武清某小学教学楼设计回顾

摘 要:通过新抗震规范的学习,从结构设计专业角度总结小学教学楼设计。

关键词:小学教学楼 框架结构 抗震设防 构造措施

中图分类号:TU25 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0208-01

针对5・12汶川地震中所出现的一些学校教学楼的倒塌现象,国家加强了发生地震灾害时对未成年人的保护,天津市教委也在2009年拟定了《天津市中小学校舍安全工程实施意见》,各区县教委也根据现有情况对辖区内中小学进行抗震改造或再建,提高综合防灾能力。

1工程概况

本工程位于天津市武清区某镇,是一所全日制小学,24班编制,配有各种专用实验室及多媒体教室,为四层局部五层框架结构,建筑面积约为6900m3,抗震设防烈度为7度,根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223-2008中第6.0.8条规定,抗震设防类别应为重点设防类。

2结构选型

结合国情和甲方的实际需要,根据投资来源和基础设施实施的可能性,设计进行了多次反复的修改,原先的砌体结构方案,为脆性结构,抗拉和抗剪能力均较低,改为框架结构方案,最大轴网为9m×7.8m,这种体系的侧向刚度小,平面布置灵活,易于满足教学楼设置大房间的要求,并按“城市普通中小学校校舍建设标准”从小学生喜欢户外活动的生理特点、使用要求和节约士地的原则考虑,教学楼的层数设置为四层,层高均为3.6m,使其总层数与高度不能超过《建筑设计抗震规范》中第7.1.2条规定,在平面结构布置上比较规则,立面相对简洁,上下楼层横墙基本对齐,每层的教学用房均有自已不同的功能要求,设计综合平衡,分工明确,流线便捷,平面简洁,规整,富于统一性和功能布局的灵活性。结构质量中心与刚度中心基本一致,从而避免结构的扭转效应。

按照地勘,基础可采用管桩、灌注桩及天然基础,最先考虑采用在天津地区常见的预应力管桩,但试桩后发现场地内存在不规则分布的粉土土层,厚度较深,沉桩困难,而且场地条件、施工周期有限,难以进行灌注桩施工。最后改用十字梁基础,选择合理的埋置深度及持力层,并采用局部调整系数调整基础宽度的方法以减少基底土反力不均匀分布的问题,使基础的沉降较为均匀。

3抗震计算模型及构造措施

因为本工程为二级框架,为减少梁偏心对框架柱的影响,在结构布置上采取框梁与框柱中心重合的布置形式。并合理选择梁柱截面(框柱600×600,主框梁350×750),以防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固先于构件破坏。因程序不计楼板对梁的约束作用,实际受力与计算模型不符,所以在模型中将次梁支座改为铰支座,并配以构造处理;考虑到楼梯的梯板等具有斜撑的受力状态,对结构的整体刚度有较明显的影响,所以在计算中考虑楼梯构件的影响,但求使计算模型最大限度的符合实际情况。

楼、屋盖结构是各片抗侧力结构间传递水平力的主要构件,在计算时作刚性楼面假定进行结构简化计算。实际工程上采用钢筋混凝土现浇板结构,板厚均在100mm以上,以增强建筑物的平面刚度。

安全的结构体系是层层设防的,灾难来临,如果把生存的希望全部寄托在某个单一的构件上,是非常非常危险的。这时候所有抵抗外力的结构都应该通力合作,前仆后继,在结构设计中要注意“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等概念,体现多道防线的设计思路。

在设计时按照各个构件重要性,为了保住最重要的构件在遭受不可意料的破坏力量突然袭来时免遭摧毁,采用“抓大放小”的原则,让次要构件先去承担灾难。在满足安全的同时,达到经济的目的。

为了降低钢筋用量的同时减少裂缝的产生,本工程在梁、板、柱的混凝土和受力钢筋的选择上均采用了C30混凝土及HRB400级钢筋,并在说明中强调钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值;钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值;且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值,并注明钢筋替换原则。通过概算,上部结构的含钢量控制在每平米60公斤内,在满足正常使用的同时,也降低的造价。

混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀,并保证钢筋的粘结锚固性能,直接影响构件的耐久性和钢筋的受力性能,在设计时按照新版的混凝土规范及混凝土耐久性规范调整了保护层的厚度,并正确区分同一构件所处的环境条件,区别对待不同环境下的混凝土保护层厚度。并加大地下部分的柱子截面,在满足其保护层厚度要求的同时,保证柱子钢筋上下位置的一致性。

对于建筑物的非结构构件,例如围护墙、隔墙、女儿墙、雨篷等,采取加强措施,以承受建筑非结构构件传给主体结构的地震作用。非承重墙体优先采用轻质墙体材料,并沿框架柱全高每隔500mm设拉筋,伸入墙内的长度大于墙长的1/5且不小于700mm,并按规范设置构造柱及圈梁,还在楼梯及走廊两侧的填充墙上设置了钢丝网砂浆面层,但求最大限度减轻地震时的破坏。

4结语

学校是第一避难所。教学楼这一工程直接关系广大师生的生命安全,也关系全社会的和谐稳定。本文从结构设计专业角度总结小学教学楼设计经验,重点从抗震措施方面提出了增强小学教学楼抗震能力的几项措施,希望能给同行一些启发。