单位，做好大体积混凝土的施工预案，必要时请专家评审会进行评审，通常要在混凝土中预埋降温水管，该降温水管的大小和排布方案要通过计算获得，最后管道内要用混凝土压力灌实，条件允许的情况下可选择冬季施工，其它季节也建议当日气温较低时浇灌混凝土，施工前要做好混凝土的供应预案，必要时还需同交通部门衔接好，避免浇捣过程中混凝土量供应不足而形成施工缝。

医院通常配备有口腔科，由于其特殊性，很多工作台处需配置洁净水点和污水排出管，管道众多，设计时通常将口腔科区域的结构板降低300，将给水、排水管铺设在内再用轻质填料填实，这样既方便日后的维修，更方便日后的改造，做到美观实用。

医疗建筑往往具有繁多的科室功能、漫长的设备比选，医院通常设置有手术室，手术室有严格的净化要求，通常配有规模不小的“净化机房”，暖通专业的通风管道大而且多，需要在结构楼板上预留洞口，结构设计开始时，往往甲方还没有定下设备厂家及设备型号，结构选择较为合理的梁板布置可以为以后的复核带来方便，如选择井字梁的布梁方式，使以后的留洞在井字格内某一块板范围内，便于设计的修改。

4、结构设计要点

1）荷载选择

《建筑结构荷载规范》GB50009中对建筑所需要的材料容重和荷载选择都有明确的取值范围，能满足大多数公共建筑的设计需求。然而，医疗建筑设计需要确定各科室功能、医技布置、医疗设备、机电设施等多种非规定性荷载取值，并且楼板错层、人员流线和各设备进出活荷载也给结构设计带来难度。医疗建筑活荷载需要根据各功能房间的设备荷载和人流进行取值，如门诊、医技位置的走廊、候诊室荷载建议取3.5kN/m2。另外需要预留大型设备吊装时所需的后浇板位置。設备运送叉车的净高要求和移动荷载在设计中常被忽视。

2）地上楼层设计

医疗综合楼的标准层虽然以病房为主，但综合楼裙房部分的房间通常为医技和门诊，功能布局都不相同，如果全部采用墙下布置次梁的方式，不仅平面框架梁板布置凌乱，建模复杂，并且在设计过程中修改布置和校对审核都非常麻烦。通常采用轻质墙板灵活布置的方式，适当减少次梁数量，将墙板荷载折算成满布楼板均布荷载，并且适当增加楼板负载的富余量。还有框架柱设计的尺寸应与医疗功能房间配合设置，尽量使矩形框架柱的长边在建筑宽度方向，充分发挥其抗震性能。剪力墙设置在两个交通盒区域，并且保证外框架与剪力墙搭接处的锚固施工方便，可在剪力墙中适当设计用于框架梁与剪力（下转66页）（上接64页）墙平面外搭接的端柱。

医院的水处理室和去污区等楼板错层较大处应采取加腋措施，加强梁的抗扭作用。手术室楼层和设备层常有局部楼层电梯，当不允许电梯基坑落地或者需要做双层板时，可适当考虑吊板大样。卫生间及降板房间的梁标高需要考虑隐藏高差，降板边界处的梁可按反边大样设计。

3）其他设计难题

医院建筑结构设计容易出现两个难题，需要引起结构工程师们的注意。第一个是医疗工艺设计的滞后，第二个是改扩建医院的新旧建筑连接问题。虽然设计总负责人在设计初期能够预见工艺设计配合进度的迟缓，但是由于医院各科室的设备要求、物质流线和后勤流线都无法较早确定，所以像污水处理池之类的工艺图纸迟迟不能提交，更有甚者是，在结构施工图设计较长一段时间后，相关专业才提交污水处理池和补充污水应急池等。这种情况下，结构工程师需要重新复核结构安全性，并配套完成处理池的各种预留预埋问题，后期工程服务过程更加繁琐和困难。

新旧建筑连接不仅仅是地面的走廊连接，还涉及到地下管廊设计、基础避让、嵌固端可靠性等问题。旧有的医院大楼往往不能满足现行的医疗技术、医疗设施、消防、抗震的新需求，同时结构设计还需要克服地形复杂、楼层高差等不可避免的困难。

结语：

综上所述，医疗建筑结构设计属于复杂性和综合性的工作。结构工程师们在面临医技功能繁杂、荷载分类较多，楼板开洞错层等问题的时候，需要兼顾考虑医疗工艺设计的滞后性，预留荷载富余和设计容错空间；在进行医院改扩建工程设计时还应考虑地形和原有基础对新建筑的影响，细致、全面、负责、冷静地应对设计中遇到的问题，在全面掌握和理解医疗建筑的结构体系、荷载取值、功能要求的特殊性之后，最大程度发挥专业优势，推动项目的顺利进行，最终实现医疗建筑功能需求。