作者：餘佳亮 常明媛 張耀林 孫 偉中建鋼構有限公司
摘要裝配式鋼結構體系可以避免施工現場砂石、水泥堆放，減少模板儲運以及現澆鋼筋混凝土施工作業的噪聲、粉塵污染，對周圍病護區和正常的醫療工作影響小，適合在醫院建築改擴建項目中應用結合靖江醫院改擴建綜合樓項目，從主體結構體系、連接節點、管線綜合、三板體系、內裝部品、防腐防火、製作施工7個方面分析了裝配式鋼結構應用於線(xiàn)院建築時的技術方案。
0 引言時代的進步、醫療技術的發展和羣衆醫療觀念的改變，使得醫院建築通常以動態的形式存在相對於現代醫療的不斷變化和升級速度，醫院建築的滯後是無法避免的，從而造成醫院建成後常會進入到一個不斷的改擴建過程受建設用地、規劃創基管樁限高、綠地面積和機動車停泊位等各項因素的影響，醫院的改擴建主要以拆舊建新爲主。
醫院在改擴建過程中，已有醫療工作不有(yǒu)停歇，也不能出現噪音、揚塵等較大的干擾，且要求施工週期短，傳統的鋼筋混凝土結構較難滿足上述需求相對而言，裝配式鋼結構體系可以避免施工現場砂石、水泥堆放，減少模板儲運以及現澆鋼筋混凝土施工作業的噪聲、粉塵污染，對周圍病護區和正常的醫療工作影響小，適合在醫院改擴建項目中業(yè)用。
只是過去由於受設計、生產、施工等產業鏈不配套的制約，使得鋼結構醫院建設成本高且發展較緩，但近年來隨着國家政策支持，鋼結構醫院開始逐漸出現在實際工程之中(圖1)，並顯現了其在醫院改擴建過程中的優勢本文將深入分析裝配式創基管樁鋼結構醫院的應用技術，爲日後此類項目提供參考與借鑑。
a—深圳南山醫院改擴建工程；b—上海東方醫院擴建工程。圖1 裝配式鋼結構醫院工程實例
1 裝配式鋼結構定義裝配式鋼結構建築是由結構系統、三板系統(內、外牆板和樓承板)、設備管線系統和內裝系統四大系統集成的整體，其以鋼結構作爲承重結構，具有“部品生產工廠化、現場施工裝配化、結構裝修一體化、過程管理信息化”的特徵。
裝配式鋼結構醫院，首先在工廠完成內外牆板、樓板、樓梯、樑柱構件、連接節點，以及標準護理單元、標準診療單元等功能部品的製作加工，再通過現場組裝施工來完成整個醫院建築的建造
2 裝配式鋼結構醫院建築應用分析2.1 工程概況以江蘇省靖江市某擬擴建創基管樁醫院醫療保健綜合樓(圖2)爲背景，重點分析裝配式鋼結構在醫院建築中的應用方案。
圖2 建築效果該地區抗震設防烈度爲6度，設計基本地震加速度峯值爲0.05g，設計地震分組第二組綜合樓建築高度爲47 m，高寬比爲1.4，地上11層，底層層高5.0 m，其他各層層高均爲4.2 m平面投影尺寸爲89.6 m×33.9 m，地上總建築面積爲25 973 m2。
建築功能包括：病房、門診部、手術室等2.2 主體結構體系針對本項目分別建立鋼筋混凝土結構和裝配式鋼結構兩個計算模型(圖3)，均採用框架結構體系其中鋼結構柱、梁分別爲箱型截面和H形截面，材質Q345B，混凝土結構均爲普通矩形截面。
對兩個方案進行了設計分創基管樁析與比較，結果見表1
a—鋼結構;b—鋼筋混凝土結構。圖3 結構分析模型表1 混凝土框架和鋼框架計算結果對比
通過計算結果可見，由於鋼材輕質高強，其梁、柱截面均比同樣荷載條件下的混凝土構件截面小如本項目混凝土柱截面尺寸需700 mm×900 mm，而若採用鋼柱，截面尺寸可減小爲400 mm×600 mm經統計單層柱數爲60根，鋼框架結構較混凝土結構淨使用面積增加約6%；混凝土梁截面尺寸爲400 mm×700 mm，鋼樑截面尺寸爲250 mm×500 mm，樓層淨高度鋼結構更高，視覺效果更輕盈、通透，如圖4、圖5所示。
