二级生物安全实验室结构设计需关注的四大方面

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• 日期: 2023-12-25
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生物安全，是指国家有效应对生物因子及相关因素威胁，在生物领域能够保持稳定健康发展，相对处于没有危险和不受威胁的状态，具备保障持续发展和持续安全的能力。实验室生物安全，是指生物安全条件和状态不低于容许水平，可避免实验室人员、来访人员、社区及环境受到不可接受的损害，符合相关法规、标准等对实验室生物安全责任的要求（参见现行国家标准《实验室生物安全通用要求》GB19489第2.13条）。二级生物安全实验室的结构设计的重点工作之一是抗震设计，抗震设计的目标是"小震不坏、中震可修和大震不倒"。
生物安全涉及的活动包括∶防控重大新发突发传染病、动植物疫情，研究、开发、应用生物技术，实验室生物安全，人类遗传资源与生物资源安全，防范外来物种入侵与保护生物多样性，应对微生物耐药，防范生物恐怖袭击与防御生物武器威胁，其他与生物安全相关的活动。
01二级生物安全实验室的抗震设防类别和设防标准
结构设计的重点工作之一是抗震设计，抗震设计的目标是"小震不坏、中震可修和大震不倒"。由于地震的不确定性，使用功能重要和灾害后果严重的建筑需提高其防震减灾能力。现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223的第3.0.2条、第3.0.3条对建筑进行分类，明确哪些建筑需要提高及如何提高。所谓严重次生灾害，指地震破坏引发放射性污染、洪灾、火灾、爆炸、剧毒或强腐蚀性物质大量泄漏、高危险传染病病毒扩散等灾难性灾害。标准设防类建筑按工程所在地区的抗震设防烈度（抗震烈度即建筑物受破坏程度）确定其抗震措施和地震作用。特殊设防类建筑抗震措施和地震作用均需提高，而重点设防类建筑仅提高抗震措施。同一建筑随着抗震设防类别的提高，结构造价相应提高。        二级生物安全实验室的抗震设防类别应根据生物危害程度、操作对象、遭受地震损坏对各方面影响后果的严重性、经济性和技术条件等方面进行综合分析确定。注：地震烈度，是指某一地区的地面和建筑物遭受一次地震破坏的程度。其不仅与震级（震级，是地震依据释放出来的能量多少来划分震级的。中国科学院将地震震级分为五级：轻微、强烈和大灾震）有关，距震中距离、地震波通过介质条件（岩石性质、地质构造、地下水埋深）等多种因素有关。实验室工程从建筑场地的选择到工程建筑的抗震措施等都与地震烈度有密切的关系。设计所采用的烈度一般是国家批准的基本烈度，遇到特殊情况可调整。基本烈度代表一个地区的最大地震烈度。
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223的第3.0.2条、第3.0.3条规定：
3.0.2 建筑工程应分为以下四个抗震设防类别∶
1.特殊设防类∶指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。
2.重点设防类∶指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。
3. 标准设防类∶指大量的除 1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。
4. 适度设防类∶指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。
3.0.3 各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求∶
1. 标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。
2. 重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。
3. 特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。
4. 适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。
注∶对于划为重点设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计规范对结构体系的要求时，允许按标准设防类设防。
二级生物安全实验室无论是新建、扩建还是改建，都应该按以上要录取确定抗震设防类别。其可能建设于医疗建筑、疾病预防与控制中心建筑或科学实验建筑中，这这些建筑的抗震设防类别，现行国家标准《建筑工程抗震设防匪类标准》GB50223中有明确规定：
4.0.3 医疗建筑的抗震设防类别，应符合下列规定∶
1. 三级医院中承担特别重要医疗任务的门诊、医技、住院用房，抗震设防类别应划为特殊设防类。
2. 二、三级医院的门诊、医技、住院用房，具有外科手术室或急诊科的乡镇卫生院的医疗用房，县级及以上急救中心的指挥、通信、运输系统的重要建筑，县级及以上的独立采供血机构的建筑，抗震设防类别应划为重点设防类。
3.工矿企业的医疗建筑，可比照城市的医疗建筑示例确定其抗震设防类别。
4.0.6 疾病预防与控制中心建筑的抗震设防类别，应符合下列规定∶
1.承担研究、中试和存放剧毒的高危险传染病病毒任务的疾病预防与控制中心的建筑或其区段，抗震设防类别应划为特殊设防类。
2.不属于1 款的县、县级市及以上的疾病预防与控制中心的主要建筑，抗震设防类别应划为重点设防类。
6.0.9科学实验建筑中，研究、中试生产和存放具有高放射性物品以及剧毒的生物制品、化学制品、突然和人工细菌、病毒（如鼠疫、霍乱、伤害和新发高危险传染病等）的建筑，抗震设防类别应划为特殊设防类。
当二级生物安全实验室的抗震设防类别高于所在建筑的类别时，二级生物安全实验室应布置在建筑底部。有地下室时，应布置在地下室底部。
当二级生物安全实验室的抗震设防类别高于所在建筑的类别且功能占比较小时，应避免因二级生物安全实验室抗震设防类别提高整栋建筑的设防类别。
02 改（扩）建、续建及改造的二级生物安全实验室抗震设防标准
既有建筑改（扩）建为二级生物安全实验室的，改变其原有用途时，设计前应由具备相关资质的检测部门对已建成结构进行可靠性和抗震性能鉴定，，判断原结构实际所具有的后续使用年限和承载能力，包括静力承载力和抗震承载力、细部构造和耐久性是否满足改（扩）建或改造后的性能要求。后续使用年限应按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023的有关规定，由建筑产权人会同鉴定机构和设计单位，根据该建筑的实际情况确定。改（扩）建后不增加建筑面积和层数时，根据原设计使用年限、已使用的年限、后续设计使用年限和鉴定的后续使用年限关系，选择抗震设防标准对结构进行核算或加固设计。改（扩）建后增加建筑面积和层数时，根据后续设计使用年限选择抗震设防标准进行核算或加固设计。利用部分建成的工程续建成为二级生物安全实验室时，一般应根据设计使用年限按照现行抗震规范的抗震设防标准进行结构整体抗震计算和构件设计或加固设计;抗震构造应满足现行抗震规范要求，不满足时应进行加固。如情况特殊需按低于上述标准进行设计时，应经过专家论证。根据不同的后续使用年限及以上所述改（扩）建及续建的情况，按以下不同抗震设防标准进行设计∶
（1）现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011。
（2）国家现行标准《建筑抗震鉴定标准》GB50023及《建筑抗震加固技术规程》JGJ116。
（3）相关地方标准。既有二级生物安全实验室改造时，当改造后荷载超过原设计的荷载时，应按原设计当时依据的且不早于1989年版《建筑抗震设计规范》GB 50011、《混凝土结构设计规范》GB 50010 等设计规范核算楼板及有关承重结构的安全性。
建筑产权人进行续建、改（扩）建及改造时，应先咨询原设计单位。若更换设计单位，需经原设计单位同意。后续使用年限的确定和是否增加建筑面积和层数，对选择何种抗震设防标准影响较大，对结构工程的造价会有相应的影响。既有二级生物安全实验室的建筑，其抗震设防类别较高且地震作用较大时，可以采用隔震和消能减震设计。隔震需设置隔震层和隔震装置，消能减震需在结构中布置消能部件，如屈曲约束支撑（Buckling Restrained Brace，BRB）、阻尼器等。隔震装置和消能部件应布置在便于检查和替换的部位，这个要求应保证实现。
03二级生物安全实验室荷载
级生物安全实验室荷载包括恒载和活荷载。恒载包括结构自重、建筑面层、吊顶设备管线、围护结构等。实验室各功能区活荷载取值根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定确定。常见功能区活荷载取值如下，标准值/（kN·m²）：

