程憶加，劉娜

（中南建筑設計院股份有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

醫(yī)院作為重要的公共設施，需要提供安全、便捷的通道連接各個建筑物、樓層和功能區(qū)域。而傳統(tǒng)的混凝土或磚石結構連廊存在造價高、施工周期長、開放空間受限等問題。因此，研究醫(yī)院大跨度鋼結構連廊的設計和施工技術，旨在突破傳統(tǒng)限制，提供更靈活、經(jīng)濟高效的連廊解決方案，提升醫(yī)院的運營效率和服務質(zhì)量，滿足現(xiàn)代醫(yī)療需求。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外學者對鋼結構連廊設計進行了大量研究，其中沈曉明[1]等提出了某柔性連接大跨鋼結構連廊設計方法，從支座選型、結構靜力和抗連續(xù)倒塌分析、樓蓋舒適度分析等角度出發(fā)，采用有限元方法對鋼連廊進行了設計與分析。楊嘉胤[2]等提出了杭州某連體高層辦公樓結構設計方法，該方法主要對連體、連廊方案進行了比選，并采用YJK軟件對連體結構進行了彈性時程分析和舒適度分析。除了上述方法之外，還有學者提出使用計算機輔助設計軟件，如3D建模進行三維建模，以精確模擬和分析結構行為。

雖然上述技術均取得了一定的研究成果，但是在結構柱位移控制方面仍然具有一定的局限性，為此本文提出一種醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計及施工技術。該技術從臨時提升支架布置、桁架焊接、操作平臺搭設等方面，將醫(yī)院連廊結構的功能布局、空間模式進行整體性優(yōu)化，使得結構柱的位移得到了明顯降低。

1 醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計及施工

1.1 醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計

本文設計的大跨度鋼結構連廊包括鋼結構拉桿、主桁架、次桁架、支承鋼筋、連廊鋼筋、連廊鋼梁、承板配筋等結構組成。連廊鋼筋設計在支承鋼筋斜上方45°的位置，連廊鋼梁設計在連廊屋面頂梁的位置，每個鋼梁外間距10mm的位置設計兩個承板配筋，與鋼梁結構共同支撐連廊頂板壓力。鋼結構拉桿與連廊主桁架焊接在一起，以斜向上30°的角度焊接，與連廊主桁架形成穩(wěn)固的結構。次桁架與主桁架以對角線的形式焊接，承受連廊大部分壓力。在主桁架與次桁架下方設計角鐵，并焊接支承鋼筋，支承鋼筋設計間距在50cm左右，與主桁架、次桁架共同承受連廊施加的壓力。

1.2 大跨度鋼結構連廊施工技術

1.2.1 布置醫(yī)院連廊大跨度鋼結構拉桿

本文將連廊桁架結構拼裝完成，拼裝范圍包括樓面梁與樓承板。將鋼結構連廊整體提升到標高的位置，確保連廊結構重心與平面中心位置接近。鋼結構連廊在屋面標高位置，將鋼結構拉桿的斜撐端與鋼結構柱梁與支架橫梁相連接，避免連廊提升受到障礙物的影響[3-5]。再將拉桿與柱底端連接，確保拉桿結構的支承效果。隔震支座預留空間在2.5m×2.5m的矩形區(qū)域，鋼結構連廊的主體結構的拉桿連續(xù)布置，橫向跨越塔樓，截面形式以箱型為主。鋼結構拉桿的橫梁面標高約為62.2m，外伸長度約為3 400mm。在拉桿的外伸末端，布置多個圓孔。在圓孔部位布置TJJ-2000kN的液壓提升裝置。鋼結構拉桿的斜撐、橫梁與連廊連接，并搭接在型鋼混凝土柱上的圓孔上。鋼結構拉桿與型鋼混凝土柱以接焊縫的形式焊接，確保鋼結構拉桿的穩(wěn)定性。鋼結構拉桿布置情況如圖1所示。

圖1 鋼結構拉桿布置示意圖

如圖1所示，在兩根型鋼混凝土柱之間的軸上斜向上布置鋼結構拉桿，拉桿、連廊、型鋼混凝土柱形成一個直角三角形，使拉桿更加穩(wěn)定。拉桿為H600mm×450mm×20mm×30mm，材質(zhì)采用Q345C。鋼結構拉桿與型鋼混凝土柱的連接、連廊與型鋼混凝土柱的連接、拉桿與連廊之間的連接，均采用焊縫對接，使拉桿結構穩(wěn)定性更高。在裙樓屋面上搭接鋼結構拉桿，并采用螺栓固定[6-8]。在鋼結構拉桿與連廊之間傾斜角度為30°～45°的范圍內(nèi)，連廊與型鋼混凝土柱保持在同一水平面的條件下，完成鋼結構連廊桁架的焊接。

