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摘 要：建筑结构是支撑和满足建筑空间环境及功能的力学体系,结构设计是一门历史悠久而古老的学科,并随着科学技术及新材料的发展而不断进步。文章介绍了陕西省核工业二一五医院整体迁建项目的结构设计，介绍了地下室超长结构的设计方法，着重论述了医院设计中医技楼的相关设计问题，以及医疗设备用房结构设计中应注意的问题。
关键词：二一五医院 超长地下室 直线加速器室
Abstract：It is briefly introduces problems of the basement super long ;It is illustrates the handling methods of design retaining wall ；this paper present experience of design medical technical building by this project, It is introduce the design method of the medical equipment and the linear accelerator room.
Key words：Two hundred and fifteen hospitals Over-length basement Medical technical buildingLinear accelerator room
一、工程概况
本工程为陕西省核工业二一五医院整体迁建项目，包括门诊、医技、病房楼，地下2层，地上12层。包括:车库、设备用房、直线加速器室、药房、检验科、病理科、计算机房、中心供应、血库、手术部、产科、儿科、ICU及相关科室病房、会议室等，是一所三级甲等综合性医院。
本工程总建筑面积91231m2，其中地上面积74060m2，地下面积17171m2。建筑物总高度48.85m，地上总宽度为73.50m，总长度为101.40m。地下室部分连为一体，地面以上设缝分为A区、B区两栋12层高层建筑。抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度值0.2g，设计地震分组为第一组，场地类别II类，属于乙类建筑，地震作用按8度计算，抗震构造措施按9度设计。
二、地基基础
（一）地质条件
场地地貌单元属渭河一级阶地，地形平坦，自然地面标高388.73m ～389.33m。地下水位在379.12m～380.19m之间变化，属潜水类型，地下水对混凝土无腐蚀性，场地环境类别为Ⅲ类。根据室内土工试验结果，二层黄土仅个别土样的湿陷系数δS3.0≥0.015，所有土试样的自重湿陷系数δzs＜0.015，拟建场地可按非湿陷性黄土场地考虑。场区在钻探深度范围内所揭示的土层，主要分布见表1。
（二）基础设计
基础采用梁板式筏板基础，底板厚700mm，局部剪力墙井筒下板厚1400mm，基础反梁850mm×1000mm。地下室外墙厚400mm。基底标高为-11.70m，持力层为4层粉质粘土，fak =190kPa。经深度修正后，地基承载力满足要求。由于建筑功能需要，基础及地下室部分不设缝，连成一体。
（三）地下室超长问题
按照混凝土规范要求，一般长度超过4m～555m即须设伸缩缝，地下室结构更是30m即要求设缝。而实际工程中，变形缝的设置经常与建筑平面使用功能要求有冲突，而且地下室变形缝止水处理难度很大，处理不好容易出现渗漏。因此，实际工程中变形缝间距大大超过了规范的要求，地下室部分虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边土的约束作用较强，结构超长问题的重要性仍不容忽视。
本工程地下室结构尺寸为114.00m×73.50m。为了解决地下室超长的问题，在114.00m的中间位置横向设置了一道伸缩后浇带，宽800mm，钢筋贯通不断开，在浇完混凝土60d后，采用高一级的微膨胀混凝土浇筑。后浇带两侧设密孔钢丝网，防止主体混凝土流入后浇带，在封闭前两侧应清理凿毛，适当加大该处梁、板的配筋量，浇筑时应振捣密实，并加强养护。
对于平面尺寸特别长的地下结构，应采用钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带宽度按钢筋搭接所需的最小尺寸和必要的操作空间确定。规范要求后浇带一般间距40m～60m设置一道，但实际工程中，过多的后浇带将给施工带来很大地不便，同时也造成渗水隐患。因此，本工程竖向73.50m处未设后浇带，通过以下几点解决局部超长的影响：
设计中适当加大了底板及楼板的分布钢筋配筋率；
采用低强度等级的混凝土，筏板基础的混凝土强度等级取C30，在满足承载力及防水要求的前提下，混凝土强度等级宜控制在C35以下；
施工中，混凝土加入适量的膨胀剂，施工缝处设置膨胀止水条，同时要求施工单位控制施工质量，加强混凝土的养护等。
