合肥离子医学中心主体建筑结构设计

分类：论文范文 发表时间：2019-10-12 09:32

　　摘 要：本文主要介绍了合肥离子医学中心主体建筑的结构设计，阐述了质子治疗系统装置所引起的主体结构基础微变形、基础微振动和混凝土裂缝控制等结构设计中的技术难点，对所采取的相关技术措施进行了介绍。

　　关键词：质子治疗系统;微沉降控制;微振动控制;裂缝控制;隔震沟;

　　1 工程概述合肥离子医学中心为安徽省重点工程，由合肥市人民政府与中科院合肥物质科学研究院合作共建。该项目作为国内首个引进美国瓦里安ProBeam®质子治疗系统的离子医学治疗项目，将成为国家质子重离子医学领域的重要组成，具有很大的影响力。

　　项目位于安徽省合肥市国家高新技术产业开发区内，建筑面积 33311 平方米(含质子区 3500 平方米)，其中地下建筑面积 8191 平方米，地上建筑面积 25120 平方米。

　　主体建筑由门诊住院楼和质子区两个单体组成，门诊住院楼地上部分最高 3 层(含夹层)，地下 1 层，高度 21.1 米。质子区地上两层，高度 11.50 米，质子区由一个回旋加速器室、两个固定束流室和三个旋转机架室组成，另外还有一个束流隧道，质子区平面见图 3。

　　2 结构设计 2.1 上部结构设计 (1) 结构布置门诊住院楼总高 21.10m，地上共 4 层。采用钢筋混凝土框架、现浇楼盖及屋盖结构体系，按照 8 度设防，框架抗震等级二级。质子治疗区总高 11.50m，地上共 2 层。采用钢筋混凝土框架剪力墙、现浇楼盖及屋盖结构体系，按照 8 度设防，框架抗震等级三级、剪力墙抗震等级二级。

　　2.2 设计分析依据 (1) 结构安全等级和设计使用年限

　　主体建筑的结构安全等级为二级，抗震设防类别为乙类，结构设计使用年限为 50 年。建筑耐火等级为一级。

　　(2) 基本荷载工况

　　恒荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、建筑楼面活荷载、屋面活荷载

　　地震荷载：7 度设防，第一组 Tg=0.9s

　　设计基本地震加速度峰值=0.35g

　　建筑场地类别：II 类场地

　　2.3 建筑基础设计该项目采用桩筏基础，桩型选用 Ø1200 人工挖孔桩(扩底 2400mm)，单桩抗压承载力特征值 11800kN，水平承载力特征值 380kN，持力层为⑦层中风化泥岩，桩身进入持力层不小于 3.0m，其中门诊住院楼筏板厚度为 600mm，质子区筏板厚度 1500mm。

　　3 技术关键

　　3.1 微振动控制

　　(1) 振动控制要求振动对质子治疗系统质量有直接影响。因此，对单独结构构件的质量有着严格的要求，特别是对整体结构和技术建筑设备之间相互作用有着严格要求。根据质子治疗系统的工艺要求，在质子治疗的常规操作过程中，建筑物振动必须被限定在 IES-RP-CC012.1，A 类实验楼的振动控制要求，未注明的频率情况，建筑物基础底板振动的最大振动速率不应超过 100 μm/s。

　　(2) 微振动控制设计

　　本工程振动控制要求较高，为最大限度保证工程振动控制的成功，振动控制采取现场实测和数值模拟计算分析两种方法，分阶段测试，进行动态设计。结合工程施工进度，现场测试与数值模拟分阶段如下：

　　1) 天然场地的振动测试及数值模拟;

　　2) 桩基施工结构后单桩现场振动测试;

　　3) 底板施工结束后现场振动测试;

　　4) 建筑物土建结构施工完成后现场振动测试。

　　振动源分析主要分为两类，一类是外部振动源，包括道路交通、地铁和场地内的施工活动等;另一类是内部振动源，主要是一些设备机房的设备产生的振动等。通过振动实测来获取振动分析的基础性数据并为数值模拟提供激励荷载，结合数值模拟分析结果，本工程微振动控制设计中采取了一下措施：

　　场地周边设置隔震沟，以隔绝外部振源带来的地表脉动;

　　增大质子区底板刚度，提高其自振频率;

　　在振动影响比较大的设备机房设置浮置底板;

　　屋顶相关设备基础上设置弹簧隔振器;

　　通过以上设计分析手段，并综合采用各种减振和隔振的措施来最终达到微振动的控制要求。

　　3.2 沉降控制

　　(1) 沉降控制要求质子治疗系统的性能依赖于所有部件的精确定位，小变形可以通过调整来补偿，当变形超过临界值时，将不可避免地重新进行校准。因此系统设备供应商对建筑的沉降变形要求超过 10m 的长度上差别沉降必须 <0.2mm/年。

　　(2) 沉降控制设计

　　为了达到差异沉降的控制要求，本项目主要从以下几方面着手。桩基持力层的选择：选择压缩性较小的中风化泥岩作为桩基持力层，控制绝对沉降;

　　桩型的选择：结合当地实际情况，采用大直径扩底人工挖孔桩，严格清理桩底沉渣，减小施工因素带来的不利影响;

　　桩顶荷载水平的控制;充分利用结构刚度来调整不均匀沉降变形。

　　3.3 混凝土结构的裂缝控制

　　根据防辐射要求，质子区混凝土墙、板的厚度比较厚，大部分在 2000mm 左右，最厚的墙体厚度达到了 4750mm，裂缝控制成为了比较关键的问题，该项目中主要采取了以下措施控制裂缝：混凝土配合比的试验研究和分析;

　　混凝土结构早期温度和收缩变形的理论分析和数值模拟;

　　施工措施(后浇带、保湿保温养护、分仓施工、温差控制);

　　对足尺寸试块分析，确定合理的混凝土绝热升温和入模温度的控制标准。

　　4 结论

　　合肥离子医学中心作为国家离子医学的重要组成部分，具有重要的现实意义和较大的社会影响。该项目所采用的质子治疗系统对土建设计提出了比较高的要求，其中关于微沉降和微振动的控制要求，在国内土建工程设计中罕见。本项目中所采用的隔震沟、浮置底板和大直径扩底人工挖孔桩等技术措施很好的满足了各项工艺要求，达到了设计目标，对今后同类型项目的设计积累了成功的经验，也为在一定程度上对我国工程设计技术的发展起到了积极的推进作用。

　　参考文献：

　　[1] 合肥离子医学中心振动测试咨询报告.上海建筑设计研究院有限公司,2018.12.

　　[2] 王铁梦. 工程结构裂缝控制[M]. 北京;中国建筑工业出版社,2010:45-52.

　　[3] 钢筋混凝土结构裂缝控制指南[M]. 北京;化学工业出版社,2004:22-30.

　　[4] 上海光源工程微振动专题研讨会资料. 上海建筑设计研究院有限公司光源工程结构设计组,2004.11

　　[5] Particle Therapy Building Interface Document(BID) Version 3.0. Varian Medical System,2014.11

　　[6] 中华人民共和国国家标准: 混凝土结构设计规范(GB 50010-2010).

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