文/陳興（中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)二院院長(zhǎng)）
隔震建筑技術(shù)是個(gè)系統(tǒng)工程，不僅僅是結(jié)構(gòu)的事情，還涉及建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)專業(yè)。
地震，是人類生活的夢(mèng)魘，經(jīng)常造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。1976年在唐山、豐南地區(qū)發(fā)生了7.8級(jí)強(qiáng)烈地震，震后累計(jì)死亡24.2萬(wàn)人，重傷14.6萬(wàn)人，直接經(jīng)濟(jì)損失100億元以上。2008年的汶川地震，更是歷歷在目，仿佛就在昨天。
如何有效地減輕地震對(duì)建筑物的破壞，降低地震產(chǎn)生的危害，是建筑設(shè)計(jì)中的重要議題。在地震高烈度地區(qū)，除了常規(guī)的抗震措施外，建筑的隔震措施也成為一項(xiàng)重要選擇，甚至是必備的選擇。在地震來(lái)臨時(shí)，醫(yī)院是災(zāi)難中的“諾亞方舟”，是拯救生命的必備場(chǎng)所，承擔(dān)著救死扶傷的重要作用，必須保證其功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，醫(yī)療建筑的抗震減災(zāi)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
在國(guó)家的抗震規(guī)范中，對(duì)醫(yī)療建筑的地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)比普通民用建筑高一度，但在地震高烈度地區(qū)，普通的抗震措施成本太高，建筑的隔震和減震技術(shù)具有更高的性價(jià)比，得到了廣泛應(yīng)用。下面分別介紹一下隔震和減震技術(shù)在醫(yī)療建筑中的應(yīng)用。
隔震建筑簡(jiǎn)介
在建筑物中間，設(shè)置一種特殊裝置把建筑物和地面分開，隔離地震能量向建筑物傳遞，減輕地震災(zāi)害，這就是隔震建筑。
隔震結(jié)構(gòu)能夠大幅度減小地震的作用，一般可減小60%左右。上部結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下運(yùn)動(dòng)特征基本趨于平移運(yùn)動(dòng)，其耐震安全性大大提高。地震作用下基本可以達(dá)到“小震無(wú)感，中震不壞，大震可修”的設(shè)防目標(biāo)。也就是說(shuō)，多遇地震下基本無(wú)震感，設(shè)防烈度地震下可不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用，罕遇烈度地震下可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。另外地震時(shí)內(nèi)部人員不致產(chǎn)生晃動(dòng)、站立不穩(wěn)，提高了舒適度，房屋內(nèi)家具、設(shè)備不致倒塌，避免了次生破壞，確保震中、震后能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
目前，隔震技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已大量用于實(shí)際工程，特別是在日本、美國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的多震國(guó)家，隔震技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，尤其是在醫(yī)院、能源、通訊、橋梁等生命線設(shè)施，此類技術(shù)的使用更為普及。
采用隔震技術(shù)的國(guó)外醫(yī)院工程：日本東京臨海醫(yī)院
采用隔震技術(shù)的國(guó)外醫(yī)院工程：美國(guó)箭頭區(qū)域地方醫(yī)療中心
采用隔震技術(shù)的國(guó)外醫(yī)院工程：加州大學(xué)醫(yī)院
日本近年來(lái)特別是在阪神地震后，醫(yī)院工程大都采用了隔震設(shè)計(jì)，一些已建的非隔震醫(yī)院也采取了隔震加固改造，以提高醫(yī)院的耐震能力，保證醫(yī)院在地震災(zāi)害中可以起到救治、急救的作用。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)在1999年“9·21大地震”后，也在逐步推廣使用隔震技術(shù)，醫(yī)院建筑中已經(jīng)廣泛采用。
