北京大学口腔医院三亚分院结构设计

北京大学口腔医院三亚分院结构设计

王富洋

中国中元国际工程有限公司 北京 100089

摘要：本文介绍了北京大学口腔医院三亚分院项目设计过程，项目位于海南省三亚市海棠区，为6度（0.05g）地区。本文针对本项目的建筑功能和结构特殊性等重点难点问题提出解决方案，可为类似工程设计提供参考。

关键词：医疗项目 性能化设计 基础抗浮

1、工程概况

本项目为北京大学口腔医院三亚分院项目，位于海南省三亚市海棠区，为高层多塔实验楼，项目规划总建设用地面积约 69502㎡，总建筑面积87031.㎡，其中地上建筑面积59212㎡，地下建筑面积27819㎡。工程含 1 栋 5 层医技住院楼，1 栋 3 层门急诊综合楼，1 栋 4 层特需门诊住院楼，2 栋 2 层高干保健楼，1 栋 3 层保健门诊楼，1 栋 8 层科研教学宿舍楼，1 栋 2 层报告厅，1 栋 9 层宿舍楼、2 层地下室及附属设施。医技住院楼、门急诊综合楼为两层地下室，高干保健楼、保健门诊楼、科研教学宿舍楼均为地下一层，地下室联为一体，形成大底盘。

图1 效果图

根据《三亚市人民政府办公室关于提高我市学校与医疗及党政机关等建筑物抗震设防要求的通知》（三府办〔2010〕126 号），医院的门诊、医技、住院等用房抗震设防所取地震动峰值加速度应提高到 0.10g，同时根据《三亚海棠湾国家海岸休闲园区区域性地震安全性评价报告》提供的地震动参数和国家现行《中国地震动参数区划图 GB18306-2015》和《建筑抗震设计规范 GB50011-2010（2016 年修订版）》中的地震作用参数进行地震作用的包络验算和设计。因此，本工程除科研宿舍楼、宿舍、报告厅外楼震作用按设计地震基本加速度 0.10g 进行计算。

2、基础设计

a)工程地质概况

根据现场勘探、原位测试及室内土工试验成果，本工程勘察最大勘探深度（60.00m）范围内的地层划分为人工堆积层、表层为人工填土（Qml），下伏地层为第四系上更新统海相沉积土（Q3m）、第四系下更新统海相沉积土（Q1m）。。根据地层岩性特征和沉积新老关系从上往下为划分为 6 个工程地质层，1 个工程地质亚层。

场地±0 标高为 10.12m，水位埋深为 5.40～6.20m，水位标高 1.98～3.91m，地下室底板位于地下水位之下，须采取抗浮措施。建议采用锚杆或工程桩等措施进行永久抗浮（锚杆或桩基抗拔承载力应通过试验确定），并进行相应检测，参考周边道路标高（道路设计标高为 7.99～9.37m）及地下水年变幅等情况，综合考虑抗浮设防水位标高建议按 9.00m(85 国家高程)考虑。

b)基础设计选型

本工程除科研教学宿舍楼及宿舍楼采用桩基础，其余各单体均采用天然地基。地下二层区域基 础持力层为粉砂④层，地基承载力特征值 fka=130kPa。医技住院楼采用天然地基，基础形式采用平 板筏板基础，柱下设柱墩，筏板厚 600mm，部分无地下室的框架柱根据距离主体开挖的距离下沉 至不同的标高并设置独立基础。

本工程抗浮设防水位为绝对标高 9.00 米，由于地下室埋深较深，除科研教学宿舍楼主体建筑 自重满足抗浮要求，其余有地下室的各楼包括医技住院楼、门急诊综合楼、高干保健楼、保健门诊 楼均需要采取附加抗浮措施，拟采用抗浮桩，抗浮桩采用直径 600 的高强预应力预制管桩，桩长取13 米，采用预制管桩抗浮不得接桩。由于抗浮桩布置在底板下，抗浮的同时又具有受压承载能力， 设计时考虑桩土共同受压工作的模型，根据地勘报告提供的参数，抗浮桩受压承载力特征值按抗拔 承载力特征值的 1.4 倍，同时按建筑上部结构实际荷载计算桩受压荷载并验算筏板冲切。

c)基础抗浮设计

抗浮措施的确定是根据经济性和现场场地地质条件综合考虑，场地内基本为砂层，且很松散， 成桩成孔困难，采用抗浮锚杆由于锚杆直径小成孔更加困难，且必须采用预应力锚杆保证锚杆无裂 缝工作，采用灌注桩造价较高，因此，采用高强预应力管桩，不考虑接桩，造价较低。

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)的要求，本工程抗拔桩基进行施工图设计和施工前， 应进行试桩——单桩极限抗拔承载力静载试验，并确定相关工艺参数，作为设计和施工的依据。试 桩采用与设计抗拔桩相同的桩型与桩长，抗拔试桩拔力取抗浮桩设计承载力特征值的两倍。