1.2.2 焊接大跨度鋼結構連廊桁架

大跨度鋼結構連廊的焊接作業(yè)包括桁架、框架、屋頂圍護結構、各個桿件的對接焊接。本次工程采用了平焊、立焊、橫焊等形式，針對不同復雜形式結構進行焊接，避免焊接量大出現(xiàn)的桁架形變問題。在焊接的過程中，風速在2m/s左右進行施工，手工電弧施工的風速低于8m/s，并未出現(xiàn)焊縫氣孔的問題。為了保證焊縫施工質(zhì)量，本次工程控制在晴好天氣施工。在施工進度較慢時，為了追趕工期，本文在焊縫區(qū)域采取了必要的防護措施，確保焊縫施工質(zhì)量。本文根據(jù)鋼柱的實際位置，在焊接之前進行預熱，預熱溫度控制在100℃～150℃之間，預熱范圍在焊縫位置的100～150mm。焊接過程中，連廊梁柱的內(nèi)力變化情況如表1所示。

表1 連廊梁柱內(nèi)力最大值匯總表

如表1所示，在醫(yī)院大跨度鋼結構連廊施工的過程中，下弦桿的最大應力比為0.13，最大剪應力比為0.06，整體穩(wěn)定應力比為0.03，滿足連廊設計要求。鋼結構的焊接工作量往往超過工人的工作時間，本文采取了輪流作業(yè)的方式，各個工人焊接技術過硬，能夠保證焊縫一次性完成。在鋼桁架焊接的過程中，其屈服強度＞345MPa，焊接厚度＞30mm。本文采用了電加熱的方式，處理溫度設定在150℃～200℃之間，焊縫溫度達到室內(nèi)溫度之后，完成鋼桁架的焊接操作。

1.2.3 搭設醫(yī)院大跨度鋼結構連廊支承鋼筋

在基本荷載的條件下，鋼桁架結構腹桿與下弦桿承受了連廊格構柱的豎向壓力，連廊格構柱容易出現(xiàn)形變問題。本文將連廊格構柱之間的間距設定為9 000mm，將腹桿與下弦桿的連接位置設定為6 000mm以內(nèi)。選用H300mm×200mm×20mm×20mm的橫綴條，并設置一個能夠懸挑4 000mm長度的V字形加強節(jié)，承受格構柱在支撐連系梁位置的壓力。在格構柱底端布置的加強節(jié)布置1 350mm×1 350mm×50mm的鋼板，預埋HRB400鋼筋，鋼筋直徑為25mm，共25根，使支承鋼筋能夠承受格構柱頂端的豎向承載力，滿足連廊基地承載需求。支承鋼筋與連廊主桁架的斜截面、混凝土柱、梁相交，連廊的整體壓力由其下鋼筋承擔。支承鋼筋布置剖面如圖2所示。

圖2 支承鋼筋布置示意圖

如圖2所示，支承鋼筋布置在連廊下方，格構柱、鋼結構梁均成為連廊結構的有效支撐點。在格構柱標高55.550m的位置上，設置四條長度為27 000mm，寬度為1 000mm的支承鋼筋，鋼筋底部用75×5角鋼，與鋼桁架焊接。在桁架高度為1 500mm的位置，布置錨筋，錨固長度為15d。此時，對連廊的抗剪承載力Nv進行計算，公式如下：

式（1）中，nf為連廊連接構件受到的最大剪力；μ為滑移操作平臺的傳力摩擦面系數(shù)；P為移動操作平臺承受的最大應力。計算出Nv之后，在連廊兩端的塔樓上同時向連廊中部方向對稱施工，在連廊上布置多個吊裝節(jié)點，構件與預埋鋼結構螺栓連接后，水平吊裝連廊，從而滿足大跨度鋼結構連廊的安全施工需求。

