中小学建筑抗震结构设计要点应用探讨

丘荣强

摘要：近年来，随着我国社会的发展与进步，我国的建筑业也有了不小的进步。但是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。由于学校的特殊功能，在学校建筑设计上多以砌体结构为主，多采用大跨度开间、大门窗，外挑式走廊，抗震性能差，甚至没有抗震措施，由地震灾害及其地震引起次生灾害的可能性和危害性要比其他类型建筑大得多，因此要完善中小学建筑和救灾关键建筑的规划、设计理念和防震措施。本文在此从几个不同的方面对如何做好中小学建筑抗震设计提出了几个有效策略。

关键词：中小学建筑；抗震结构；消能减震技术

前言：中小学区域人口密度高，流动量大而且频繁，教学和附属生活设施相应集中。教学楼由于使用上的要求，大开间，大窗，还有相当部分走廊采用悬挑等违背建筑抗震概念设计的结构形式。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。

一、中小学建筑结构概述

中小学建筑按照结构形式来区分，主要分为砌体结构、混凝土框架结构和混合结构几类。具有大开间、大采光窗的建筑形式，需要墙体凿开，抗震墙面积则会较少且不规则，墙体的不连续导致了抗侧刚度低，这种形式下墙体很容易破坏，如为砌体结构，则抗震性能会很差。此外，学校建筑中的横向往往建造容易超限，主要则是为了刻意满足大空间的需求，这种超限会导致建筑物的整体性较差。正如汶川地震中造成惨重伤亡的情况，当前既有的学校类建筑往往采用预制楼板，这是具有争议的，如切实按照连接部位整浇，加强节点，可具备良好的整体性，然而以我国现在的建造施工技术此点往往是很难达到的，在地震下随着墙体的平移，预制板与墙体非常容易脱离，导致预制板滑移脱落，真正的成为了“杀人板”。

二、做好中小学建筑抗震设计的几个要点

结构形式的抗震性能按以下顺序依次增强：砌体结构—砌体-框架混合结构—框架结构—框架-剪力墙（核心筒）结构/钢结构，应不同情况不同对待。

1、提高抗震设防分类标准

我国现行的《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004中第6.0.8条规定：“教育建筑中，人数较多的幼儿园、小学的低层教学楼，抗震设防类别应划为乙类。这类房屋采用抗震性能较好的结构类型时，可仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。”按该条文说明，仅把单体建筑学童人数超600人的小学和人数超过200人的幼儿园、房屋层数不超过三层的砖混结构教学楼列为乙类建筑，其余中小学建筑的抗震设防分类仍为丙类。地震中小学建筑破坏的严重后果，中小学教学楼作为特殊的人员集中场所，应提高该类建筑物的抗震设防分类标准。

2、结构方案确定

结构方案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。

3、抗震验算

平面结构布置宜规则，立面宜简洁，上下楼层横墙应基本对齐，结构质量中心与刚度中心相一致，避免结构的扭转效应。对于复杂形体的教学楼，应设置防震缝，以形成较规则的独立结构单元。

教学楼抗震计算，可采用底部剪力法，可只选择从属面积较大或竖向应力较小的墙段进行截面抗震承载力验算。墙段的地震剪力按墙段的层间等效侧向刚度进行分配。支撑大梁的墙肢还应进行竖向承载力和局部受压承载力验算。

4、楼屋盖体系方案的选取

建筑空间功能所要求的开间大小及其跨度的长宽比、活荷载的大小、规划设计和建筑设计所限定的结构层高、所需列结构总体系整体刚度的贡献大小和允许的边支撑条件等。对于学校的教学楼建筑来说，梁板体系布置的原则中，建筑净高的要求需要重点考虑，在满足学校整体规划基础上的3.90m层高，教室部分的楼板采用板厚为250mm的现浇钢筋混凝土空心楼盖结构，不采用普通现浇钢筋混凝土主次梁体系；在满足计算的基础上，现浇空心板筒芯相互之间的肋中，刚加通长钢筋；并要求其在施工过程中，须满足《现浇钢筋混凝土空心楼盖结构技术规程》（CECSl75：2004）和图集《05SG343》的各项要求。

5、重视构造柱，圈梁的设计

为提高多层建筑砌体结构的抗震性能，规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土柱并与圈梁连接，共同加强建筑物的稳定性。构造柱，主要不是承担竖向荷载的，而是抗击剪力，抗震等横向荷载。而圈梁可以加强砌体结构的整体刚度，对砌体有约束作用，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋的影响；增强纵、横墙的连结，提高房屋整体性能。作为楼盖的边缘构件，提高楼盖的水平刚度，减小墙的自由长度，提高墙体的稳定性，限制墙体斜裂缝的开展和延伸，提高墙体的抗剪强度，减轻地震时地基不均匀沉降对房屋的影响。

6、设计过程中其他几点防震设计措施

设置多道防线。大跨度的学校建筑少采用装配式预制板结构，应该采用超静定结构，即现浇钢筋混凝土结构，设置多重防线。强调“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的抗震基本理念。必须采用装配式预制板结构时应该加强预制板间之间及预制板与墙之间的连接，提高楼板的整体刚度。

横墙较少、跨度较大的房屋，宜采用现浇混凝土楼、屋盖。对于砌体结构，学校的教学楼往往横墙较少，跨度较大，因此，宜采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖，以加强其整体性。

横墙较少的房屋，应根据房屋增加一层的层数，并按抗震规范表7.3.1的要求设置构造柱。当横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时，应按本条2款的要求设置构造柱；但6度不超过四层、7度不超过三层和8度不超过二层时，应按增加二层的层数对待。

教学楼楼梯间不应设置在端开间，当建筑要求楼梯间必须设在端开间时，楼梯间除在楼层设置圈梁外，在半跑的楼梯平台处还应设钢筋混凝土圈梁，在楼梯间四角和平台梁处均应设置构造柱。突出屋顶的楼梯间，构造柱应伸到顶部，与顶部圈梁连接。

应用抗震缝把平面凹凸部分分割成几个规则的矩形单元结构平面；宜采用抗震性能较好的框架或框剪结构形式，不发达地区宜逐步取消砌体结构及预制板的运用（当采用时，应加强构造措施，提高其整体性）；增设外廊柱以形成多跨结构体系，避免单跨悬挑，形成多道抗震防线；加强构造使构件具有足够的延性和变形能力，做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强构造”等等。

三、采取消能减震技术

结构消能减震加固主要是通过增加结构阻尼来达到减小结构地震响应的目的。属于一种间接抗震加固方法。这种加固方法通常不需对原结构构件进行较多的加固处理，具有较大的适用性。在风或小震时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性状态，结构仍具有足够的侧向刚度以满足使用要求。当出现大震或大风时，随着结构侧向变形的增大，消能构件或消能装置率先进入非弹性状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震或风振能量，其消耗的能量瓦最大可达到输入结构的地震能量或风振能量的的90%，使主体结构避免出现明显的非弹性状态，并且迅速衰减结构的地震或风振反应（位移、速度、加速度等），从而保护主体结构及构件在强地震或大风中免遭破坏。

四、结语

综上，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，利用结构延性设置多道防线，重视强柱弱梁的概念设计，设置防震缝，保障中小学建筑的抗震安全性能。

参考文献：

【1】任晓崧.当前中小学教学楼的结构设计问题[J].工程建设与设计，2009（7）

【2】《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

【3】《混凝土设计规范》（GB50010-2010）