装配式建筑结构在医院的应用及影响

摘要：介绍了装配式建筑的相关政策，从装配式医院建筑的结构部件出发，详细阐述了装配式医院建筑主体结构的选择和注意事项，以期推动我国装配式医院建筑的发展。

关键词：装配式建筑；医院建筑；结构；预制

一、相关政策及现状

2016年9月27日，国办发[2016]71号文《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》提出，用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑比例达到30%。2017年3月住房城乡建设部印发的《“十三五”装配式建筑行动方案》提出，推行装配式建筑一体化集成设计，强化装配式建筑设计对部品部件生产、安装施工、装饰装修等环节的统筹；推进装配式建筑标准化设计，提高标准化部品部件的应用比例；加快推进装配化装修，提倡干法施工，减少现场湿作业；推广集成厨房和卫生间、预制隔墙、主体结构与管线相分离等技术体系。在上述政策指导下，各地方因地制宜地推出了关于装配式建筑的细则，很多地方规定满足一定规模的公建项目须要采用装配式建筑。医院属于公建，且多为政府投资，因此近年来装配式医院项目越来越多。

二、装配式医院建筑中的结构部件

装配式建筑集成了结构系统、护系统、设备与管线系统和内装系统，目前的技术标准和评价标准均提倡各系统的集成设计、一体化施工，装配化程度须包括各个系统。《装配式建筑评价标准》(GB/T51129-2017)要求主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线均须达到一定的装配比例；各地方的细则中有的对结构主体的预制比有明确的要求，如预制率体积比达到20%或40%，水平预制构件的应用面积比达到70%；有的细则与国标相似，对结构系统、机电与管线系统、内隔墙与围护系统及装修均有预制的要求。装配式建筑已从开始的仅要求主体结构预制，发展到对各个系统均有预制的要求，不再一味地追求结构预制率。不过结构部件的选择和应用比例在评价装配式建筑时仍然占有较大的比重，对工期、生产、施工、成本有着直接的影响。装配式钢结构中的结构部件包括钢柱、钢梁、钢支撑、施工现场免支模的楼盖和屋盖。装配式混凝土结构中的预制结构部件包括承重墙、预制柱、预制梁、叠合板、预制楼梯、预制空调板、预制阳台板、预制女儿墙等。

三、主体结构装配式体系的选择

（一）装配式医院的结构体系。在确定装配式医院结构体系的时候，应根据建筑的平面布局、建筑高度、抗震设防烈度、当地的装配式政策要求，结合区域发展水平、项目工期、成本因素选择合适的装配式结构体系。装配式混凝土、装配式钢结构均可应用到医院建筑，装配式混凝土可采用框架体系、框架-剪力墙体系，装配式钢结构可采用框架体系、框架-支撑体系，也可采用混凝土框架-钢支撑或钢框架-延性墙板等混合结构体系。以上体系均能实现结构构件工厂预制，减少现场支模甚至免支模。从绿色建筑角度，钢结构作为可再循环材料可实现再利用，采用装配式和使用再利用材料也是《绿色医院建筑评价标准》中的评分项。（二）医院装配式混凝土结构的装配化方案。如从预制构件与全部混凝土体积比分析，对于混凝土框架结构，优先选用加工安装方便、综合成本低的预制楼梯、预制阳台板及叠合板，仅应用楼梯、叠合板，预制构件体积比约为15%，如要实现更高的预制率，梁及柱也须要预制，预制率最高可达40%甚至50%以上，但对加工和施工的要求也更高。对于混凝土框架-剪力墙结构，由于剪力墙多采用现浇，相比框架结构预制率有所降低。如从结构竖向构件中的预制构件占比分析，要达到《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017）的最低要求（35%），对于框架剪力墙结构，受工程经验和规范的要求，只能采用装配整体式框架-现浇剪力墙结构，一般情况下，在竖向构件中框架柱须要全部预制才有可能达到，且与剪力墙相连的端柱不易实现预制，因此整体实现难度较大。如果从应用预制水平构件的投影面积比分析，要达到《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017）和一些地区要求的最低标准（70%），医院建筑因功能等原因仅应用叠合楼板不易满足，多数情况下还要应用预制梁，且框架剪力墙比框架结构的要求更高。（三）医院装配式钢结构的装配化方案。钢结构具有强度高、自重轻、延性好、抗震性能好、安装速度快等优点，在建筑造型复杂的大型医院可考虑选用。楼盖选用压型钢板组合楼盖或钢筋桁架楼承板，较易实现施工现场免支模比例达到70%，主体的钢梁、钢柱、钢支撑均属预制构件，满足各类标准和规定的要求。但目前阶段钢结构的前期投入略高，须对钢结构进行防腐及防火处理。综上，在选择装配式医院建筑结构体系时，如对主体预制率的要求不高、成本控制严格，可选择仅预制楼板、楼梯的装配式混凝土结构；如对预制率要求较高，可选择水平构件及竖向构件均预制的混凝土结构，或者选择装配式钢结构；如地基条件差、体型复杂、工期紧张，可优先选择装配式钢结构。

