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    钢结构体系在综合医院改扩建中应用的探讨

    建国 50 多年来,中国的医院建筑多以低层和多 层为主,特别是建国初期新建的医院,大多为砖混 结构的建筑,从建筑物的耐用年限的评估上也进入 了改造的阶段。近十年来,医院的改扩建过程中, 不少医院的病床数翻番,在建筑用地受限的条件 下,—批高层的钢筋混凝土框架—剪力墙结构的病 房楼和医技楼相继建成。

    通过考察发达国家的医院建筑,发现其多采用 钢结构体系,参照北京大学第三医院已建成和正在 建设中的同等规模的钢筋混凝土框架—剪力墙结构 病房楼、钢结构病房楼的综合成本,对两者进行经 济分析和技术的可行性研究后,得出了钢结构体系 在医院建筑中可以大力推广的结论。

    钢结构体系同钢筋混凝土结构体系相比可以缩 短施工工期

    钢结构所用的材料单一而且是成材,加工比较 简单,并能使用机械操作。因此,绝大部分的钢结 构构件是在专业化的加工厂生产的,精确度较高。构件在工地拼装,可以采用安装操作简便的普通螺 栓和高强度螺栓,有时还可以在地面拼装和焊接成 较大单元再进行吊装,以缩短施工工期。

    钢结构体系采用的是工厂制作,现场安装的施 工方法。在基槽开挖的同时,工厂开始采购材料、 进行构件的制作,基础底板施工完成时,工厂已将 整栋建筑所需的构件制作完毕,只需在现场将其拼 装起来,现场拼装节点多采用高强度的螺栓连接, 基本不受天气、季节的影响。

    通过国内部分采用钢结构的高层建筑的工期比 较分析后得出,30  50 层的钢结构工程可缩短施 工工期 8  12 个月左右。随着建筑钢结构的发展应 用、施工设备和工艺的提高,施工速度还可以加快。

    以美国德克萨斯州 Ben Taub General Hospital  改造项目为例,建筑面积为 70000m2 的地上 7 层、 地下 2  500 张病床的病房楼、门诊医技综合楼, 采用钢结构施工工期仅用了 20 个月。

    钢结构体系具有优良的性能和可靠的质量保障 及安全体系

    钢结构体系是用钢板、热轧型钢或冷加工成型 的薄壁型钢制造而成的,与其它材料的结构体系相 比,钢结构体系有如下一些特点:

    材料的强度高,塑性和韧性好

    实践证明,无论 1994 年的美国洛杉矶大地震,

    还是 1995 年日本坂神大地震,尤其是 2000 年台湾 岛内的极强烈地震的震害都表明了钢结构体系的建筑比传统建筑具有更高的安全可靠性。医院建筑属 于城市生命线工程,具有比普通民用建筑高一级的 安全可靠性和抗震性能的要求。

    材质均匀和力学计算的假定比较符合

    钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体,而 且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此,钢 结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。

    钢结构的质量轻

    钢材的密度虽然比混凝土等建筑材料大,但钢 结构却比钢筋混凝土结构轻,原因是钢材的强度与 密度之比要比混凝土大的多。例如:以同样的跨度 承受同样荷载,钢屋架的质量最多不过钢筋混凝 土屋架的 1/3  1/4,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近 l/10,为吊装提供了方便条件。

    构件尺寸精确

    构件是在现代化的工厂中制造的,从材料到构 件出厂整个过程都是在自动化程度较高的生产线上 进行,易于进行严格的质量控制。

    钢结构体系建筑属于绿色环保型建筑

    钢结构建筑的钢材可重复利用,钢结构建筑具 有较好的可变性,如加固、接高、扩大楼面、内部 分隔,且变动比较容易、灵活,一些国家认为,钢 结构建筑是环保型建筑,减少了施工现场砂石、水 泥堆放场地,还减少了模板储运、现场构件预制及 现浇钢筋混凝土施工现场湿作业的噪声、粉尘污染, 最重要的是解决了医院改扩建过程中,施工现场干 扰病人的问题。压型钢板的现浇混凝土楼板使其洁 净程度优于其它楼板,提高了医院的洁净标准。钢结构体系建筑的运用具有明显的综合效益

    结构构件尺寸小,增大了使用面积

    由于钢材的力学特性使得钢结构的构件截面积 小,使结构所占面积远小于钢筋混凝土结构所占面 积,经统计资料表明,节省的结构所占面积比使用 等规摸的钢筋混凝土结构的使用面积增加 3—5%。

    便于管线设置,增加楼层净高

    根据建筑使用功能的要求,梁、柱截面积采用 小桁架梁、格构粱或空腹梁,使管道可直接穿过 梁的腹板,在同等层高的设计条件下可以增加净  10%。例如:北京大学第三医院眼科楼柱网间距 7500mm,设计梁高为 650mm、850mm;药学楼柱网 间距 8400mm,大部分梁高设计在 550mm 以下,加  100mm 板厚仍控制在 650 毫米以下。