2 實例分析

2.1 工程概況

為了驗證本文設計的施工技術是否滿足醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計需求，本文以X醫(yī)院為例，對上述技術進行了實例分析。X醫(yī)院是某市第一人民醫(yī)院，是首批三級甲等綜合醫(yī)院，集醫(yī)療、教學、科研于一體，滿足醫(yī)院建設的綜合需求。X醫(yī)院本部位于一號路，占地面積約為1.625×105m2。醫(yī)院整體東西長約400m，南北長約200m，呈東西向線性布局，跨度較大。醫(yī)院內(nèi)部設有門急診樓、外科大樓、內(nèi)科大樓、影像大樓、住院部等。為了方便住院部患者進行身體檢查，X醫(yī)院在住院部與影像樓、內(nèi)科大樓之間建設了連廊，避免患者乘坐電梯上下樓出現(xiàn)磕碰的問題。醫(yī)院連廊結構情況如圖3所示。

圖3 X醫(yī)院連廊整體結構簡圖

如圖3所示，連廊結構是由高度約為200m的3棟住院部、影像樓、內(nèi)科大樓組成，鋼結構連廊的長度約為300m，位置高度約為190m，跨越并支撐于塔樓1、2、3的屋面。X醫(yī)院鋼結構連廊的24個隔震支座分別安裝在1、2、3塔樓的屋面。塔樓1為影像樓，塔樓2為住院部，塔樓3為內(nèi)科大樓。為了滿足連廊的施工質(zhì)量要求，本文在住院部、影像樓、內(nèi)科大樓的塔樓選擇多個位置，布置應力監(jiān)測節(jié)點，根據(jù)地下部分組合柱的影響，測定混凝土、鋼管的協(xié)同形變能力。給定連廊的最大、最小應力變化范圍與結構柱縱向最大位移，最終的施工質(zhì)量指標越滿足設計需求，連廊設計施工質(zhì)量越佳。

2.2 應用結果

在2.1的施工條件下，本文隨機選取出了8個連廊設計監(jiān)測點。結合醫(yī)院連廊實際施工情況，劃分出各個監(jiān)測點的應力范圍、Z向最大位移。將其作為施工驗收指標。并將本文設計的醫(yī)院大跨度鋼結構連廊施工技術的最大應力、最小應力、Z向位移作為對照指標，與驗收指標進行對比。對照指標滿足驗收指標需求之后，即可確保本次連廊設計與施工質(zhì)量。應用結果如表2所示。

表2 應用結果

如表2所示，Z向位移是連廊結構柱的縱向位移。對于大跨度鋼結構連廊施工而言，連廊的應力與結構柱的位移監(jiān)測至關重要。在應力范圍之內(nèi)，連廊的最大應力與最小應力在±10MPa以內(nèi)，即可確保連廊應力能夠符合實際施工需求，單體部位不會出現(xiàn)應力影響。Z向位移則需要低于連廊施工的Z向最大位移，在最大位移的范圍內(nèi)，結構柱的縱向位移越小，醫(yī)院大跨度鋼結構連廊的施工質(zhì)量越佳。

本文在連廊設計區(qū)域布置了8個監(jiān)測點，分別對監(jiān)測點進行了應力監(jiān)測與位移監(jiān)測。在其他條件均已知的情況下，醫(yī)院連廊的最大應力在55～155MPa的范圍內(nèi)波動；最小應力在-206～-70MPa的范圍內(nèi)波動。由此可見，使用本文設計的醫(yī)院大跨度鋼結構連廊施工技術之后，最大應力與最小應力均在應力±10MPa的范圍內(nèi)，Z向位移均在15mm以內(nèi)，較之Z向最大位移降低了10～40mm，可以確保連廊結構施工質(zhì)量，滿足醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計與施工需求。

3 結論

醫(yī)院大跨度鋼結構連廊的設計和施工技術是一個關乎醫(yī)療服務質(zhì)量和效率的重要領域，本文提出一種新的醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計及施工技術，其主要創(chuàng)新點如下：

（1）該技術涵蓋了大跨度鋼結構連廊設計與施工的各個層面，如臨時提升支架布置、桁架焊接、操作平臺搭設等，使得設計結果更加全面、完善。

（2）本文設計技術能夠保證結構柱位移較低，滿足醫(yī)院大跨度鋼結構連廊設計與施工需求。

通過應用先進的技術和創(chuàng)新的方法，可以實現(xiàn)快速、高效、可持續(xù)的連廊建設，提供安全、便捷、舒適的通道連接各個醫(yī)療設施，為患者和醫(yī)護人員提供更好的環(huán)境和條件。