摘要

装配式钢结构体系可以避免施工现场砂石、水泥堆放，减少模板储运以及现浇钢筋混凝土施工作业的噪声、粉尘污染，对周围病护区和正常的医疗工作影响小，适合在医院建筑改扩建项目中应用。结合靖江医院改扩建综合楼项目，从主体结构体系、连接节点、管线综合、三板体系、内装部品、防腐防火、制作施工7个方面分析了装配式钢结构应用于医院建筑时的技术方案。

0 引言

时代的进步、医疗技术的发展和群众医疗观念的改变，使得医院建筑通常以动态的形式存在。相对于现代医疗的不断变化和升级速度，医院建筑的滞后是无法避免的，从而造成医院建成后常会进入到一个不断的改扩建过程。受建设用地、规划限高、绿地面积和机动车停泊位等各项因素的影响，医院的改扩建主要以拆旧建新为主。医院在改扩建过程中，已有医疗工作不能停歇，也不能出现噪音、扬尘等较大的干扰，且要求施工周期短，传统的钢筋混凝土结构较难满足上述需求。

相对而言，装配式钢结构体系可以避免施工现场砂石、水泥堆放，减少模板储运以及现浇钢筋混凝土施工作业的噪声、粉尘污染，对周围病护区和正常的医疗工作影响小，适合在医院改扩建项目中应用。只是过去由于受设计、生产、施工等产业链不配套的制约，使得钢结构医院建设成本高且发展较缓，但近年来随着国家政策支持，钢结构医院开始逐渐出现在实际工程之中(图1)，并显现了其在医院改扩建过程中的优势。本文将深入分析装配式钢结构医院的应用技术，为日后此类项目提供参考与借鉴。

a—深圳南山医院改扩建工程；b—上海东方医院扩建工程。图1 装配式钢结构医院工程实例

1装配式钢结构定义

装配式钢结构建筑是由结构系统、三板系统(内、外墙板和楼承板)、设备管线系统和内装系统四大系统集成的整体，其以钢结构作为承重结构，具有“部品生产工厂化、现场施工装配化、结构装修一体化、过程管理信息化”的特征。装配式钢结构医院，首先在工厂完成内外墙板、楼板、楼梯、梁柱构件、连接节点，以及标准护理单元、标准诊疗单元等功能部品的制作加工，再通过现场组装施工来完成整个医院建筑的建造。

2装配式钢结构医院建筑应用分析

2.1工程概况

以江苏省靖江市某拟扩建医院医疗保健综合楼(图2)为背景，重点分析装配式钢结构在医院建筑中的应用方案。

图2 建筑效果

该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度峰值为0.05g，设计地震分组第二组。综合楼建筑高度为47 m，高宽比为1.4，地上11层，底层层高5.0 m，其他各层层高均为4.2 m。平面投影尺寸为89.6 m×33.9 m，地上总建筑面积为25 973 m2。建筑功能包括：病房、门诊部、手术室等。

2.2主体结构体系

针对本项目分别建立钢筋混凝土结构和装配式钢结构两个计算模型(图3)，均采用框架结构体系。其中钢结构柱、梁分别为箱型截面和H形截面，材质Q345B，混凝土结构均为普通矩形截面。对两个方案进行了设计分析与比较，结果见表1。

a—钢结构;b—钢筋混凝土结构。图3 结构分析模型

表1混凝土框架和钢框架计算结果对比

通过计算结果可见，由于钢材轻质高强，其梁、柱截面均比同样荷载条件下的混凝土构件截面小。如本项目混凝土柱截面尺寸需700 mm×900 mm，而若采用钢柱，截面尺寸可减小为400 mm×600 mm。经统计单层柱数为60根，钢框架结构较混凝土结构净使用面积增加约6%；混凝土梁截面尺寸为400 mm×700 mm，钢梁截面尺寸为250 mm×500 mm，楼层净高度钢结构更高，视觉效果更轻盈、通透，如图4、图5所示。

图4 混凝土框架结构效果

图5 钢框架结构效果

抗震性能是医院结构设计时需要考虑的重点问题之一。本项目医院综合楼为重点设防类公共建筑，抗震设防级别高，然而建筑形态上的不规则导致结构抗震不利。经试算混凝土结构常规设计难以满足抗震扭转周期比、位移比等量化指标，故要通过性能化设计对结构薄弱部分进行大幅加强，造成项目成本较大比例提高。相比而言，钢结构抗震性能优越，且其结构自重更轻、更有利于减弱地震惯性力，分析结果表明，本项目钢结构体系采用常规设计即可满足结构抗震性能需求。

