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鑒于生物安全實驗室的不同空間功能使用特點的抗震結構如何設計？
2023-03-13 瀏覽次數：150
生物安全實驗室的抗震設計應符合現行國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007的有關規(guī)定。三級生物安全實驗室抗震設防類別宜按特殊設防類，四級的則應按特殊設防類。
一、現澆鋼筋混凝土抗震墻結構
作為最高級別防護的四級生物安全實驗室的結構形式大部分是現澆鋼筋混凝土抗震墻結構，圍護結構墻體采用現澆鋼筋混凝土墻體；少數采用現澆鋼筋混凝土框架結構，圍護結構墻體采用預制混凝土砌塊；另外，部分實驗室采用了鋼筋混凝土和鋼組合結構?，F澆鋼筋混凝土抗震墻結構的四級生物安全實驗室相對采用較為廣泛，同時也是《生物安全實驗室建筑技術規(guī)范》GB 50346-2011 推薦選用的結構形式。
一般都將第一層廢棄物處理層做成地下室，首層為核心實驗室，頂層為空氣處理機房。實驗室建筑平面布局較為規(guī)范，大都是規(guī)則的矩形平面，平面體型規(guī)則。設計中的難點或較有爭議的部分是結構的豎向不規(guī)則問題，根據實驗室的使用功能布置：
（1）底層廢棄物處理用房為大空間空曠用房。
（2）首層實驗室部分為小開間多隔墻布置，而且墻體不到頂，一般做到2.7m標高處的硬吊頂部位，如果本層全部為實驗用房，即形成一個完整的結構層。
（3）頂層空氣處理機房是大空間、大層高結構。
（4）結構層高沿豎向變化較大，首層多墻體布置，與上、下層的大空間相比較，結構側向剛度沿豎向形成突變，首層墻體大多數不落地，豎向抗側力構件不連續(xù)，建筑物形體為特別不規(guī)則建筑。
對于四級生物安全實驗室這樣的重點設防類建筑，首先應當選取建筑形體規(guī)則、有利于抗震的結構形式，要想調整建筑物的豎向剛度分布，首先要合理定義首層實驗室圍護結構墻體對整個建筑物側向剛度的影響。對首層現澆鋼筋混凝土墻體的作用及結構計算模型存在以下兩種意見：
1、首層現澆鋼筋混凝土墻體按抗震墻考慮
根據使用功能要求，地下設備間為大空間結構，上部混凝土墻體落地會嚴重影響其使用功能，即使將局部幾道墻體延伸至地下，也做不到墻體全部落地，這樣就形成了部分框支抗震墻結構?！督ㄖ乖O計規(guī)范》中關于框支剪力墻結構的規(guī)定如下：矩形平面的部分框支抗震墻結構，其框支層的樓層側向剛度不應小于相鄰非框支層樓層側向剛度的50%；框支層落地抗震墻間距不宜大于 24m，框支層的平面布置宜對稱，且宜設抗震簡體：底層框架部分承擔的地震傾覆力矩，不應大于結構總地震傾覆力矩的 50%。根據已經完成設計的兩個四級生物安全實驗室 (3個結構單元)，其計算結果不能滿足上述規(guī)定而且框支抗震墻結構本身就不是一種抗震有利的結構形式，規(guī)范規(guī)定：普通設防類建筑在8度區(qū)24m以上及 9 度區(qū)不允許采用部分框支抗震墻結構，針對四級生物安全實驗室這樣的特殊設防類建筑更需要從嚴控制，謹慎采用。
2、首層現澆鋼筋混凝土墻體按填充墻考慮
將墻體與主體結構之間采用柔性連接，即墻體側向與框架柱之間預留一定寬度的縫隙，用橡膠或其他柔性材料填充，主體結構按純框架結構考慮，其受力體系明確、計算結果滿足規(guī)范要求，但是理論上的柔性連接是否可以真正實現? 墻體與框架柱之間的預留縫隙寬度如何精確確定?同時，每道墻兩邊及墻與墻之間大量的預留縫隙與實驗室圍護結構墻體的密封性要求有很大的矛盾，大量縫隙的封堵必將帶來建筑成本及使用過程中維護成本的大幅增加，同時空氣泄漏的幾率也隨之加大。
二、鋼筋混凝土和型鋼組合結構
采用鋼筋混凝土和型鋼組合結構的四級生物安全實驗室所示，具體結構形式為：
1、首層設備用房為鋼筋混凝土抗震墻結構。
2、二層實驗室為鋼筋混凝土加架梁的框架結構。
3、三層為鋼架結構。
4、為保護屋面上的設備，又做了第四層，為輕型門式剛架結構，彩鋼板屋面。
5、核心實驗區(qū)圍護結構墻體采用雙層不銹鋼復合板。
這樣的結構形式同樣也是結構側向剛度變化較大，但從概念上分析，結構剛度是自下而上由剛到柔，逐漸遞減。這是“盒中盒”的設計理念。
核心實驗案的圍護結構墻體采用鋼板結構，可靠地解決了實驗室對圍護結構墻體的封性要求，同時削弱了分布密集的圍護結構墻體對建筑物整體剛度的影響，然而作為一個整體的工程設計，位于核心區(qū)的由鋼板組合而成的實驗室用房尚應有一定量的工作要講一步落實，例如，鋼板組合結構與主體建筑物的連接節(jié)點做法；鋼板與鋼板之間的接以及鋼板自身的強度保證等。此類問題不宜按照普通工程的設計思路，由建筑專業(yè)采用標準做法，而是應該根據具體工程通過計算或實驗研究確定，應保證與主體構的協(xié)同一致。