    以限高 78 米的病房楼为例,钢结构体系可以省 出近两个标准层的高度。现代医院建筑竖向管道布 置多,消防自动喷淋系统、强弱电楼宇自控系统综 合布线的桥架复杂,钢结构体系便于固定和穿越, 方便维修。

    可得到大跨度、大空间的平面布局

    质轻高强的特点使得钢结构可以获得较大的跨 度和进深,从而形成更加开放的无柱空间,便于灵 活的布置内部平面。钢结构所形成的大跨度是钢筋 混凝土结构难以做到的。

    施工速度快,施工周期短

    施工速度快,项目早竣工、早投产、早盈利是每—

    位投资者的愿望,而钢结构在这一方面的优势是显 而易见的。

    通过对照北京地区医院钢筋混凝土框架结构病房楼建造成本,不同类型的钢结构其结构工程的直 接造价与混凝土结构相比可持平或略高(10%左右), 就材料本身而言单位用钢量基本相差不大,成本仅 在防火涂料上有所增加,但其综合效益却明显高于 钢筋混凝土结构,尤其在医院改造工程中。

    钢结构体系的缺点是可以克服的

    1.钢材耐腐蚀的性能比较差,必须对结构注意 防护,不过在没有腐蚀介质的—般建筑中,构件经 过彻底除锈并涂上合格的油漆,锈蚀问题并不严重。 而且近几年来生产的钢材抗锈、耐腐蚀功能已经大 大提高。

    2.耐热但不耐火,钢材长期经受 100℃辐射热 时,强度没有多大变化,具有一定的耐热性能,但 温度达到 150℃以上时,就需用隔热层加以保护。 钢材不耐火,重要的结构必须采取防火措施。例如, 利用蛭石板、蛭石喷涂层或石膏板等加以防护。

    钢结构体系的应用符合政府致策的支持

    由于钢结构本身的优越性,钢结构的建筑可以 是绿色建筑,钢结构本身是—种绿色环保型的产品, 得到了国家政府主管部门的大力支持和国家政策的 扶持。《建筑技术政策》(1996—2010)政策纲要中规定:

    56、积极开展对超高层建筑结构体系的研究重点发展钢和混凝土混合的结构体系,积极发展钢结构体系。

    57、单层房屋建筑,要努力改善传统的板、梁(架)、 柱体系,积极发展备种新型建筑结构体系,适当发展 大柱网灵活厂房,推广定型化轻钢房屋体系。

    58、大跨屋盖可采用钢结构和钢与混凝土组合 结构。大跨度公共建筑要推广应用网架、网壳、悬索、 压型钢板结构等空间结构体系。逐步开展钢结构的 应用研究。

    建设部的各级领导在各种会议上都在大力推动钢 结构的发展,原建设部总工程师姚兵同志在几次金属 结构年会上讲,就建筑结构体系而言,21 世纪是钢 结构的世纪,此语预示了钢结构市场发展的前景。

    中国科学院院士北京科技大学柯俊教授在《陶 冶于中华民族的发展》论坛讲到:我国的钢年产量  1 亿吨,20 年来我国的钢材价格基本上没有上涨,按照我国的人口发展要求赶上中等发达国家的用钢 水平,我国的钢年产量应该是 5.4 亿吨。这同目前 我国冶金行业的限制钢的产量不相适应。

    发展钢结构体系的建筑的物质条件已经成熟, 近几年来,我国在钢材料的生产、加工、安装、设 计等诸方面都积累了丰富的经验,传统的钢结构体 系造价偏高的观念已成为过去。

    为改扩建和建立现代医院提供新的途径

    相对于日新月异的医学科学的发展来说,医院 建筑的滞后是无法避免的,在医院建筑设计方法上 拓展思路,则可以减少建成之后的改扩建压力。在 建筑平面设计中运用网络设计法、超前设计法、自 由空间设计以及在建筑立面设计中适当增加高层、 统一安排设备系统层、预留竖向管道。

    大型综合性医院的每一个建筑物之间的水平空 中交通联系非常重要,临床患者需要各部门在人流、 物流、信息流方面使建筑物间有空间连接,钢结构 体系的可塑性在结构上满足了改造和连接的需求。

    通过以上综合分析,结合医院建筑改建中的情 况,卫生部(现卫生计生委)已经批准了北京大学 第三医院的药学楼 (7800m2,地上5 层,地下 2  ) 为钢框架结构的初步设计方案。国家计委通过对北 京大学人民医院病房楼项目 (38700m2,地下 3 层, 地上 20层,478 张病床 ) 的由原钢筋混凝土框架一 剪力墙结构改为钢结构的专家评审。相信将来会有 更多的医院建筑采用钢结构体系。


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