由诸城繁华中学析学校建筑结构设计

摘要：近年来，陆续发生的大小不断的地震对中小学教学楼造成了不同程度的震害。学校建筑内人口密度很高，流动量大而且频繁，教学和附属生活设施相应集中，学校建筑的结构形式比较特殊,难以承受特大地震的冲击以及严重的破坏,在地震发生时，学生疏散集中在楼梯间，走廊、等建筑中比较薄弱的环节，因此由地震灾害及其地震引起的次生灾害的可能性和危害性要比其它类型建筑大得多。因此,学校建筑的抗震设计成了设计中重中之重。

关键词：学校建筑；抗震设计；结构设计；

中图分类号： S611 文献标识码： A

近年来，陆续发生的大小不断的地震对中小学教学楼造成了不同程度的震害。据不完全统计，汶川地震中仅四川一省倒塌的校舍就有6898 间，死亡学生4737 人，伤者1.6 万余人，重灾区学校倒塌面积达199.7228 万平方米,占总倒塌房屋面积的7%。汶川地震中学校受到的冲击十分厉害，倒塌校舍多，师生伤亡也多，引起了极其严重的社会影响。据统计，我国共有普通中小学50 多万所，在校生人数达到2 亿多，约占到全国人口的17％。另外，学校建筑内人口密度很高，流动量大而且频繁，教学和附属生活设施相应集中，学校建筑的结构形式比较特殊,难以承受特大地震的冲击以及严重的破坏,在地震发生时，学生疏散集中在楼梯间，走廊、等建筑中比较薄弱的环节，因此由地震灾害及其地震引起的次生灾害的可能性和危害性要比其它类型建筑大得多。因此,想要最大限度地减轻学校建筑地震灾害,就必须合理的设置抗震设防标准,这将是减轻地震灾害对策中最积极有效的措施。 本文通过对诸城市繁华中学教学楼设计的分析总结,以新抗震设计规范为依据,在“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防基础上,提出了学校类关键建筑“大震可修”的更高级别抗震设防标准,以提高学校建筑抗震安全性能,使其成为更牢固的建筑物；

一工程概况 本工程为诸城繁华中学新建教学楼，东西长109.8米，南北宽29.3米，六层，局部一层，总高度23.55米，建筑面积为11146平米。

二建筑设计 本项目以简单明了为设计指导思想，通过高低错落，虚实对比，空间渗透来实现教学楼的现代美感。功能布局为，一层为图书馆阅览室及大空间报告厅，二层至五层为教室及生物、化学、物理实验室，六层为教师办公楼，满足教学使用要求。采用框架结构实现教室空间要求，框柱外凸出，增加立面观感，使建筑立面简练，丰富，体现校园建筑特点。屋面设计造型构架，突出立面，力求使建筑外观具有现代感。

三 结构设计

（一）结构方案 结构方案的确定是整个房屋设计是否合理的关键，结构方案的选择包括三方面的内容：结构形式，结构体系和结构布置。本建筑采用采用钢筋混凝土框架结构，因钢筋混凝土结构具有造价低，取材丰富、强度高、刚度大、耐火性和延性良好的特点，且它的结构布置灵活方便。框架结构的特点是由梁、柱承手竖向和水平荷载，墙仅起围护作用。其整体性和抗震性均好过混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的里面造型。框架结构通过合理设计，使之具有良好的延性，成为延性框架。在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。本教学楼处在7度抗震区，采用框架结构是合理的，同时它能完全适合本工程的平面设计，得到较大的空间，尤其是报告厅，宽度为18x18米，高度为7.8米。采用框架梁柱，屋面采用钢网架屋面，既满足使用，又满足美观。

（二）结构布置选定结构方案，结构布置便成了解决方案合理性关键。

柱网的选择直接影响建筑的使用与经济性，不同的功能与功能布置方式采取不同的柱网布置方式。根据建筑使用功能布置，确定跨数和跨度，柱网力求整齐统一，以利于构件的统一化及立面造型处理。柱网根据教室需要空间大小采用9x8.4米，走廊设在建筑物中间。楼层平面及布置是对称形式，从而使楼层的结构刚度中心保持在楼层平面的中心处，可避免房屋的扭转效应。

根据混凝土规范规定，当现浇框架结构房屋长度超过55米时，除基础外，上部结构用伸缩缝断开。考虑不同的结构形式，缝宽应满足相应规定。在地震区，如果设置伸缩缝，缝宽也要符合防震缝缝宽的要求。根据规范要求，当采取施工后浇带减少温度和收缩应力时可不设伸缩缝。即在施工时每隔30-40米间距留出施工后浇带，带宽800-1000mm，钢筋可采用搭接接头，后浇带混凝土宜用膨胀性混凝土，宜在2个月后浇灌，浇灌时的温度宜低于主体混凝土浇灌时的温度。但后浇带不能代替伸缩缝。本工程设计的建筑长度为109.8 米，超过现浇框架结构的伸缩缝最大间距55米的规定。考虑结构受力的合理性，建筑中间设伸缩缝，缝宽为150mm。缝左长度为52.2米，缝右为56.85米。

楼、屋盖结构是抗侧力结构间传递水平力的主要构件，通常作刚性楼板假定进行结构简化计算，因此楼板采用现浇楼板，板厚为100mm，局部受力较大，跨度较大（板跨大于3.9米）的房间板厚加厚为120mm。梁柱截面的选择，根据主梁取跨度的1/10~1/18，次梁去1/12~1/18,确定梁截面。柱截面根据轴压比及抗震要求估算截面，最小截面为500x500，经计算为600x600，底部个别柱子加大截面至700x700。

（三）结构计算要点及抗震措施

本地区抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第二组，本工程为学校建筑，根据抗震设防分类标准规范学校类建筑震设防类别为重点设防类，抗震等级按提高一度选用，即按8度查表，建筑物抗震等级为二级，安全等级为一级。根据建设方提供地质报告，本地区场地类别为I1类，特征周期为0.30s。本工程地质情况良好，地基承载力特征值为Fak=250Kpa，基础采用钢筋混凝土独立基础，加连系梁。从计算系数提高学校建筑的抗震性能。

现在设计院多数采用计算软件计算，本工程采用结构设计软件PKPM建立结构模型，采用SATWE软件计算，完成整个建筑的结构计算与分析，采用天正建筑绘制整套结构施工图。计算过程中，按正确参数输入软件，并考虑双向地震作用，查看计算结果控制周期，扭转系数，位移，位移比，轴压比，质量参数，对个别位移较大部位，采取加大柱截面处理，对扭转系数比较的处理方法是，加大边跨Y向梁截面。

在实际工程中，计算机软件只是帮助我们实现意识的工具，是我们的得力助手，所以手算是非常重要的，人是工程设计的主体，通过手算校核又凸显扎实的理论知识和对理论的清晰理解及准确运用。本工程对标准层楼盖，一榀框架，及独立基础采用手算进行验算，不仅学会分析结构受力和简化结构计算简图，也掌握了结构设计过程的原理，通过与计算程序比较，了解结构整体设计与手工分析的差距，对结构可靠度概念有更深理解。

结束语

综上所述，在学校类建筑设计时，要结合使用功能要求选择结构形式，合理的结构，确定正确的抗震标准，是安全的关键。 在设计过程中，大量运用电脑进行结构计算，绘制建筑、结构施工图，对AUTOCAD，天正建筑CAD，结构软件PKPM和结构力学求解器等有了更深的理解和更熟练的运用。