文/陳興（中國中元國際工程有限公司醫療建筑設計二院院長）
隔震建筑技術是個系統工程，不僅僅是結構的事情，還涉及建筑設計的各個專業。
地震，是人類生活的夢魘，經常造成較大的人員傷亡和財產損失。1976年在唐山、豐南地區發生了7.8級強烈地震，震后累計死亡24.2萬人，重傷14.6萬人，直接經濟損失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建筑物的破壞，降低地震產生的危害，是建筑設計中的重要議題。在地震高烈度地區，除了常規的抗震措施外，建筑的隔震措施也成為一項重要選擇，甚至是必備的選擇。在地震來臨時，醫院是災難中的“諾亞方舟”，是拯救生命的必備場所，承擔著救死扶傷的重要作用，必須保證其功能的正常運轉，因此，醫療建筑的抗震減災設計至關重要。
在國家的抗震規范中，對醫療建筑的地震設防標準比普通民用建筑高一度，但在地震高烈度地區，普通的抗震措施成本太高，建筑的隔震和減震技術具有更高的性價比，得到了廣泛應用。下面分別介紹一下隔震和減震技術在醫療建筑中的應用。
隔震建筑簡介
在建筑物中間，設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，減輕地震災害，這就是隔震建筑。
隔震結構能夠大幅度減小地震的作用，一般可減小60%左右。上部結構在水平荷載作用下運動特征基本趨于平移運動，其耐震安全性大大提高。地震作用下基本可以達到“小震無感，中震不壞，大震可修”的設防目標。也就是說，多遇地震下基本無震感，設防烈度地震下可不受損壞或不需修理可繼續使用，罕遇烈度地震下可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用。另外地震時內部人員不致產生晃動、站立不穩，提高了舒適度，房屋內家具、設備不致倒塌，避免了次生破壞，確保震中、震后能夠正常運轉。
目前，隔震技術在國內外已大量用于實際工程，特別是在日本、美國等經濟發達的多震國家，隔震技術的應用十分廣泛，尤其是在醫院、能源、通訊、橋梁等生命線設施，此類技術的使用更為普及。
采用隔震技術的國外醫院工程：日本東京臨海醫院
采用隔震技術的國外醫院工程：美國箭頭區域地方醫療中心
采用隔震技術的國外醫院工程：加州大學醫院
日本近年來特別是在阪神地震后，醫院工程大都采用了隔震設計，一些已建的非隔震醫院也采取了隔震加固改造，以提高醫院的耐震能力，保證醫院在地震災害中可以起到救治、急救的作用。我國臺灣地區在1999年“9·21大地震”后，也在逐步推廣使用隔震技術，醫院建筑中已經廣泛采用。
美國、日本、新西蘭等地震多發國家已建議在醫院、大型公建等重要建筑中采用減震、隔震技術。從20世紀90年代起，這些國家就已經將隔震技術應用于醫院工程中。美國南加州大學醫院大樓由于采用了隔震結構，在1994年加州洛杉磯大地震中屹立不倒，震后建筑結構安全完好，室內裝飾、設備儀器、家具等絲毫無損，甚至高達2.5米的花瓶都沒有掉下來，醫院照常運轉，成為全地區的救治中心。而在同一地區受地震波及的橄欖景醫院，采用的是傳統的抗震結構，在震后結構出現不同程度的裂縫和損壞，室內裝飾、設備、儀表、用具、資料等均翻倒毀壞，水管破裂，各層浸水，醫院喪失運轉功能，醫療工作全部癱瘓，使城市的震后搶救工作嚴重受阻，損失慘重。
隔震技術在國內的應用逐步成熟，下面以唐山市豐南區醫院為例進行一下介紹。
唐山市豐南區醫院遷建項目的隔震設計
唐山市豐南區醫院遷建項目位于河北省唐山市豐南新區，建設標準為三級醫院。
唐山市豐南區醫院實景照片
唐山市豐南區醫院老院區位于豐南區市中心，特色科室為兒科、婦產科、骨科、冠心病診治中心等。新院區建成后，老院區進行整體搬遷工作，目前已試營業。
本工程建筑總面積82994.86平方米，設計床位數807床。工程子項含門診醫技樓、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。門診醫技樓及病房樓采用了隔震設計，隔震層設置在地下一層與首層之間。
醫療大樓建筑功能布局: 地下一層：機械停車庫、人防區域、廚房、設備機房；首層：急診、放射科、兒科、配液；二層：檢驗、病理、急救、功能科室、手術部、ICU；三層：血透、信息科、婦產科、功能科室；四層：體檢、行政、口腔、功能科室；五至十二層：病房。
項目地處地震高烈度區，經過經濟性比較，采用了隔震設計，門診醫技樓及病房樓地下一層與首層之間通體設置隔震層。本項目系中國中元國際工程有限公司首次在大型醫院中采用隔震設計，通過本項目的設計，我們研發了成體系、全專業的隔震技術，并在其他的項目中進行應用。本項目在隔震設計中有以下特點。