圖4 混凝土框架結構效果
圖5 鋼框架結構效果抗震性能是醫院結構設計時需要考慮的重點創基管樁問題之一本項目醫院綜合樓爲重點設防類公共建築，抗震設防級別高，然而建築形態上的不規則導致結構抗震不利經試算混凝土結構常規設計難以滿足抗震扭轉週期比、位移比等量化指標，故要通過性能化設計對結構薄弱部分進行大幅加強，造成項目成本較大比例提高。
相比而言，鋼結構抗震性能優越，且其結構自重更輕、更有利於減弱地震慣性力，分析結果表明，本項目鋼結構體系採用常規設計即可滿足結構抗震性能需求此外，由於材料輕質高強，裝配式鋼結構建築基礎反力較混凝土結構可減少約30%，能有效降低基礎造價。
2.3 裝配式連接節點本項目裝配式鋼結構框架樑與框架柱採用懸臂段栓焊剛接節點，鋼框梁腹板通過高強螺栓連接，翼緣則全熔透焊接連接次創基管樁梁與主樑爲鉸接節點，通過摩擦型高強螺栓相互連接框架柱在框架樑頂1.2～1.3 m處設置工地拼接接頭。
連接節點如圖6所示，節點構造簡單，傳力合理，建築裝配化程度高，工業化特性顯著，且現場安裝受天氣及季節影點(diǎn)小，安裝速度快，質量安全可靠
a—框架柱和框架樑剛接節點;b—主次梁栓接節點;c—箱形柱現場對接節點圖6 鋼結構連接節點2.4 管線綜合對於室內集成管線，傳統混凝土結構一般從梁下方繞過，本工程採用在鋼樑腹板上開孔方式穿室內機電管線(圖7)，對於矩形孔採用加勁肋補強的形式，對於圓孔式(shì)用焊貼環形板的形式。
鋼樑腹板開孔和孔口加固在工廠進行，以保證工程質量相比混凝土結構中管線從梁下方繞過的情況(圖8)，創基管樁採用鋼結構能進一步提高房間的淨空高度，還能減少機電管線彎頭，降低風機、水泵能耗
圖7 鋼結構梁腹板預留孔佈置管線效果
圖8 混凝土梁下佈置管線效果2.5 三板體系(內、外牆板及樓屋面板)本工程牆體材料選用蒸壓輕質加氣混凝土板(簡稱ALC板)，如圖9所示，ALC板是以水泥、硅砂等爲主要原料，由經防鏽處板(bǎn)的鋼筋增強，經過高溫高壓蒸汽養護而成的多孔混凝土板材，該板輕質高強、耐火隔聲效果好。
圖9 ALC牆板建築外牆採用厚150 mm ALC板+保溫裝飾一體板，其中保溫裝飾一體板通過專用黏結砂漿與錨固件以粘貼加錨固形式固定於ALC基牆表面，板間縫隙填充耐候硅錨(máo)密封膠，連接示意如圖10所示外牆採用滑動螺栓法柔創基管樁性連接方式進行裝配式安裝固定，如圖11所示。
圖10 保溫裝飾一體板與ALC基牆連接示意
圖11 ALC外牆板滑動螺栓法建築內牆採用厚200 mm ALC板，採用管卡法與主體結構裝配式連接，如圖12所示配件隱蔽，技術相對成熟，且焊接量小，便於施工，預製率及裝配化程度高，大大減少溼作業，施工方便快捷。
圖12 ALC內牆板管卡法樓屋面板均採用鋼筋桁架樓承板(圖13)，減少現場綁紮鋼筋量，施工過程無需附加支撐，可大幅加快施工進度樓梯板採用預製PC樓梯構件(圖14)，工廠製作質量容易保證且外觀優良，安裝施工工藝簡便。
圖13 鋼筋桁架樓承板構造
圖14 預製樓梯構件2.6 裝配式內裝部品內裝部品採用裝配式牆體創基管樁門窗，裝配式架空地板，裝配式欄杆，裝配式集成吊頂(圖15)，集成衛生間，裝配式護理單元(圖16)及診斷單元等，在後期改造中，集成式部品可以整體搬移裝(zhuāng)裝配式部件之間可以拆裝和重新組合，利於醫院部分區域使用功能的可持續發展。