美國(guó)、日本、新西蘭等地震多發(fā)國(guó)家已建議在醫(yī)院、大型公建等重要建筑中采用減震、隔震技術(shù)。從20世紀(jì)90年代起，這些國(guó)家就已經(jīng)將隔震技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)院工程中。美國(guó)南加州大學(xué)醫(yī)院大樓由于采用了隔震結(jié)構(gòu)，在1994年加州洛杉磯大地震中屹立不倒，震后建筑結(jié)構(gòu)安全完好，室內(nèi)裝飾、設(shè)備儀器、家具等絲毫無(wú)損，甚至高達(dá)2.5米的花瓶都沒(méi)有掉下來(lái)，醫(yī)院照常運(yùn)轉(zhuǎn)，成為全地區(qū)的救治中心。而在同一地區(qū)受地震波及的橄欖景醫(yī)院，采用的是傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)，在震后結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的裂縫和損壞，室內(nèi)裝飾、設(shè)備、儀表、用具、資料等均翻倒毀壞，水管破裂，各層浸水，醫(yī)院?jiǎn)适н\(yùn)轉(zhuǎn)功能，醫(yī)療工作全部癱瘓，使城市的震后搶救工作嚴(yán)重受阻，損失慘重。
隔震技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐步成熟，下面以唐山市豐南區(qū)醫(yī)院為例進(jìn)行一下介紹。
唐山市豐南區(qū)醫(yī)院遷建項(xiàng)目的隔震設(shè)計(jì)
唐山市豐南區(qū)醫(yī)院遷建項(xiàng)目位于河北省唐山市豐南新區(qū)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)醫(yī)院。
唐山市豐南區(qū)醫(yī)院實(shí)景照片
唐山市豐南區(qū)醫(yī)院老院區(qū)位于豐南區(qū)市中心，特色科室為兒科、婦產(chǎn)科、骨科、冠心病診治中心等。新院區(qū)建成后，老院區(qū)進(jìn)行整體搬遷工作，目前已試營(yíng)業(yè)。
本工程建筑總面積82994.86平方米，設(shè)計(jì)床位數(shù)807床。工程子項(xiàng)含門診醫(yī)技樓、病房樓、感染病樓、后勤樓（鍋爐房、垃圾站、污水站、太平間、洗衣房）、高壓氧艙、液氧站等。門診醫(yī)技樓及病房樓采用了隔震設(shè)計(jì)，隔震層設(shè)置在地下一層與首層之間。
醫(yī)療大樓建筑功能布局: 地下一層：機(jī)械停車庫(kù)、人防區(qū)域、廚房、設(shè)備機(jī)房；首層：急診、放射科、兒科、配液；二層：檢驗(yàn)、病理、急救、功能科室、手術(shù)部、ICU；三層：血透、信息科、婦產(chǎn)科、功能科室；四層：體檢、行政、口腔、功能科室；五至十二層：病房。
項(xiàng)目地處地震高烈度區(qū)，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性比較，采用了隔震設(shè)計(jì)，門診醫(yī)技樓及病房樓地下一層與首層之間通體設(shè)置隔震層。本項(xiàng)目系中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司首次在大型醫(yī)院中采用隔震設(shè)計(jì)，通過(guò)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，我們研發(fā)了成體系、全專業(yè)的隔震技術(shù)，并在其他的項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用。本項(xiàng)目在隔震設(shè)計(jì)中有以下特點(diǎn)。
一是建筑規(guī)劃的體型規(guī)整，有利于減少地震作用。本項(xiàng)目的建筑形體規(guī)整，布局緊湊，使結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)變得更加容易，減少了技術(shù)的復(fù)雜程度，節(jié)約了建設(shè)成本。
二是復(fù)雜的建筑隔震節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。在本項(xiàng)目中，我們研發(fā)設(shè)計(jì)了隔震層防火墻的構(gòu)造、樓電梯穿越隔震層的構(gòu)造、臺(tái)階及坡道構(gòu)造、聯(lián)系非隔震建筑和隔震建筑連廊的細(xì)部構(gòu)造等等，通過(guò)摸索，逐步形成了成體系的隔震建筑細(xì)部構(gòu)造措施。
隔震墊局部詳圖
隔震樓梯剖面圖
左圖：隔震墊照片 右圖：隔震層防火墻照片
三是采用輕質(zhì)建材，減輕建筑自重，減少地震作用，減輕了隔震設(shè)計(jì)難度。內(nèi)部及外部隔墻采用輕質(zhì)建材，外立面采用仿石材鋁板，既解決了建筑立面耐久性的問(wèn)題，又減輕了建筑自重，為隔震設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便。
四是高烈度地區(qū)結(jié)構(gòu)解決方案。按照當(dāng)時(shí)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010，項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆?度0.2g，第一組。但根據(jù)《唐山市防震減災(zāi)管理?xiàng)l例》規(guī)定，2011年 3月后，當(dāng)?shù)氐尼t(yī)院和學(xué)校均按9度設(shè)防。按此條例，本項(xiàng)目按9度0.4g設(shè)防。另外，根據(jù)地勘報(bào)告，本項(xiàng)目在5公里處有發(fā)震斷層。