此外，由于材料轻质高强，装配式钢结构建筑基础反力较混凝土结构可减少约30%，能有效降低基础造价。

2.3装配式连接节点

本项目装配式钢结构框架梁与框架柱采用悬臂段栓焊刚接节点，钢框梁腹板通过高强螺栓连接，翼缘则全熔透焊接连接。次梁与主梁为铰接节点，通过摩擦型高强螺栓相互连接。框架柱在框架梁顶1.2～1.3 m处设置工地拼接接头。连接节点如图6所示，节点构造简单，传力合理，建筑装配化程度高，工业化特性显著，且现场安装受天气及季节影响小，安装速度快，质量安全可靠。

a—框架柱和框架梁刚接节点;b—主次梁栓接节点;

c—箱形柱现场对接节点。图6 钢结构连接节点

2.4管线综合

对于室内集成管线，传统混凝土结构一般从梁下方绕过，本工程采用在钢梁腹板上开孔方式穿室内机电管线(图7)，对于矩形孔采用加劲肋补强的形式，对于圆孔采用焊贴环形板的形式。钢梁腹板开孔和孔口加固在工厂进行，以保证工程质量。相比混凝土结构中管线从梁下方绕过的情况(图8)，采用钢结构能进一步提高房间的净空高度，还能减少机电管线弯头，降低风机、水泵能耗。

图7 钢结构梁腹板预留孔布置管线效果

图8 混凝土梁下布置管线效果

2.5三板体系(内、外墙板及楼屋面板)

本工程墙体材料选用蒸压轻质加气混凝土板(简称ALC板)，如图9所示，ALC板是以水泥、硅砂等为主要原料，由经防锈处理的钢筋增强，经过高温高压蒸汽养护而成的多孔混凝土板材，该板轻质高强、耐火隔声效果好。

图9 ALC墙板

建筑外墙采用厚150 mm ALC板+保温装饰一体板，其中保温装饰一体板通过专用黏结砂浆与锚固件以粘贴加锚固形式固定于ALC基墙表面，板间缝隙填充耐候硅酮密封胶，连接示意如图10所示。外墙采用滑动螺栓法柔性连接方式进行装配式安装固定，如图11所示。

图10 保温装饰一体板与ALC基墙连接示意

图11 ALC外墙板滑动螺栓法

建筑内墙采用厚200 mm ALC板，采用管卡法与主体结构装配式连接，如图12所示。配件隐蔽，技术相对成熟，且焊接量小，便于施工，预制率及装配化程度高，大大减少湿作业，施工方便快捷。

图12 ALC内墙板管卡法

楼屋面板均采用钢筋桁架楼承板(图13)，减少现场绑扎钢筋量，施工过程无需附加支撑，可大幅加快施工进度。楼梯板采用预制PC楼梯构件(图14)，工厂制作质量容易保证且外观优良，安装施工工艺简便。

图13 钢筋桁架楼承板构造

图14 预制楼梯构件

2.8装配式钢结构施工

施工组织方面，由于钢结构采用装配化施工，梁板柱无需模板，钢构件在工厂加工制作，精度高、质量可控，运抵现场即可安装，周转材料投入非常少。局部需要安装措施材料(钢平台、爬梯)均是定型化产品，装配化率高，能极大化解现场交通运输组织压力，减少内外部风险。

工艺流程方面，混凝土结构要经过原材加工、满堂架搭设等8道工序才能完成一个结构层，而钢结构只需工厂预制、现场安装、钢筋桁架板铺设、混凝土浇筑安装四道工序，施工工艺明显快于混凝土结构。此外钢结构可以大面积同时施工、错层施工，安装速度快，过程中幕墙埋件、机电套管安装也可以提前插入，交叉作业容易实现；在一般雨水情况下，仍可进行构件安装、楼层内混凝土浇筑等，雨季影响小，有利于工期进展。据已建项目测算，在同等条件下，钢结构与钢筋混凝土结构施工工期相比，前者仅为后者的1/3～1/2。

3结束语

文章结合靖江医院改扩建综合楼项目，从主体结构体系、连接节点、管线综合、三板体系、内装部品、防腐防火、制作施工7个方面分析了装配式钢结构应用于医院建筑时的技术方案，得出如下主要结论：

1)相比于混凝土结构，装配式钢结构医院室内净使用面积更大，净高更高，建筑效果宽敞通透。

2)钢结构材料轻质高强，抗震性能好，适用于对抗震等级要求较高的医院等重要公共建筑。

3)采用装配式钢结构可减小基础反力约30%，同时大幅缩短施工周期和降低施工措施费用。

4)装配式钢结构医院外墙可采用ALC板+保温装饰一体板，内墙可采用ALC板，楼屋面板可采用钢筋桁架楼承板，楼梯可采用预制PC楼梯。

5)装配式钢结构内装部品可选用装配式门窗，装配式架空地板，装配式栏杆，装配式集成吊顶，集成卫生间，装配式护理单元及诊断单元等。

6)通过防腐层、防火层、装饰层多层保护，可使装配式钢结构医院满足防腐、防火要求。