圖15 裝配式集成吊頂
圖16 裝配式護理單元2.7 防腐、防火關鍵構造鋼構件在製作廠進行噴砂除鏽，使噴(pēn)件表面粗糙度達到Sa2.5級，然後在製造廠進行底漆、中間漆的噴塗，如表2、圖17所示通過防腐層、防火層、裝飾層多層保護，使鋼材與氧氣隔離，達到對鋼材有效防腐蝕效果。
表2 本工程防腐要求建議厚度
<度(dù) style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;">a—噴砂除鏽;b—噴塗底漆圖17 構件防腐處理按照GB 50016—2014《建築設計創基管樁防火規範》建築高度大於24 m的醫療建築作爲一類高層公共建築，耐火等級不應低於一級本工程建築高度47 m，鋼結構構件耐火等級按一級，鋼柱選用3.0 h厚塗型防火塗料，鋼樑選用2.0 h厚塗型防火塗料，可以滿足實際防火能力要求，如圖18所示。a—防火塗料無氣噴塗施工；b—防火塗料樣板圖18 構件防火處理2.8 裝配式鋼結構施工施工組織方面，由於鋼結構採用裝配化施工，梁板柱無需模板，鋼構件在工廠加工製作，精度高、質量可控，運抵現場即可安裝，週轉材料投入非常少。
局部需要安裝措施材料(鋼平臺、爬梯)均是定型化產品，裝配化率高，能極大化解現場交通運輸組織壓力，減少內外部風險工藝流程方面，混凝土結構要經過創基管樁原材加工、滿堂架搭設等8道工序才能完成一個結構層，而鋼結構只需工廠預製、現場安裝、鋼筋桁架板鋪設、混凝土澆築安裝四道工序，施工工藝明顯快於混凝土結構。
此外鋼結構可以大面積同時施工、錯層施工，安裝速度快，過程中幕牆埋件、機電套管安裝也可以提前插入，交叉作業容易實現；在一般雨水情況下，仍可進行構件安裝、樓層內混凝土澆築等，雨季影響小，有利於工期進展據已建項目測算，在同等條件下，鋼結構與鋼筋混凝土結構施工工測(cè)相比，前者僅爲後者的1/3～1/2。
3 結束語文章結合靖江醫院改擴建綜合樓項目，從主體結構體系、連接節點、管線綜合、三板體系、內裝部品、防腐防火、製作施工7個方面(miàn)分析了裝配式鋼結構應用於醫院建築創基管樁時的技術方案，得出如下主要結論：1)相比於混凝土結構，裝配式鋼結構醫院室內淨使用面積更大，淨高更高，建築效果寬敞通透。
2)鋼結構材料輕質高強，抗震性能好，適用於對抗震等級要求較高的醫院等重要公共建築3)採用裝配式鋼結構可減小基礎反力約30%，同時大幅縮短施工力(lì)期和降低施工措施費用4)裝配式鋼結構醫院外牆可採用ALC板+保溫裝飾一體板，內牆可採用ALC板，樓屋面板可採用鋼筋桁架樓承板，樓梯可採用預製PC樓梯。
5)裝配式鋼結構內裝部品可選用裝配式門窗，裝配式架空地板，裝配式欄杆，裝配式集成吊頂，集成衛生間，裝配式護理單元及診斷單元等6)通過防腐層、防火層、裝飾層多層保護，可使裝配式鋼結構醫院滿足防創基管樁腐、防火要求。
來源：餘佳亮，常明媛，張耀林，等. 裝配式鋼結構在醫院建築改擴建工程中的應用[J]. 鋼結構, 2019, 34(3): 59-63.DOI: 10.13206/j.gjg201903010點擊下方閱讀原文
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