2023-10-16
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更多国家标准《生物安全实验室建设技术规范》GB50346-2011对生物安全实验室建筑的抗震设防类别进行了一定的规定。那要如何设计、施工？是一个需要论证的问题，鉴于生物实验室底层废弃物处理用房大空间空旷用房、首层实验室部分小开间多隔墙布置、顶层空气处理机房大空间、大层高结构的不同层次的空间使用功能特点，竖向抗剪能力变化较大，抗震设计必须要经过计算和实验确定，而不能按照标准的建筑工程设计施工。
生物安全实验室的抗震设计应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定。三级生物安全实验室抗震设防类别宜按特殊设防类，四级的则应按特殊设防类。
一、现浇钢筋混凝土抗震墙结构
作为最高级别防护的四级生物安全实验室的结构形式大部分是现浇钢筋混凝土抗震墙结构，围护结构墙体采用现浇钢筋混凝土墙体；少数采用现浇钢筋混凝土框架结构，围护结构墙体采用预制混凝土砌块；另外，部分实验室采用了钢筋混凝土和钢组合结构。现浇钢筋混凝土抗震墙结构的四级生物安全实验室相对采用较为广泛，同时也是《生物安全实验室建筑技术规范》GB 50346-2011 推荐选用的结构形式。
一般都将第一层废弃物处理层做成地下室，首层为核心实验室，顶层为空气处理机房。实验室建筑平面布局较为规范，大都是规则的矩形平面、平面体型规则。
设计中的难点或较有争议的部分是结构的竖向不规则问题，根据实验室的使用功能布置：
● 底层废弃物处理用房为大空间空旷用房。
●首层实验室部分为小开间多隔墙布置，而且墙体不到顶，一般做到2.7m标高处的硬吊顶部位，如果本层全部为实验用房，即形成一个完整的结构层。
●顶层空气处理机房是大空间、大层高结构。
●结构层高沿竖向变化较大，首层多墙体布置，与上、下层的大空间相比较，结构侧向刚度沿竖向形成突变，首层墙体大多数不落地，竖向抗侧力构件不连续，建筑物形体为特别不规则建筑。
对于四级生物安全实验室这样的重点设防类建筑，首先应当选取建筑形体规则、有利于抗震的结构形式，要想调整建筑物的竖向刚度分布，首先要合理定义首层实验室围护结构墙体对整个建筑物侧向刚度的影响。
对首层现浇钢筋混凝土墙体的作用及结构计算模型存在以下两点意见：
1.首层现浇钢筋混凝土墙体按抗震墙考虑
根据使用功能要求，地下设备间为大空间结构，上部混凝土墙体落地会严重影响其使用功能，即使将局部几道墙体延伸至地下，也做不到墙体全部落地，这样就形成了部分框支抗震墙结构。《建筑抗设计规范》中关于框支剪力墙结构的规定如下：矩形平面的部分框支抗震墙结构，其框支层的楼层侧向刚度不应小于相邻非框支层楼层侧向刚度的50%；框支层落地抗震墙间距不宜大于 24m，框支层的平面布置宜对称，且宜设抗震简体：底层框架部分承担的地震倾覆力矩，不应大于结构总地震倾覆力矩的 50%。根据已经完成设计的两个四级生物安全实验室 (3个结构单元)，其计算结果不能满足上述规定而且框支抗震墙结构本身就不是一种抗震有利的结构形式，规范规定：普通设防类建筑在8度区24m以上及 9 度区不允许采用部分框支抗震墙结构，针对四级生物安全实验室这样的特殊设防类建筑更需要从严控制，谨慎采用。
2.首层现浇钢筋混凝土墙体按填充墙考虑
将墙体与主体结构之间采用柔性连接，即墙体侧向与框架柱之间预留一定宽度的缝隙，用橡胶或其他柔性材料填充，主体结构按纯框架结构考虑，其受力体系明确、计算结果满足规范要求，但是理论上的柔性连接是否可以真正实现？墙体与框架柱之间的预留缝隙宽度如何精确确定？同时，每道墙两边及墙与墙之间大量的预留缝隙与实验室围护结构墙体的密封性要求有很大的矛盾，大量缝隙的封堵必将带来建筑成本及使用过程中维护成本的大幅增加，同时空气泄漏的几率也随之加大。
二、钢筋混凝土和型钢组合结构
采用钢筋混凝土和型钢组合结构的四级生物安全实验室所示，具体结构形式为：
● 首层设备用房为钢筋混凝土抗震墙结构。
●二层实验室为钢筋混凝土加架梁的框架结构。
●三层为钢架结构。
●为保护屋面上的设备，又做了第四层，为轻型门式刚架结构，彩钢板屋面。
●核心实验区围护结构墙体采用双层不锈钢复合板。
这样的结构形式同样也是结构侧向刚度变化较大，但从概念上分析，结构刚度是自下而上由刚到柔，逐渐递减。这是“盒中盒”的设计理念。
核心实验室的围护结构墙体采用钢板结构，可靠地解决了实验室对围护结构墙体的封性要求，同时削弱了分布密集的围护结构墙体对建筑物整体刚度的影响，然而作为一个整体的工程设计，位于核心区的由钢板组合而成的实验室用房尚应有一定量的工作要讲一步落实，例如，钢板组合结构与主体建筑物的连接节点做法；钢板与钢板之间的接以及钢板自身的强度保证等。而且大多数实验室建造专家认为，此类问题不宜按照普通工程的设计思路，由建筑专业采用标准做法，而是应该根据具体工程通过计算或实验研究确定，应保证与主体构的协同一致。
