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美国医疗建筑的抗震设计
资料来源:【原创】 发布时间:【2009-10-27 9:20:56】

翰凯国际医疗研究中心:
 
翰凯国际医疗建筑研究中心是在翰凯国际建筑设计公司的基础上建立的专业研究机构。中心的目的是通过国际各个学科的交流来研究医疗建筑,并指导中国医疗建筑设计,提出耳目一新医疗建筑设计和理念,最终竖立中国医疗建筑设计的标杆。
研究中心的成立目的不在追求利润,而是追求公共利益,即致力于加强中国和世界医疗建筑设计的学术交流,拓宽视野,与众多设计单位和著名高校一起成为中国医院建筑设计改革的推动力量。
目前,翰凯国际医疗建筑设计研究中心已经与同济大学联合设立了“医疗建筑规划及设计”专业,由中心主任王恺先生担任硕士研究生导师,致力于培养新一代专业的医疗建筑设计师。

2008年5月12日14时28分,四川汶川县发生7.8级地震,离汶川约100公里的都江堰市部分设施受损,多处房屋发生倒塌。这其中都江堰市的市中医医院的一栋六层楼的住院部发生了垮塌。根据新闻报道,这个楼是砖混结构的,虽然大型的拆借机械已经到达了现场,但是无法施工,因为它的拆借会导致楼体的再次坍塌。因此在救援现场只能搭起人墙,采取人手传递混合体碎片的方式对人员进行救援。
 
医院的抗震设计在所有的公共建筑中的地位是很特殊的,医院的病人行动不便,反应不及时,因此设计师必须对医院的抗震设计引起更多的重视。根据王恺先生本人在美国多年从事医疗建筑设计的经验,在这里就一些美国对医疗建筑预防地震灾害的设计规范和要点予以介绍。
 
美国相当大比例的地区都有可能遭受地震的袭击,平均每年因地震导致的直接经济损失达到10亿美金,间接经济损失超过20亿美金。在有可能发生飓风、龙卷风、洪水、地震或其他区域性灾难的地方,规划和设计必须考虑保护医疗设施所有使用者生命安全的要求,以及灾难发生之后继续提供服务的潜在要求。
 
业主评估
现有设施的业主必须评估设施承受区域性自然灾害影响的能力。此类评估必须考虑结构性建筑体系和非结构部分的性能,以及外部供应的水电、煤气与通讯设施在此类条件下中断的可能性。1994年1月17日美国洛杉矶的30秒的震撼中,大约有11000多间房屋倒塌。地震后,美国当局组织了大批专家,对未受损的建筑物进行可行性鉴定,并将10000多间危房予以封锁,以待拆除。就预防倒塌而言,在以下情况发生时,必须对设施进行评估:
Ø        建筑功能改变,从而引起建筑使用的层数,重要性或者使用者的变化。
Ø        通过对建筑50%或以上的部分改造或修建来长时间地延长建筑使用寿命。
Ø        火灾、飓风、地震或其他原因导致建筑全部或部分的垂直或侧面的承重结构的质量下降。
Ø        建筑的地震研究已经发现建筑对使用者或大范围的公众有极高的风险。
 
设计规划
设施的总体规划必须考虑缓解措施,以应对可能削弱该设施在紧急状况发生后执行预定医疗措施的能力从而避免危急病人的情况。
 
美国关于抗震设计的规范有:美国土木工程师协会(ASCE)ASCE/SEI 7标准有关抗震设计的要求。其中的要求是以“美国国家地震减灾计划”(National Earthquake Hazards Reduction Program)的规定为根据的,由美国地震安全建筑协会(Building Seismic Safety Council)编制。
 
在设计理念方面,建筑的外形对结构的抗震能力的影响最大。玻璃幕墙的面积、拱形结构的规模、外部柱线的位置等作为建筑设计元素都会直接影响建筑的抗震性能。建筑和工程师必须考虑设计理能对结构的抗震能力会产生什么样的影响。例如,想要设计开放式一层的建筑师必须考虑其稳固性;即便采用了剪力墙,建筑师也必须考虑到无数的开放式空间会使剪力墙的抗震效果大打折扣。
 
