综述某幼儿园建筑抗震结构设计

摘要：为了满足建筑的延期使用、功能改变、空间重组、加层增建、结构修复等要求。结合具体工程,介绍了其结构特点,阐述了单坡悬挑屋面梁,屋顶檐口、线条、钢筋混凝土框架与网壳屋面的构造连接以及基础的处理方法,提供了一些结构设计在处理现代复杂外形建筑时的构造措施,以完善建筑结构设计。

关键字：幼儿园；抗震；结构设计；

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

工程概况

某幼儿园原设计图纸为2层，设有十几个班级，拥有日托、全托、亲子活动中心和10余间幼儿活动坊及一个多功能厅。但因某种原因仅施工完一层就封顶。现根据建设方的要求，需增设一层，由原设计二层改为三层。原施工一层，改为三层。

该幼儿园用地为不规则三角形，建筑布局沿北、东、南三个建筑用地边界布局。将日托和全托班布置在北端，使幼儿获得安静、安全的环境条件,通过连廊接通主入口，整体呈合院形式。为了不使内院闭塞，将作为主入口并设有办公用房和活动中心的南楼与设有供应服务用房和多间活动坊的东楼用连廊连接，利于自然采光通风，且对外联系方便对内管理便捷。用地西南部分为幼儿园室外主要游戏场地，空间形态上向城市开放，以突出幼儿园环境特色。

结构方案

该幼儿园现设计建筑总高建筑总高度为13.900m。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为二组。场地类别为Ⅲ类，建筑抗震设防类别为重点设防类，框架抗震等级为二级(GB 50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》第6.0.8条及GB50011-2010《建筑抗震设计规范》第6.1.2条)。按7度采取地震作用，按8度采取抗震措施。根据建筑的平面布局，原结构设计通过设置抗震缝将整个平面分为几个结构单体。A，B，C，D区均为三层，均采用钢筋混凝土框架结构。A，D区屋顶为仿民国建筑风格的坡屋顶和老虎窗。建筑三层平面有3 m的悬挑设计，对建筑独特的坡屋面悬挑，结构框架梁做了特殊构造处理。

B区部分屋顶选用网壳结构。各分区之间由框架结构连廊相接。

根据地勘单位提供的本工程的详细勘察报告，本工程场地地质条件复杂。分布有杂填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、黄土状粉土。场地内淤泥质粉质黏土层分布范围较大且不均匀。经综合分析，为了避免可能出现的不均匀沉降对建筑物外观产生不利影响，造成使用者心理不适应，基础选用十字交叉条形基础。

本工程需要特殊处理的部位

3.1 现设计与原设计的关系

现设计依据建设方提供的抗震检测报告，后续使用年限30年进行结构设计。在满足建设方使用要求及满足现行规范的前提下，对原设计的框架结构的梁柱进行复核，发现不少框架柱、框架梁及部分次梁的配筋不满足计算要求。需进行加固处理。

3.2 新增加的网壳与框架关系

建筑设计将B区作为整个幼儿园的主入口，一层是院长及教师办公用房。二层布置有一个建筑面积约450 m2的多功能厅和多间幼儿活动坊。多功能厅平面形状是一个椭圆,立面处理上将平面中舞台部分的屋顶设计为混凝土现浇坡屋面，观众席位置的屋顶设计为网壳，为了不使网壳与混凝土材料屋面在衔接处暴露构造，建筑在整个网壳设计一圈1.1 m高的女儿墙，遮挡住网壳支座。建筑剖面见图。

结构设计时既要满足女儿墙的砌筑，又要给网壳留出支座位置。由于网壳部分迟于整个混凝土结构的进度，为了保证在后期网壳设计施工时能有足够的支座调整余地，结构沿整个网壳外边缘设计同柱等宽的框架梁并向内加宽至600mm。这样除去200mm宽女儿墙砌筑后，还有400mm的梁宽用于设置网壳支座，同时宽梁可以提高圆弧边梁的抗扭作用。

3.3 坡屋顶的悬挑

幼儿对周围事物天生有一种好奇的探索精神，正是这种心理特征不断增长着幼儿的见识。建筑师通过搭建阁楼，设置室内的局部楼面下沉来创造各种趣味空间。在A区三层建筑平面出现退层，南面成为儿童活动的室外花园。为了满足三层室内用房面积，建筑设计向北增加3m的悬挑空间，其上部屋顶为两坡形式，两个方向坡屋顶的屋脊线不在同一标高，给结构设计时沿屋面板设置折梁造成障碍,同时建筑要求利用坡屋顶的空间设置局部的夹层，结构设计又无法设置屋顶的水平悬挑梁。

因此，从A区剖面图上可以看到,顶层为跨度7600mm单坡单排框架,向北有3000mm的反向单坡悬挑，屋脊位于柱轴线上。经过与建筑师协调,在满足使用空间的条件下将梁底标高控制在12.200m,从而保证结构有足够的平梁段用于设置水平悬挑梁并能保证悬挑梁的钢筋锚固。同时在顶部沿两个坡屋面走向设置300mm×350mm的小梁，一端以框架柱为支点，另一端以框架梁为支点，将屋面荷载传递到框架上，这样处理后整个框架梁的受力明确且安全可行。框架梁的配筋构造详图见下图。

如何加强抗震设计

加固部分抗震设计结合国家建筑标准设计图集《混凝土结构加固构造》（总则及构件加固）(06SG311—1及《混凝土结构加固构造》（地基基础及结构加固改造）08SG311—2)，依据《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2006)，考虑工程实际情况，进行多种技术方案对比分析，最终选定能达到技术可靠、安全适用、经济合理、确保质量的外粘型钢加固法。外粘型钢加固法适用于需要大幅度提高截面承载力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构的加固。采用外粘型钢加固确实能很好提高柱的抗震承载能力，能确保梁截面不会增加较多，也不会影响室内的净空高度，尽量满足建筑空间的使用要求。

原设计场地类别为Ⅲ类，采用夯实水泥土桩做地基处理，处理后的地基承载力特征值达到160kPa，基础采用柱下独立基础。增加1层后，原设计地基基础的承载力和地基变形计算均不能满足使用要求。考虑原场地地质条件不太好，且场地已经过人工扰动，综合各方面因素选定由原柱下独立基础改为采用柱下十字交叉的条形基础。新旧基础采用刚接，即新增的条形基础肋梁既承担剪力也传递弯矩，结构的整体性能较好，能很好地协调本工程的不均匀沉降。

结束语

现代幼儿建筑设计不但要为幼儿园展开教学创造良好的条件,更要为幼儿创造一片乐园。建筑师在设计时应运用各种表现手段创造出一个天际轮廓线高低错落、建筑体形富于变化的幼儿园。幼儿心理学和教育心理学研究表明,幼儿对周围世界的认识是通过与周围环境的经常接触而促进感觉、知觉、注意、记忆、想象、思维、语言等方面发展的。结构采用钢筋混凝土框架结构配合部分网壳可以很好地满足建筑师的设计意图。当用钢筋混凝土框架结构处理复杂的屋顶结构形式时,应该尽量简化计算模型,使各构件受力明确。

参考文献

[1]GB50010-2010,混凝土结构设计规范.

[2]GB50011-2010,建筑抗震设计规范.

[3]GB50223-2008, 建筑工程抗震设防分类标准

[4]GB50367—2006，混凝土结构加固设计规范