装配式集装箱临时性应急医院结构设计

2022-09-21 16:46:34 来源:写作指导

摘要:以佛山市某应急医院为例,介绍了装配式集装箱临时性应急医院的地基处理、基础选型、上部结构设计、细部构造措施等。总结了应急医院的设计实施方案,以期为类似医院的设计提供借鉴与参考。

关键词:装配式;集装箱;应急医院;上部结构;抗风措施

装配式集装箱结构相比于普通钢结构,其标准化、模块化、工业化、装配化程度明显提高。装配式集装箱建筑,凭借其绿色环保、施工便捷、抗震抗风、保温隔热、高性价比等优势,在2020年防治新冠肺炎应急医院建设中得到广泛应用。

1工程概况

本工程为佛山市某应急医院,地上1层,主要功能为标准病房及医护用房等,基础形式为筏板基础,上部结构为装配式集装箱结构,应急医院平面布置见图1。

2应急医院设计基本原则

本应急医院建设工期仅有15d,采用集装箱房及轻型钢结构板房,其设计使用年限定为5年。鉴于本应急医院设计年限仅为5年,其抗震设防类别定为丙类,结构安全等级定为二级。结构荷载作用及活荷载取值,参照GB50009—2012《建筑结构荷载规范》中的规定采用,考虑广东地区强风频繁,风荷载按50年重现期取值。集装箱结构之间的连接应确保整体结构抗震抗风安全,设计时应与厂家紧密配合,确保连接构造安全可靠。

3地质资料

按地质年代、成因类型和岩性特征、土层稠密度或岩层风化程度将场地内岩土分层描述如下:第1层:杂填土。松散,主要由混凝土块、砖块、碎石、砂等建筑垃圾及黏性土组成,局部稍压实,结构松散,土质不均;地基承载力特征值fak=90kPa;第2层:素填土。松散,主要由黏性土、砂土组成,局部含少量碎石、块石,局部稍压实,均匀性差;fak=70kPa;第3层:填砂。稍密为主,局部中密,主要由粉细砂组成,局部为中砂,均匀性较好;fak=110kPa;第4层:细砂、中砂。稍密,饱和,级配不良,局部为粗、砾砂;fak=120kPa;第5层:黏土、粉质黏土。可塑为主,局部软塑,含少量粉细砂;fak=100kPa。

4基础方案比选

集装箱临时性应急医院的基础形式可采用混凝土独立基础、混凝土条形基础或整体浇筑筏板基础。临建房屋应根据上部结构荷载及地质条件进行基础设计,基础混凝土强度等级不应低于C20[1]。

4.1独立基础

当地质条件较好,预估基础变形较小,且工期允许的情况下,可采用独立基础形式,基础大小应根据具体的上部荷载、地基承载力确定。基础尺寸不宜小于700mm×700mm,厚度不宜小于300mm,基础短柱截面不宜小于350mm×350mm,周边的基础短柱上设预埋板,与上部集装箱焊接。

4.2条形基础
根据地质条件、上部结构荷载及房屋形式,集装箱应急医院可采用整体性较好的条形基础。条形基础内设置构造钢筋,以加强基础的整体性及抗裂性。条形基础宽一般取250~300mm,混凝土强度等级取C25或C30。

4.3筏板基础

当地质条件较差,变形较大,可能产生一定的不均匀沉降时,应采用整体性较好的筏板基础,筏板基础厚度一般为300~350mm,当筏板中需要埋设管线时,筏板厚度根据具体情况适当加厚。混凝土强度等级取C25或C30,地质情况较好时,筏板配筋可按0.15%进行配置;下部有回填土或淤泥质土时,可将配筋率增加至0.2%~0.25%。

4.4基础方案确定

本项目工期紧张,且基底土层为松散的杂填土,故最终采用筏板基础方案,基础与结构之间宜有可靠的锚固连接[2]。筏板基础与集装箱之间设置架空钢梁(或预制混凝土块)连接,架空层的高度根据排水管道安装空间的需要确定为600mm。集装箱四角布置架空钢梁,典型布置示意详见图2。架空钢梁与筏板设钢筋连接,架空钢梁上部与集装箱焊接连接,连接方式详见图3。

5上部结构形式确定

应急医院建设周期很短,结构形式选择应方便加工、运输、安装,应优先采用装配式钢结构,如集装箱房、钢框架和板式钢结构等。本应急医院采用集装箱结构及板式钢结构。普通病房、医护区及医技用房采用3.0m×6.0m、1.8m×6.0m两种标准型号的集装箱房。CT室及DR室因层高、承载力、防护等需求,采用板式钢结构。