• 实验室2.0；
• 储藏室5.0；
• 办公2.0；
• 通风机房7.0；
• 会议2.0；
• 一般资料档案室2.5；

现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 中没有的功能区活荷载取值和较重设备的荷载取值，要根据实际情况确定，如样本库、试剂库、制水间、配电室等。较重的设备有UPS和高压消毒灭菌设备等。
在设计阶段，设备型号及布置未明确时，实验区域可以按4～5kN/m²布置活荷载，待设备选定型号和位置后再进行复核。
动物二级生物安全实验室应考虑灭菌设备、洗消水池等设备的荷载。
04 二级生物安全实验室使用注意事项
二级生物安全实验室中使用的某些设备有隔震要求，人员使用的舒适度对结构震动也有要求。隔震设计需要由专业人员进行。隔震措施可能对结构设计有重大影响。
二级生物安全实验室建成后，应根据现行国家标准《建设工程文件归档规范》GB/T 50328的要求归档文件，并将归档的文件妥善保管，以备后续改（扩）建、改造、延长使用年限使用。
与结构相关的需要保留的资料有地质勘察报告、结构竣工图、结构计算书、图纸会审记录、设计变更通知单、工程洽商记录（技术核定单）、工程竣工验收文件等。
使用时应明确实验室各功能区恒载、活荷载限值，避免超载使用。较大、较重的设备布置需结构设计负责人确认。
结构在设计使用年限内还应遵守下列规定：
（1）建立定期检测、维修制度。
（2）设计中规定更换的构件应按规定更换。
（3）构件表面的防护层应按规定维护或更换。
（4）结构出现可见的耐久性缺陷时，应及时进行处理。
文章来源：《二级生物安全实验室设计建造与运行管理指南》