一是建筑規劃的體型規整，有利于減少地震作用。本項目的建筑形體規整，布局緊湊，使結構的隔震設計變得更加容易，減少了技術的復雜程度，節約了建設成本。
二是復雜的建筑隔震節點設計。在本項目中，我們研發設計了隔震層防火墻的構造、樓電梯穿越隔震層的構造、臺階及坡道構造、聯系非隔震建筑和隔震建筑連廊的細部構造等等，通過摸索，逐步形成了成體系的隔震建筑細部構造措施。
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
三是采用輕質建材，減輕建筑自重，減少地震作用，減輕了隔震設計難度。內部及外部隔墻采用輕質建材，外立面采用仿石材鋁板，既解決了建筑立面耐久性的問題，又減輕了建筑自重，為隔震設計帶來了方便。
四是高烈度地區結構解決方案。按照當時《建筑抗震設計規范》GB50011-2010，項目所在區域屬于8度0.2g，第一組。但根據《唐山市防震減災管理條例》規定，2011年 3月后，當地的醫院和學校均按9度設防。按此條例，本項目按9度0.4g設防。另外，根據地勘報告，本項目在5公里處有發震斷層。
按此參數設計，混凝土常規框架、或框架剪力墻結構體系已無法滿足本工程的抗震設防要求，按照普通的框架剪力墻體系不僅梁、柱超筋嚴重且各項指標均很難控制。我們綜合考慮了隔震和減震以及鋼結構方案，最后選擇了隔震方案。
大樓在地下一層與首層之間設置了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隔震單體，中間用鋼結構連廊相連。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
通過計算，門診樓周期由隔震前的0.88延長到2.28，病房樓周期由隔震前的0.905延長到3.28。兩個隔震單體水平向減震系數均為0.40。上部結構的地震影響系數為0.16。住院和門診大樓上部結構均可按8度（0.2g）計算。
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。
通過隔震，將地上結構的抗震輸入降低，能采用合理的結構實現在高烈度區的結構方案。
五是隔震構造創新。隔震結構由于地上地下部分被隔震層斷開，帶來管線、電梯井、樓梯井等必須在隔震層斷開，管線等可以通過軟連接或者預留變形量進行解決。但電梯井與樓梯井一但斷開給建筑使用帶來極大的不便。
一般隔震結構可以通過下掛、下部加滑動支座等方法處理樓電梯井。在本項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，下掛長度過大。使用下部加滑動支座的方案使得隔震層剛度過小。綜合上述考慮，我們采用了樓電梯井下部在基礎上采用隔震支座的錯層隔震方案。
該方法在實施時確保下部剪力筒剛度足夠大，能協調下部隔震支座與隔震層協調運動，并通過計算確保該處剪力墻首層處與底部的變形小于0.1%。
通過錯層隔震的方案，簡化樓電梯處的隔震構造，為建筑節約了空間，是可行的隔震構造措施。
電梯井處剪力墻處理
隔震層水管軟連接
六是首次在空調管道中應用隔震技術，使管道在地震中達到與建筑結構同等的設防目標。唐山市位于河北平原地震帶，歷史上曾多次發生地震災害，豐南區醫院作為重要生命線工程的建筑物，為確保本工程抗震設防能力，設置隔震層將上部結構和下部基礎隔離，以避免或減少地震能量向上傳輸。隔震層內空調管道的設計需根據隔震層的特點進行分析，并進行有針對性的設計，才能使管道在地震中達到與建筑結構同等的設防目標，減小經濟損失，以保證災后的醫療救援需求。
本項目選擇在空調水平管道上設置隔震軟接，分別在X向和Y向設置隔震專用軟接，并在隔震軟接前后設置固定支架，分別與上部結構和下部結構連接固定，在X向和Y向的管道連接處設置萬向輪，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院中進行隔震相關電氣設計。國內大型綜合性醫院設置隔震層尚屬首次，隔震建筑機電安裝圖集也較為空白。本次工程設計總結了隔震建筑機電設計經驗，對后續同類型工程設計有積極指導意義。
通過這些隔震技術的使用，唐山市豐南區醫院的安全等級得到了很大的提升，投入使用后，各項系統運轉正常。截至目前，該項目已經經歷了幾次小震，醫院沒有受到影響，初步顯現了隔震設計的效果。
編輯/Iris Hou
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