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生物安全实验室的抗震设计应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定。三级生物安全实验室抗震设防类别宜按特殊设防类，四级的则应按特殊设防类。
一、现浇钢筋混凝土抗震墙结构
作为最高级别防护的四级生物安全实验室的结构形式大部分是现浇钢筋混凝土抗震墙结构，围护结构墙体采用现浇钢筋混凝土墙体；少数采用现浇钢筋混凝土框架结构，围护结构墙体采用预制混凝土砌块；另外，部分实验室采用了钢筋混凝土和钢组合结构。现浇钢筋混凝土抗震墙结构的四级生物安全实验室相对采用较为广泛，同时也是《生物安全实验室建筑技术规范》GB 50346-2011 推荐选用的结构形式。
一般都将第一层废弃物处理层做成地下室，首层为核心实验室，顶层为空气处理机房。实验室建筑平面布局较为规范，大都是规则的矩形平面、平面体型规则。
设计中的难点或较有争议的部分是结构的竖向不规则问题，根据实验室的使用功能布置：
● 底层废弃物处理用房为大空间空旷用房。
●首层实验室部分为小开间多隔墙布置，而且墙体不到顶，一般做到2.7m标高处的硬吊顶部位，如果本层全部为实验用房，即形成一个完整的结构层。
●顶层空气处理机房是大空间、大层高结构。
●结构层高沿竖向变化较大，首层多墙体布置，与上、下层的大空间相比较，结构侧向刚度沿竖向形成突变，首层墙体大多数不落地，竖向抗侧力构件不连续，建筑物形体为特别不规则建筑。
对于四级生物安全实验室这样的重点设防类建筑，首先应当选取建筑形体规则、有利于抗震的结构形式，要想调整建筑物的竖向刚度分布，首先要合理定义首层实验室围护结构墙体对整个建筑物侧向刚度的影响。
对首层现浇钢筋混凝土墙体的作用及结构计算模型存在以下两点意见：
1.首层现浇钢筋混凝土墙体按抗震墙考虑
根据使用功能要求，地下设备间为大空间结构，上部混凝土墙体落地会严重影响其使用功能，即使将局部几道墙体延伸至地下，也做不到墙体全部落地，这样就形成了部分框支抗震墙结构。《建筑抗设计规范》中关于框支剪力墙结构的规定如下：矩形平面的部分框支抗震墙结构，其框支层的楼层侧向刚度不应小于相邻非框支层楼层侧向刚度的50%；框支层落地抗震墙间距不宜大于 24m，框支层的平面布置宜对称，且宜设抗震简体：底层框架部分承担的地震倾覆力矩，不应大于结构总地震倾覆力矩的 50%。根据已经完成设计的两个四级生物安全实验室 (3个结构单元)，其计算结果不能满足上述规定而且框支抗震墙结构本身就不是一种抗震有利的结构形式，规范规定：普通设防类建筑在8度区24m以上及 9 度区不允许采用部分框支抗震墙结构，针对四级生物安全实验室这样的特殊设防类建筑更需要从严控制，谨慎采用。
2.首层现浇钢筋混凝土墙体按填充墙考虑
将墙体与主体结构之间采用柔性连接，即墙体侧向与框架柱之间预留一定宽度的缝隙，用橡胶或其他柔性材料填充，主体结构按纯框架结构考虑，其受力体系明确、计算结果满足规范要求，但是理论上的柔性连接是否可以真正实现？墙体与框架柱之间的预留缝隙宽度如何精确确定？同时，每道墙两边及墙与墙之间大量的预留缝隙与实验室围护结构墙体的密封性要求有很大的矛盾，大量缝隙的封堵必将带来建筑成本及使用过程中维护成本的大幅增加，同时空气泄漏的几率也随之加大。
二、钢筋混凝土和型钢组合结构
采用钢筋混凝土和型钢组合结构的四级生物安全实验室所示，具体结构形式为：
● 首层设备用房为钢筋混凝土抗震墙结构。
●二层实验室为钢筋混凝土加架梁的框架结构。
●三层为钢架结构。
●为保护屋面上的设备，又做了第四层，为轻型门式刚架结构，彩钢板屋面。
●核心实验区围护结构墙体采用双层不锈钢复合板。
这样的结构形式同样也是结构侧向刚度变化较大，但从概念上分析，结构刚度是自下而上由刚到柔，逐渐递减。这是“盒中盒”的设计理念。
核心实验室的围护结构墙体采用钢板结构，可靠地解决了实验室对围护结构墙体的封性要求，同时削弱了分布密集的围护结构墙体对建筑物整体刚度的影响，然而作为一个整体的工程设计，位于核心区的由钢板组合而成的实验室用房尚应有一定量的工作要讲一步落实，例如，钢板组合结构与主体建筑物的连接节点做法；钢板与钢板之间的接以及钢板自身的强度保证等。而且大多数实验室建造专家认为，此类问题不宜按照普通工程的设计思路，由建筑专业采用标准做法，而是应该根据具体工程通过计算或实验研究确定，应保证与主体构的协同一致。
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