医院空间的结构设计荷载

医院空间的结构设计荷载
医疗建筑作为复杂的民用建筑之一，有其自身特点。

设计时对于各建筑功能区划内的荷载应予以充分考虑，从而使医院能够充分发挥其救助患者的功能。

本文从结构工程师的角度出发，简述大型医疗设备的荷载位置设置及结构荷载的合理取值，并分析其设计要点。

01、荷载的基本设计原则
（一）基础与地基
基础相较于地上建筑是隐蔽的、相对固定的。

一旦出现承载力不足，很难在使用状态下进行加固处理。

因此针对地上功能及荷载的不确定变化，要充分考虑基础的荷载预留。

在现有功能设计的基础上，考虑远景规划中的功能性变化，例如近远期功能衔接、新旧建筑的连通，打好提前量，但又不能过分保守。

（二）地下车库
1. 车库楼板在车位规划阶段须充分结合各类物资工程车、货车运输路线的变化等因素，综合考虑楼板的承载能力。

2. 地库顶板针对地上功能及设备更新安装需求，车库顶还应考虑大型医疗设备的垂直吊装问题如吊车位置。

因此车库顶须要提前规划路线并给出合理荷载取值。

（三）梁、板、柱
对于大型医院建筑，尤其是门诊楼、医技楼，功能区划的变化导致内部隔墙及设备荷载变化，对于这个弹性变化在计算结构模型时不宜考虑楼板梁、柱、基础的活荷载折减，为适应将来变化留有余地，但对于功能单一的高层病房楼，可以按照规范对活荷载进行折减。

梁宜采用十字梁，采用小板跨提高适应能力。

楼板厚度不宜小于 120 mm，原因如下：一是医院建筑针对各层功能的不同要做好隔音降噪，尤其是住院部的患者需要安静环境静养，须要满足《民用建筑隔声设计规范》（GB 50118―2010）的要求；二是部分医疗设备对于地面平整性的要求很严苛，须要控制楼板挠度；三是部分大型医疗设备安装时需要一定厚度的混凝土楼板作为持力层；四是某些医疗设备的工作原理是基于磁感应，对于周围的含铁物质具有一定的容许范围，楼板的钢筋配筋率有控制上限，因此在承载力一定的情况下须要增加楼板厚度来满足设备的承载力要求。

（四）防护工程有
些大型医疗设备诊断会对人体造成伤害，因此对于 CT 检查室、MRI 检查室、DR 检查室、DSA检查室、X 光检查室、肠胃机房、骨密度及牙片机房、核医学机房等须做射线防护、电磁屏蔽专项设计。

一般可采用混凝土墙体、页岩实体砖建筑墙体、铅板、铜板及硫酸钡板等做设备周围的阻断。

基于建筑功能，混凝土墙体对于结构整体刚度计算有干扰，除地下室外，防辐射设计宜采用建筑墙体。

此部分须要考虑实体建筑墙体的荷载，实心砖及
页岩砖厚度有 240 mm、370 mm，根据防辐射设计要求，容重一般为 18~19 kN/m³。

（五）结构降板
医疗建筑的降板区域一般有普通区域（卫生间、露台等）、大型医疗设备的安装区，须要通过结构降板来埋设管线。

对于医院的卫生间，为方便患者使用，完成面均是和楼面齐平的，卫生间的降板一般在 300~350 mm。

部分卫生间因建筑原因如楼下房间功能要求做同层排水而降板。

大型医疗设备的降板一般控制在 200~400 mm 范围内，在设备正下方须回填素混凝土并保证完成面的平整度满足设备安装要求。

对于诊断室内的其他区域可采用轻集料混凝土或陶粒混凝土等轻质材料回填以此来减轻附加在主体结构上的荷载。

（六）医疗设备运输动线
大型设备的安装因本身重量较大须要考虑运输路径，且此规划路线须要在设计阶段内充分考虑，结构设计在运输道路上须要添加此部分荷载。

另一方面有些设备安装在较高楼层，此时一般采用吊装或专门货梯垂直运输，且为方便运输及设备更新换代，设备房间尽可能靠近建筑边侧。

对于吊装方案，须提前规划，预留吊车吊具等在车库顶的位置，在地库顶板上须要额外考虑该部分荷载。

对于电梯运输，可酌情考虑将电梯设置于建筑边侧，尽可能减少对其他正常使用房间的影响。

电梯的轿厢大小须要根据预采购设备的大小进行预留，电梯荷载根据设备预留，主体结构须额外考虑重型设备的运输荷载。

（七）吊挂荷载
普通办公室及住院部的楼板吊挂荷载按照普通吊挂荷载预留。

大型设备检查室及特殊手术室如DSA 杂交手术室须要额外考虑吊挂荷载。

大型医疗设备一般放置在楼面，采用固定式安装，但随着设备的发展，部分设备可采用吊挂安装，如移动式滑轨。

此时须要充分考虑设备机房上方楼板的板厚及吊挂荷载，满足强度、挠度及磁体设备的要求。

对于 ICU 及急诊处的吊挂须要考虑无影灯和吊塔等荷载。

02、特定功能需求的荷载设计
（一）特殊楼板
具有洁净度要求的科室及大型医疗设备间都要求上方不能设有下水口及用水点，如果现有的建筑布局中核磁共振室上方有卫生间，当建筑专业无法解决时，结构设计可采用特殊楼板解决该问题，即在受保护房间上方搭设双层楼板（图 1）。