6上部结构设计

6.1上部结构的技术要求

1)上部结构的供货方,应将整个上部结构作为一个产品供应,供货方进行产品设计时,除应满足荷载、防风、受力、变形等要求外,尚应符合国家现行标准的规定。2)上部结构集装箱体间应可靠连接,节点连接构造应满足结构受力和变形要求。上部结构应与基础可靠连接,应采取有效的抗风及抗倾覆措施。3)上部结构应结合建筑平面功能进行布置,宜标准化、模块化;因功能需要而产生的部分非标或大跨度结构(如CT、DR等特殊防护房间),需进行专项结构设计。4)装配式集装箱临时性应急医院,箱体开洞应在设计时预先考虑,洞口边缘四周应有加强钢框架等补强措施。

6.2箱体结构抗风、抗倾覆要求

箱体结构应进行抗风、抗倾覆计算,比如箱体与架空钢梁的连接节点计算、架空钢梁与基础的连接节点计算、架空区域的箱体底板的计算等。箱体结构应具有完善的节点连接构造和连接方式,以满足结构整体受力和变形的要求。6.3屋面设备基础设计附着在临时性建筑上的设施、设备应与主体结构有可靠的连接,并应对其连接方式和承载力进行设计和计算[3]。集装箱房自重轻、屋面承载力低(屋面活荷载标准值为0.5kN/m2),送、排风机等设备放置在屋面时,容易导致振动及噪声超标。振动较大的风机宜放置在地面,且基础及支架与房屋结构基础和构件脱开设置,避免噪声和振动对患者产生影响。小型设备放置在屋面时,建议设立柱与箱体柱或屋面梁连接,立柱顶部设钢梁连为一体作为设备的支撑体系,振动设备应采取减振措施,以避免振动及噪声超标。

6.4屋面风管抗风措施

屋面风管出屋面高度2~4m,应设置风管支架及抗风拉杆,防止风管在强风时破坏,尤其强风压的沿海地区,更应注重抗风措施。

6.5轻质坡屋面体系的抗风计算

轻质坡屋面的屋面板采用轻质材料并自带保温防水性能,其恒载、活载均较小,因此风荷载在轻质坡屋面设计中起控制作用。1)刚架的抗风设计。坡屋面体系的主要受力构件为刚架(钢柱、钢梁),在《建筑结构荷载规范》第8章和CECS102∶2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》[4](以下简称《门规》)附录A中,均对轻质坡屋面的风荷载进行了规定。根据建筑不同区域及建筑物是否封闭等条件进行风荷载计算,风荷载与恒载、活载进行组合,在该组合工况下,刚架需满足变形及应力的要求。2)檩条的抗风设计。檩条设计参考11G521-1《钢檩条》的计算方法。《门规》附录A规定了屋面檩条使用阶段的风荷载,分为中间区、边缘带、角部3个分区取值,不同区域风荷载差异较大。根据檩条线荷载、跨度、屋面坡度、有无支撑等参数查《钢檩条》图集选用檩条。3)屋面板的抗风设计。《门规》附录A规定了屋面板风荷载的计算方法。风荷载确定后,结合屋面板恒载、活载进行最不利荷载组合,根据厂家提供的屋面板及螺钉参数复核其受力要求。

6.6施工配合注意事项

应急医院建设周期短,施工质量控制难度大,但重点部位、重点环节应加强质量控制。1)地基处理工程:回填土的压实系数需要严格控制,如果回填土压实不密实,后期会产生基础沉降不均匀,集装箱倾斜、密封位置开裂等质量事故。2)混凝土工程的配合比及强度控制:施工过程中应严格控制混凝土配合比,以保证混凝土的强度。3)连接节点控制:装配式集装箱建筑主要连接节点有基础与架空钢梁的连接、架空钢梁与集装箱体的连接、箱体间的连接3种,施工过程中应严格控制各种连接节点,以保证集装箱体的结构受力、变形、抗风、抗倾覆的能力。

7结论

1)设计阶段建筑布局确定后,建筑箱体布置图与结构基础图应同时发送施工现场。施工单位在基础底板施工时,应根据箱体位置进行架空钢梁的预留预埋,以避免后植钢筋(后植锚栓)而延长工期。2)上部结构(集装箱房)作为一个产品供应,供货方进行产品设计时,如医院设计方有特殊要求(如屋面风机、铅板防护等),医院设计方应及时提出要求,集装箱供货方考虑该要求,进行特殊定制,避免后期的拆除改造。3)设备订货应与基础建设同步甚至更快,避免出现设备到场后无法安装的情况。4)装配式集装箱建筑,具有标准化、模块化及工业化程度高,施工便捷,抗震抗风,保温隔热等优势,适用于建设周期短的临时性应急项目。

参考文献

[1]北京市质量技术监督局.建设工程临建房屋技术标准:DB11/693—2017[S].北京:北京城建科技促进会,2017.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.施工现场模块化设施技术标准:JGJ/T435—2018[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.

[3]上海市住房和城乡建设管理委员会.临时性建(构)筑物应用技术规程:DGJ08-114—2016[S].上海:同济大学出版社,2011.

[4]中国工程建设标准化协会.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程:CECS102∶2002[S].北京:中国计划出版社,2012.

作者:狄玉辉 梁辉 孙飞虎 单位:中国中元国际工程有限公司