三、上部结构
本工程地面以上设缝分为A区、B区。A区主要功能为门诊和病房，B区主要功能为医技和病房。
A区建筑物地上总宽度为73.50m，总长度为46.27m。地上12层，一～四层为门诊，包括肠道科、儿科、发热门诊、外科、五官科、内科等，四层上为管道夹层，五～十二层为病房楼。结构形式采用框架剪力墙结构，框架抗震等级为一级；剪力墙抗震等级为一级。
A区一层门诊大厅要求两层通高，大厅开洞面积较大，设计中对二层、三层洞口两侧的楼板局部加强，板厚增加到150mm，配筋采用双层双向拉通配筋，同时构造增大洞口周边的梁的配筋。A区二层平面布置图。
B区建筑物地上总宽度为73.50m，总长度为54.30m。地上12层，一～四层为医技，包括CT室、MRI室、CR、DR、钼靶机、X光室、DSA等医疗用房，五层为手术室，五层上为设备层，六～十二层为病房楼。房屋总高度48.85m，结构形式采用框架剪力墙结构，框架抗震等级为一级；剪力墙抗震等级为一级。B区地上部分平面图，详见图2，其各种设备用房的设计将在后面详细论述。
四、特殊问题处理
（一）地下室局部挡土墙处理
工程地下二层为车库，由于院区地上场地紧张，无法设置停车位，而甲方又要求保证一定的车位数量，因此，该项目采用了机械停车位，在仍不满足数量的情况下，在整个建筑物北侧加出长73.50m、宽12.60m（两个6.30m柱网）的面积，设计了5层立体停车位。地下二层建筑标高为-10.50m，考虑室外管网布置需要的2.0m覆土外，总高度为8.50m，仍不能满足5层立体停车的高度要求，经过与建筑和设备专业讨论，决定将基础底板局部下挖2.0m，以满足高度要求。停车位剖面图，详见图3。
此处挡土墙高度从基础底板板面标高-12.60m到-2.15m,总高度为10.45m。挡土墙计算荷载考虑如下：
地面恒载：2.0m覆土 ，2.0×18=36kN/m2；
地面活载：消防车通行，16kN/m2；
地面荷载：q=36+16=52 kN/m2；
简化计算得：墙顶A点的土压力σ1=26kN/m2
墙底B点的土压力σ2=120 kN/m2。
假定计算模型为梁，下端固定，上端简支。控制裂缝宽度为0.3mm（考虑建筑外墙防水的作用，适当放宽裂缝要求），计算截面的大小由1000mm×500mm试算，截面超筋，调整截面到1000mm×700mm，理正计算根部配筋为As=9651 mm2，配筋过大仍无法配筋。而且此处R轴北侧距建筑红线仅为2.5m，考虑施工放坡等因素的影响，外墙外轮廓为轴线外500mm，已是极限尺寸。另一方面，车位柱网6.30m处也已做到了机械停车位的极限尺寸，外墙厚度直接影响车位净距，最大允许值为600mm厚，因此，此处和建筑专业商量，在每个机械停车单元之间加一道混凝土墙。按板计算，最终可确定墙厚为550mm，满足各方面要求。
（二）医技楼结构设计
医技楼设计是医疗建筑设计中的重要部分，这里结合本工程对医技楼结构设计的相关问题做简单介绍。
1．楼面均布活荷载取值
医技楼的建筑布置主要是医疗设备用房，包括模拟定位、后装、ECT、CT室、MRI室、CR、DR、钼靶机、X光室、DSA等。这些设备用房设备荷载很重，设计中应充分考虑。
根据设计经验及了解的相关厂家资料，总结其设计荷载取值。
2.医疗设备用房的结构设计
依据《医用诊断X线卫生防护标准》GBZ130―2002、《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》GB18871―2002、《医用电子加速器放射卫生防护标准》GBZ126―2002等相关标准,后装、模拟定位、CT、MRI、DSA及X光室医疗设备房间均需要考虑防辐射要求，根据厂家的相关资料及建筑专业所提的相关要求，这些医疗用房均需考虑6面体防辐射影响。
防辐射方法有以下几种：
（1）墙体采用混凝土墙体或实心砖墙。混凝土墙体和实心砖墙各有利弊，分析如下:
采用一定厚度混凝土墙体作为围护时，通常有两种做法：第一，与主体结构整浇。这种做法施工方便，屏蔽效果好。但对于结构整体计算不利，整体计算时须计入混凝土墙体的刚度作用，会产生刚度突变，当围护墙非对称均匀布置时，应考虑质量和刚度的差异对主体结构抗震的不利影响；另外，对于防护门及防护窗洞口位置的留设要求准确，以保证后期安装的要求，对施工要求较高。第二，不与主体结构整浇，同二次结构一同浇筑。如果采用这种后浇法，结构计算时将混凝土墙按外部荷载输入，受力简单明确。但缺点是施工困难，需要留设插筋；同时作为非结构构件，按照《建筑抗震设计规范》的要求，与主体结构应采用柔性连接，这种柔性连接的构造做法与防护要求相冲突，最终还要在局部加铅板防护。
采用实心砖墙作为围护结构时，其优点是施工简单，墙体厚度不宜过薄，根据以往经验，240mm砖墙很难满足防护要求，根据环保局及卫生厅监督局辐射防护机房的验收标准，当不能满足要求时，要通过铺加铅板或涂刷含钡砂浆来提高防辐射能力。这里建议采用360mm厚的实心砖墙，对于通常的设备应该可以满足防辐射要求。缺点是墙体的砌筑受砂浆及砌块质量的影响，也与工人的砌筑水平有关，当验收不满足要求时，需要增加铅板，增加造价。