在结构方面,既然地震力会影响整个建筑系统的每个部分,各个结构部件必须能连成一体来抵抗地震力的破坏。如果建筑的每个结构部分不是牢固地衔接在一起、作为一个整体对抗地震力,那么只能是分散的各个组成部分与地震作用对抗,最弱的部分则首先受到摧毁。结果自然就是其他建筑部分承受荷载的转移或变化,从而最终导致建筑倒塌。因此,建筑各个结构部分的连接的牢固程度自然就成为抗震的关键因素。例如砖石建筑中,如果地面和墙体没有很好的连为一体,在地震力的作用下,墙体可能会与地面系统分离、独自运动,导致墙体坍塌、地面下陷。尽管在设计中,每个结构部分的承重荷载都已经分配合理,但是如果没有在细节上落实、在施工中很好的将各个结构部分连接,那么建筑的抗震能力仍然不可靠。
 
非结构部件方面,地震对非结构部件的摧毁程度往往比结构部件要大的多。非结构部件一般是指在结构分析中不考虑重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件,如隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙板、雨篷、玻璃幕墙等,医院内还有医疗设备的维护结构。虽然地震中因非结构部件的折断、掉落等原因造成死亡的情况不多,但是在医院里在病人行动不便、医疗设备重量较大的情况下,这些非结构部件足以对生命安全形成足够的威胁。因此,有必要根据以往地震中的宏观震害经验和相关标准,妥善处理这些非结构部件,以减轻局部震害,提高建筑的抗震可靠度。
 
此外,在设计的同时还要考虑相邻的建筑结构。在地震作用下,每个建筑单体都有不同的反应模式,建筑与建筑间必须留有充足的间隔空间,从而避免两建筑相撞。在剧烈地震中,不夸张地说每个建筑其实都像钟摆在摇摆。如果两建筑的净空间距比每个建筑水平运动后的位移量的和还要小,那么这两个建筑可能像两个钟摆激烈相撞,破坏后果不堪设想。
 
抗震施工
在抗震系统施工期间,业主必须按照美国土木工程师协会标准ASCE 11A.1.3中的11A.1.3章节进行特殊检查,并按照美国土木工程师协会标准ASCE/SEI 7-05的11A.2章节进行验收。
 
楼顶覆盖物和机械设备必须牢固地安装在支撑行屋顶结构上,而且必须为建筑物的楼顶提供抗风雨措施。楼顶覆盖物必须根据制造商的说明、美国《医院与医疗设施设计与施工指南》(2006版)和相关参考资料,铺在清洁、干燥的平台上。除了防风设计和规定的施工要求外,还应特别注意屋面材料、入口通道、玻璃窗和遮雨板设计,以便能将屋顶隆起、碰撞破坏以及其它可能严重损害建筑物的破坏减到最小限度。如果使用镇重物的话,设计必须保证其不会抛落。
 
灾后预防
灾难发生之后仍然必须继续运行的医疗设施,需要有特殊的设计以保护系统和重要建筑物服务,如水、电和医用气体系统以及某些区域的空调。此外,还应特别考虑到外部供给的水电、煤气和通讯暂时中断的可能性。
 
如果医疗设施的正常运营中断的话,必须为该设施提供充足的物资储备或功能性应急计划,包括下列物资:食品、无菌物资、药品、被服以及清洁用水。此类物资储备或供应计划必须足以维系医疗设施不间断运行至少四天。医院必须有备用紧急柴油发电机,即便基础设施遭到破坏,仍能至少72小时持续供电。
 
 
 
总之,中国的建设项目一定要全面贯彻中华人民共和国《建筑抗震设计规范》。四川汶川地震救灾修复工作结束后,建议震区和全国其他处在地震带上的医院建筑都要特别加强设施抗震评估,地震低发地区设施的侧力结构也要满足防风设计标准。在设计上除了设施结构设计达到国家标准,在结合国情的情况下,非结构部分的设计施工也要特别加强。
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