按此參數(shù)設(shè)計(jì)，混凝土常規(guī)框架、或框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系已無(wú)法滿足本工程的抗震設(shè)防要求，按照普通的框架剪力墻體系不僅梁、柱超筋嚴(yán)重且各項(xiàng)指標(biāo)均很難控制。我們綜合考慮了隔震和減震以及鋼結(jié)構(gòu)方案，最后選擇了隔震方案。
大樓在地下一層與首層之間設(shè)置了2.2米的隔震層。隔震層兼做管道夾層。大樓分為住院樓和門診樓兩個(gè)隔震單體，中間用鋼結(jié)構(gòu)連廊相連。具體布置：住院樓選用直徑800、1000、1200的鉛芯橡膠支座，門診樓選用直徑700、800的鉛芯橡膠支座。
單體劃分
通過(guò)計(jì)算，門診樓周期由隔震前的0.88延長(zhǎng)到2.28，病房樓周期由隔震前的0.905延長(zhǎng)到3.28。兩個(gè)隔震單體水平向減震系數(shù)均為0.40。上部結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)為0.16。住院和門診大樓上部結(jié)構(gòu)均可按8度（0.2g）計(jì)算。
隔震后住院樓的罕遇地震下水平位移為430mm。門診樓罕遇地震的最大水平位移為380mm。
通過(guò)隔震，將地上結(jié)構(gòu)的抗震輸入降低，能采用合理的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在高烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)方案。
五是隔震構(gòu)造創(chuàng)新。隔震結(jié)構(gòu)由于地上地下部分被隔震層斷開，帶來(lái)管線、電梯井、樓梯井等必須在隔震層斷開，管線等可以通過(guò)軟連接或者預(yù)留變形量進(jìn)行解決。但電梯井與樓梯井一但斷開給建筑使用帶來(lái)極大的不便。
一般隔震結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下掛、下部加滑動(dòng)支座等方法處理樓電梯井。在本項(xiàng)目住院樓部分采用框架-剪力墻體系，樓電梯井占比例大，且地下兩層，下掛長(zhǎng)度過(guò)大。使用下部加滑動(dòng)支座的方案使得隔震層剛度過(guò)小。綜合上述考慮，我們采用了樓電梯井下部在基礎(chǔ)上采用隔震支座的錯(cuò)層隔震方案。
該方法在實(shí)施時(shí)確保下部剪力筒剛度足夠大，能協(xié)調(diào)下部隔震支座與隔震層協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)計(jì)算確保該處剪力墻首層處與底部的變形小于0.1%。
通過(guò)錯(cuò)層隔震的方案，簡(jiǎn)化樓電梯處的隔震構(gòu)造，為建筑節(jié)約了空間，是可行的隔震構(gòu)造措施。
電梯井處剪力墻處理
隔震層水管軟連接
六是首次在空調(diào)管道中應(yīng)用隔震技術(shù)，使管道在地震中達(dá)到與建筑結(jié)構(gòu)同等的設(shè)防目標(biāo)。唐山市位于河北平原地震帶，歷史上曾多次發(fā)生地震災(zāi)害，豐南區(qū)醫(yī)院作為重要生命線工程的建筑物，為確保本工程抗震設(shè)防能力，設(shè)置隔震層將上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)隔離，以避免或減少地震能量向上傳輸。隔震層內(nèi)空調(diào)管道的設(shè)計(jì)需根據(jù)隔震層的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，才能使管道在地震中達(dá)到與建筑結(jié)構(gòu)同等的設(shè)防目標(biāo)，減小經(jīng)濟(jì)損失，以保證災(zāi)后的醫(yī)療救援需求。
本項(xiàng)目選擇在空調(diào)水平管道上設(shè)置隔震軟接，分別在X向和Y向設(shè)置隔震專用軟接，并在隔震軟接前后設(shè)置固定支架，分別與上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)連接固定，在X向和Y向的管道連接處設(shè)置萬(wàn)向輪，以滿足X向和Y向地震位移要求。
七是首次在大型綜合性醫(yī)院中進(jìn)行隔震相關(guān)電氣設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)大型綜合性醫(yī)院設(shè)置隔震層尚屬首次，隔震建筑機(jī)電安裝圖集也較為空白。本次工程設(shè)計(jì)總結(jié)了隔震建筑機(jī)電設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)同類型工程設(shè)計(jì)有積極指導(dǎo)意義。
通過(guò)這些隔震技術(shù)的使用，唐山市豐南區(qū)醫(yī)院的安全等級(jí)得到了很大的提升，投入使用后，各項(xiàng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。截至目前，該項(xiàng)目已經(jīng)經(jīng)歷了幾次小震，醫(yī)院沒(méi)有受到影響，初步顯現(xiàn)了隔震設(shè)計(jì)的效果。
編輯/Iris Hou
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