在双层板的底板须要做结构找坡且预留排水孔。

底板须要同时做好防水处理，给予受保护房间双倍保护效果。

图1 双层板示意图
（二）手供一体化仓储物流设备
随着医院智能化的发展，很多医院采用智能化仓储系统及物流传输系统提升医疗服务效率。

对于主体结构来说此设备的荷载很大，根据院方需求一般为 45~80 t。

该设备在建筑竖向内通高放置，根据需要其高度一般为 20 m 左右，结构楼板须要开洞，平面大小一般为 2.2 m×5.2 m 左右，且全部荷载落在放置设备的楼层。

主体结构设计时切不可遗漏，一旦遗漏，即使进行后期改造，主体结构也很难承受如此大的荷载。

此外针对该设备的通高设置，主体结构设计时应和设备厂家沟通协调该装置在地震作用下的防碰撞专项设计（图 2）。

图2 某手供一体化仓储物流设备示意图
（三）不间断电源系统
医疗建筑不同于普通民用建筑，医院须要时刻保证电力供应。

且随着信息化的发展、智能化的飞跃，不间断电源系统在医疗建筑中的应用也愈发广泛。

主要用于三个方面：一是智能建筑，如楼宇管理、建筑物机电设备运行及调控、门禁与数字监控等；二是数据中心，用于保证医院高效运行；三是大型医疗装置（如断层扫描、核磁共振等）需要稳定电源。

在UPS 机房内，结构设计应根据电池组的排布及数量估算实际荷载，一般可参照《数据中心设计规范》（GB50174―2017）取16~20 kN/m²。

对于该房间上部楼面及四周墙面须要控制好防水渗漏。

（四）公共走道区域
医疗建筑是人员密集的大型公共场所，人流量比一般民用建筑要大，因此对于门诊楼内的走道、楼梯间门厅、步行楼梯间、公用室外露台等场所应提高活荷载的取值，一般宜大于 3.5 kN/m²。

（五）手术室的设备层
手术间一般是整层或是一层的大部分区域，在其上一层是手术间的设备层。

根据手术间的洁净要求，设备层的楼板会开很多小而碎的通风板洞。

洞口根据设备的安装要求而定，大部分不可合并使用。

对于小于 300 mm 的洞口可不增设梁，其他洞口则尽可能归并位置，方便对结构进行一定程度加强。

另一方面设备层的楼板须要考虑设备数量很多的情况，设备机房活荷载不宜小于8 kN/m²。

此外须要考虑设备基础的重量，切不可遗漏，基础高度一般高于建筑完成面200~300 mm，建议设备基础采用空心或条形，以减轻结构荷载。

同时该层楼板属于手术室的顶部，吊挂荷载会比较大，常见荷载有吊挂无影灯、吊桥吊塔等。

特殊的手术室如复合手术室须要考虑医疗设备的吊挂安装如移动式CT、MRI、C 臂，此时吊挂荷载须要根据医疗设备而定。

综上各种不利因素，对于设备层楼板开洞问题，须要充分考虑并采取加梁或归并板洞位置等措施使楼板整体性得以保证（图3）。

图3 设备层楼板布置示意图
（六）HIS 机房
随着医院信息化的不断发展，医院信息系统（HIS系统）在各级医院中得到广泛应用。

HIS 系统机房包括主机房、辅助区、支持区等。

主机房为数据处理设备安装和运行的场所，可有服务器、存储、网络等区域，机房活荷载标准值宜取8~12 kN/m²，并根据机柜的摆放密度确定荷载值，组合值系数取0.9，准永久值系数取0.8。

辅助区为电子信息设备和软件的安装、调试、维护等场所。

总控中心活荷载不宜小于6 kN/m²，备件库不宜小于5 kN/m²。

数据中心内的UPS 活荷载可参照上文中内容，消防钢瓶间活荷载标准值不宜小于8 kN/m²。

（七）直线加速器
直线加速器机房一般设置在大楼最底层，设备一般从吊装口进入。

吊装口的位置尽可能靠近机房。

运输动线上的荷载按不小于18 t 预留。

由于加速器设备的机房墙体和顶板均很厚（图4），但其周围的辅助性房间上部的墙板较薄，因此两部分建筑荷载相差较大，地基易产生不均匀沉降，可采用设沉降缝的办法进行处理。

机房的厚墙厚板属于大体积混凝土，除在施工阶段考虑其水泥水化热和混凝土收缩等因素外，设计阶段的配筋宜采用小间距的形式，防止墙体出现较宽的贯通型裂缝而导致辐射外泄。

楼板厚度很厚导致施工阶段的模板每平方米负重超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，需要专家论证并采取模板支撑专项施工方案。

因防护需求，大体积混凝土不设后浇带。

施工中合理分段留设施工缝且宜为台阶状，不得出现冷缝，一次浇筑保证其整体性（图5）。

图
4 某直线加速器房间墙体布置
图5 某直线加速器房间板厚布置
（八）部分医疗房间使用荷载建议
根据日常设计实践，表1 中列出部分医疗用房的使用荷载，供同行借鉴参考。

表1 部分医疗房间使用荷载。