权衡以上分析，建议采用360mm厚实心砖墙较为合理。
（2）地板及顶板采用现浇混凝土厚板结构。本工程B区二层楼板平面图详见图4。图中医疗设备用房墙体采用360砖墙。楼板厚度300mm，顶板厚度也为300mm，均采用厚板结构，同时与其相连的图中阴影部分为设备房间相应的控制机房，控制机房与设备用房之间需要有较多管线通过，因此与设备房间一起降板300mm，以满足设备管线铺设的要求。这样地面做法为300厚混凝土板+300厚垫层材料，基本可以满足防护要求。另外，医疗设备建筑房间的布置应适当考虑结构的主梁位置，避免设备主机的正上方正对框架梁，这是由于梁的含钢量相对板较高，在主机上方磁力线范围内，对建筑物的含钢量有要求，如果有梁通过，不能满足含钢量的要求。顶板结构布置详见图2。
3.直线加速器室的结构设计
直线加速器室布置在地下一层，与主体结构设缝分开，形成独立结构。平面图见图5，剖面见图6。
为满足防辐射要求，直线加速器室墙体及顶板厚度为1300mm，局部要求2500mm，为大体积混凝土结构。大体积混凝土施工过程中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部升温幅度较其表层的升温幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程中，混凝土各部分的温度变形、由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的温度应力，是相当复杂的。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。为了防止裂缝生成，应采取一定的措施。
（1）原材料要求。大体积混凝土浇筑后水泥的水化热很大，为降低水化热，应采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥，并要求为同期、同一规格、同一厂家的产品。
采用强度高的骨料。本工程要求混凝土密度不得小于2.40g/cm3，强度等级为C35。为减少水泥用量，石子要求粒径较大，级配良好。砂子要求采用中砂，含泥量小于1%。
（2）混凝土表面温差应控制在20℃以内。混凝土浇注初期，龄期很短，抗拉强度很低，此时如果温差产生的表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。为了避免裂缝产生，混凝土的表面温差应控制在20℃以内。施工前应进行温度和温度应力的计算，根据温差要求预先采取相应的技术措施，施工时应布置测点进行测温，在养护期间也应进行测温，应保持混凝土表面潮湿的养护环境。
在施工过程中，应对混凝土的温度进行严格限制。
施工时应该采用有效的方式，例如使用预冷混合水、增加冰块等以确保混凝土的温度在浇筑砼时不超过25℃；
在混凝土浇筑完毕之后，混凝土结构任何部分的最高温度不应该允许上升到70℃以上；
如果大体积混凝土不是一次浇筑完成的，施工时应注意以下几点：
浇筑阶段的温度都不应超过限定的差异温度；
结构由于温度变化产生的应力不应导致拉裂缝；
施工缝应该特别处理以保证结构的完整性。
（3）水平施工缝。混凝土墙体沿高度设置两道水平施工缝，一道在底板以上800mm，另一道在顶板以下800mm，要求施工缝间混凝土应一次浇捣完成，不得在墙体内留任何竖向施工缝。具体做法见图7。
（4）设备留洞做法。由于防辐射要求，设备专业不能直接留洞，一般采用“Z”字形做法，构造做法见图8。
五、结束语
综上，主要对陕西省核工业二一五医院整体迁建项目的结构设计进行阐述，尤其是在地下室设计中，介绍了地下室超长结构中后浇带的应用，同时从材料、设计、施工几方面论述了解决超长的方法。并着重论述了医院设计中医技楼的结构设计问题，由于医疗建筑中的一些功能要求，医技楼的板厚、面层做法、有水房间的设置等等都对结构设计有一定的要求，重点总结了一些特殊用房的具体做法。而在医疗设备用房中，讨论了直线加速器室的设计，直线加速器室属于大体积混凝土结构，从材料及施工等方面提出了大体积混凝土设计、施工的相关要求。另外，为了满足直线加速器室的防辐射要求，给出了设备专业留洞的具体构造做法。通过总结医技楼结构设计的一点心得，希望对医疗建筑的结构设计者们有所帮助。
（责任编辑凌云）
参考文献
［1］GB50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.
［2］JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.
［3］全国民用建筑工程设计技术措施―结构［S］.北京： 中国建筑标准设计研究院，2009