3、上部结构设计

除科研宿舍楼外，地上各单体主要采取混凝土框架结构，科研宿舍楼由于高度较高，采用混凝土框架-剪力墙结构，屋顶架空层采用箱型钢框梁。整体结构模型三维透 视图如下：

图2 结构模型

根据《关于加快推进装配式建筑发展的通知》（琼府办〔2020〕127 号）、《海南省装配式建 筑装配率计算规则（2021 年修订版）》，医技住院楼需采用装配式建筑形式，地上框架柱除首层 的框架柱及钢骨柱外，部分（约 50%）采用预制空腔柱，模壳厚度 100m，水平构件装配式技术采用预制混凝土叠合楼板，叠合楼板由下部预制混凝土底板和上部现浇层 组成。一般楼板厚度取 130mm，叠合楼板预制板厚 60mm，现浇层厚 70mm。预制板表面做成凹凸 差不小于 4mm 的粗糙面并在预制板内设置桁架钢筋，可以增加预制板的整体刚度和水平界面抗剪 性能。叠合楼板之间、叠合板与现浇梁的拼缝节点详图见下图。

a)结构体系

医技住院综合楼分为两个单体，一栋为地上3层，地下2层，建筑高度约14.9米，一栋为地上5层，地下2层，建筑高度23.9米。由于两栋楼之间设置大跨度轻型屋顶，使得两栋楼形成连体建筑，按轻型屋顶的高度计算，结构高度约30米，为超限高层建筑，需进行抗震性能化设计。结构形式采用钢筋混凝土框架结构，大跨度轻型屋顶采用钢框架梁，并与混凝土内插的钢骨进行刚接。

门急诊综合楼地下2层，地上3层，并有一层轻型屋顶，建筑结构高度约17.2米，采用钢筋混凝土框架结构；

特需门诊住院楼地上4层，建筑高度约22.9米，采用钢筋混凝土框架结构；

科研教学宿舍楼主体部分地下1层，地上8层，并有一层轻型屋顶，结构高度约39.95米，高层部分采用钢筋混凝土框架-抗震墙结构。裙房部分地上3层，建筑高度约14.9米，采用钢筋混凝土框架结构；

高干保健楼为两栋，均为地下1层，地上2层，并有一层轻型屋顶，结构高度约16米；保健门诊楼地下1层，地上3层，并有一层轻型屋顶，结构高度约20.22米。均采用钢筋混凝土框架结构；

报告厅主体部分地上2层，结构高度约12.3米，采用钢筋混凝土框架结构，大跨度屋顶跨度约24.3x24.3米,采用双向井字梁；

宿舍楼，地上9层，地下1层，地上建筑高度30米，采用钢筋混凝土框架结构，结构楼板采用钢筋混凝土预制叠合板。抗震设防类别为丙类，抗震墙抗震等级为四级。

连廊采用钢筋混凝土框架结构。连廊与各单体建筑设缝分开。

各单体地上部分采用预制钢筋混凝土叠合板，地下室楼板均采用混凝土梁板式楼盖。

有地下室的建筑单体上部结构嵌固端为正负零楼面，无地下室建筑单体嵌固端为基础顶面。由于地下室设有局部下沉庭院，对建筑正负零楼板有削弱，侧限受影响，对于受下沉庭院影响的建筑单体需按正负零嵌固和地下一层楼面嵌固进行内力包络设计。

4、性能化设计

由于1#医技住院楼具有多项不规则项，依据 JGJ 3-2010 第 3.11 节以及《海南省超限高层建筑结构抗震设计要点（2021 年（以下简称“《要点》”）进行结构抗震性能化设计。《要点》将结构的抗震性能目标分为 A、B、C、弱 C、D 五个等级，结构抗震性能分为 1、2、3、4、5 五个水准，1#医技住院楼性能化设计目标定为C，

小震作用下采用时程分析法进行多遇地震的补充计算，提高和验证结构的抗震性能。 中震作用下根据结构部位与构件重要性，制定不同的抗震性能指标，提高关键构件性能目标，对关键构件进行中震弹性和中震不屈服验算，满足中震构件性能化设计要求。大震作用下，对整体结构进行弹塑性动力时程分析，检验在罕遇 地震作用下的结构体系变形、层间位移角、构件塑性状态，并根据弹塑性时程分析结果对薄弱部位 进行加强，实现结构在 7 度罕遇地震作用下的抗震性能化设计目标。

在YJK分析中，弹性时程分析采用软件所提供的直接积分法。3条地震波的层间位移角（除屋面造型层）包络值小于限值 1/550,满足规范要求。

结术语：本文介绍了谱尼医学基地的设计流程，介绍了项目概况和难重点考虑问题，通过整体分析确定了基础设计和上部结构布置方案，又通过性能化设计保证了1#医技住院楼的可靠安全，并实现了建筑的功能及效果需求。

参考文献：

[1] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析[ML北京:中国建筑工业出版社,2014.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部，混凝土结构设计规范:GB50010一2010(2015 年版S]北京:中国建筑工业出版社，2015.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑抗震设计规范:GB50011-2010(2016 年版SL北京:中国建筑工业出版社，2016.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准:GB 50017一2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[5] 中国建筑设计院有限公司.结构设计统一技术措施 2018[M.北京:中国建筑工业出版社,2018.