四、装配式医院建筑主体结构的注意事项

（一）结构体系。医院的功能特点要求尽量开敞，对于建筑体型较规则的多层建筑应以框架结构为主，以满足医院功能的发展变化需求。对于体型复杂的医院或高层建筑，应结合交通核、设备管井设置剪力墙或支撑，高烈度区因地震作用明显，除上述位置外还应布置必要的抗侧力构件，且宜优先采用减隔震技术进行设计。（二）预留预埋。由于医院的功能复杂，机电管井众多，设备路由复杂，预制构件特别是叠合板要提前预留开洞，诊室的洗手池和病房的卫生间均有竖向的开洞须要预留，如果电气管线走结构板内，还须预埋线盒。这些叠合板在工厂加工时均要按照内装的实际定位进行预留。对于应用了预制梁的装配式混凝土医院建筑，特别是周圈梁，加工时须要预埋幕墙或外挂板的埋件。（三）结构降板。医技的洗消间、中心检验、肠胃镜室、口腔科等有废水的地方以及用水点的房间（下层有电气功能的房间），一般均采取降板同层排水的做法，在应用叠合楼板时，尽量使降板的区域规则化，利于标准预制板的排布。（四）不宜预制的区域。对于有重型设备的房间宜采用现浇。开洞较大的楼层和存在转换的楼层由于楼板平面内应力较大，宜采用现浇楼盖。医院的门诊入口一般均有较大的跨层中庭，中庭顶板较高，属高支模，采用预制梁板支撑困难的可采用现浇或钢结构解决。（五）预制构件的连接及尺寸。对于手术室、ICU等有医用吊塔及其他吊挂较重设备的房间，顶板须要预留一定的荷载，且预制板的接缝位置最好避开吊点的位置。对于有吊顶的房间，叠合板可采用分离式密接缝，减少板侧出筋，便于生产和安装。对于预制混凝土梁柱连接节点，梁柱的钢筋位置无法现场调节，构件加工前钢筋定位须要考虑安装的顺序和便利性，所有类型的连接节点均须在设计阶段深化，钢筋加工时的定位和安装时的一点点偏差均会导致梁柱节点无法安装。相比传统的结构设计，梁、柱截面应在结构计算满足要求的基础上进行截面的二次调整，即根据梁、柱实配钢筋进行避让排布，再次确定梁柱截面，这应特别引起重视。梁底钢筋净间距宜不小于35mm，以确保混凝土浇筑的质量。叠合构件的现浇层厚度要考虑特殊部位钢筋的锚固，预制构件的选择须考虑运输和吊装的限制，比如预制板的宽度不能超出运输限值，预制柱的重量过大会引起吊装困难。（六）提高标准化程度。提高标准化程度，可以大幅减少模具的成本。目前采用梁、板预制的项目较多，对于楼板来说，标准化更多体现在“标准层”的重复量，因为楼板模具受施工进度影响，一般需要一个作业面同时加工生产，标准层越多，模具成本越低。对于梁构件来说，影响其标准化的因素很多，板厚、降板位置、柱子尺寸等因素都会影响梁的标准化，从而造成模具的摊销成本增加。

五、装配式医院主体结构预制对建筑的影响

（一）标准化的层高及柱网。宜按门诊与病房功能及净空需要，采用标准的层高，提高结构、护等构件的重复率。柱网尽量采用标准化模数，提高结构预制构件的重复使用率，实现预制构件的少规格，利于控制成本。对于钢结构建筑，地上的钢柱在地下室一般外包混凝土，截面增大约400mm，须要考虑柱间净宽是否满足停车要求。（二）功能区模块化。建筑的模块以数个轴网为单元，轴线处作为标准模块的接口。结构的荷载、布置满足此类模块的要求后，医院在后期的运行中可进行功能调整，变换标准模块的组合。（三）立面效果及体型。立面、造型尽量简洁，减少凹凸造型，外立面的预制墙板或幕墙等可采用不同的材质机理、色彩来实现立面的多样化。对于装配式混凝土结构来说，圆弧柱网及斜交柱网带来预制楼板非标、斜梁在节点区难安装、不宜预制等问题，宜避免或减少。（四）地面厚度归并。降板区规整化，建筑地面厚度模数化。对于降板，折板因加工不便、经济性差而无法采用，装配式的降板区一般采用后浇或整跨降板的做法。对于高差为20mm~30mm的界限处，混凝土预制梁、预制柱须增加特殊型号，钢结构的梁柱节点处也难以处理，高差处还须增加构造角钢等用量。（五）偏梁问题。当门诊房间的手盆设置与结构梁冲突时，传统做法是将结构主、次梁进行偏移。但在装配式建筑中，偏梁会造成大量的“非标准化”梁、板、柱构件产生，极大降低标准化程度，增加成本。（六）建筑隔墙材料。当采用装配式混凝土结构时，楼盖布置通常为单向叠合楼板，跨度在4m左右，隔墙的位置变化对结构楼板配筋影响较大。当采用钢结构时，隔墙荷载对钢结构用钢量影响较大。因此，建议隔墙较多、后期改造可能性较大的门诊区域采用轻钢龙骨隔墙。

六、结束语

综上所述，随着我国装配式建筑的发展，采用装配式建造技术的医院建筑越来越多。不同的地区对装配式建筑的评价标准不同，对于主体结构可根据实际情况选用不同的技术体系。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式混凝土结构建筑技术标准:GB/T51231—2016[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部．装配式钢结构建筑技术标准:GB/T51232—2016[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式建筑评价标准:GB/T51129—2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.绿色医院建筑评价标准:GB/T51153-2015[S].北京:中国计划出版社,2016.

作者:刘建飞 许晶 单位:中国建筑标准设计研究院有限公司