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摘要：自从发生汶川地震以后，社会各界对于这次灾难中的惨痛教训都进行了总结；在建筑界，对于医疗和教育建筑的抗震设计提出了更严格的要求，修改了结构设计规范。本文以工程实例讨论教育建筑的结构方案处理，以及必要的结构构造措施。
关键词：教育建筑; 概念设计; 构造措施
Abstract: Since the earthquake happened in Wenchuan, the the whole society makes a summary for the painful lesson from the disaster. In the construction industry, it puts foreward the more strict requirement of seismic design for the medical and education buildings, modifies the structure design rules. Based on the practical projects, this paper discusses the scheme processing of education building structure, as well as the necessary structural measures.
Keywords: education architecture; the conceptual design; structural measures
中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
呼伦贝尔市某职业中学学校教学楼。工程总建筑面积为13000.54m：，长度为85.6m、宽度为40.0m、高度为20.3m。无地下室，地上为五层，建筑使用功能为教室和办公室。本工程因为体型复杂，建筑平面长度较长，为减少温度作用对结构的影响、减少扭转作用，结合建筑平面布置、规范规定的原则，将整个建筑用三条抗震缝，分为4个独立的结构单元，分别进行计算。
二、结构设计
1.设计基本条件和要求
结构的安全等级 二级 地基基础设计等级 丙级
设计使用年限 50年 人防地下室抗力等级 未考虑
抗震设防类别 重点设防类 场地标准冻深 2.80m
风雪荷载：
基本风压 地面粗糙度 基本雪压
W0= 0.65 kN／m2 B类 S0 = 0.45 kN/m2
抗震设防的有关参数：
抗震设防烈度 设计基本地震加速度值 设计地震分组 建筑场地类别
7度 0.10g 第一组 Ⅱ类场地
2.规范规定
《建筑工程抗震设防分类标准》特别加强了对未成年人在地震等突发事件中的保护，在第3.0.3条和第6.0.8条，对于学校建筑不仅扩大了需要加强设防的范围，而且更规定了不论大小不管采用的何种结构形式，均应“按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施(即应按提高一度设防烈度后，对应选用抗震等级和构造措施)。按本地区抗震设防烈度确定其抗震作用。”
《建筑抗震设计规范》根据汶川地震中教学楼的主要破坏特点，做了多处修改，涉及学校建筑的主要有：第3.4.1条、3.4.2条、3.4.5条、3.5.2条、3.5 3条、3.5.4.5条、3.6.6.1条、3.7.3条、3.74条、6.1.5条、7.1.7.6条、7.3.1条、7.3 8条等，这些条文从概念设计到具体的构件设计都做了明确的规定。总体来说，就是不應采用平面及竖向不规则的方案，应该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和框剪结构形式，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；提高建筑没计和结构设计的协调性；加强非结构构件的抗震安全性；加强构造措施使构件具有足够的延性和变形能力，真正做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强构造”等等。
所以，本教学楼工程根据规范的规定原则，采用的是框架结构，抗震等级为三级；综合考虑建筑的布局和使用，采用四条抗震缝将整个建筑分为四个独立的结构单元分别计算，抗震缝的宽度为100mm。
3.基础设计
本工程根据岩土工程勘察报告，场地地貌单元冲积平原，地势较平坦，地层岩性见表1。
表1地基土承载力标准值、变形模量
地下水埋深4.4m，地下水类型为潜水。地下水对混凝土结构具弱腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；本场区土对混凝土结构无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，场地内无液化土层。
根据建筑物结构特点、基础埋深，结合场地工程地质条件：地基土的持力层为第二层中砂。地基处理设汁与施工须遵循规范《建筑地撼处理技术规范》JGJ79—2002；地基承载力特征值fak=180kPa，基础开须经设计及有关人员验槽，确定持力层后，方可继续施工。基础的结构形式采用独立柱基础。
4.结构体系
本工程根据《建筑抗震设计规范》第6.1.11条，“三级框架的独立柱基宜沿两个主轴方向没置基础系梁’’的要求，在-0.100标高设黄一个无楼板的框架梁层。在计算时分别按照以此框架梁层(-0.100标高)和基础顶(约-1.200标高)为嵌固端进行汁算，配筋取两者计算结果的大值；并且在框架柱配筋时，-0.100标高以下框架柱的配筋须≥一层框架柱的配筋，并将-0.100标高以下框架柱箍筋进行全高加密。
框架部分在平面上的布置，在考虑建筑布局的基础上尽量均匀，所以结构刚度在平面上是基本均匀的，这样就减少了因刚度不均匀引起的内力差别过大，以减少扭转和变形。在设计过程中，根据规范要求严格控制框架柱的轴压比，以保证结构有足够的刚度和延性；在按照规范配置箍筋的基础上，对于楼梯间的四角柱以及列于扭转影响较大的柱，都进行了全高加密处理。特别对于第III段来说，属于单跨框架，根据《建筑抗震设计规范(2008年版)》第6.1.5条：“多层框架结构不宜采用单跨框架结构”，但是本工程的建筑布局无法实现多跨框架或布置剪力墙的要求，故采取了多项加强措施：在满足计算的基础上，对此段的角柱截面放大、配筋放大，加大端跨框架梁的配筋，将楼板厚度加厚至120mm厚并将端跨楼板的配筋改为双层双向通长配筋。
对于所有的建筑来说，楼屋盖体系方案的选取都要考虑：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。
对于在教室因跨度大(>9.6m)而在中间设置的框架柱，框架柱之间穿过教室的框架梁，采用宽扁粱(如550×400)连接，楼板现浇空心板的下部配筋改为通长设置。对于与现浇空心板相连的楼板(如走廊)，因跨度较小采用现浇空心板不经济，仍采用现浇板，但为了减小因相邻两块板的板厚相差较大做成的不利影响，其板厚改为160mm。在楼板钢筋计算，对于现浇空心板与现浇板相连的位置，现浇空心板的边界条件改为简支、现浇板的边界条件仍为固定，并且上部负筋根据弯矩按照现浇实心板的板厚来计算配筋；现浇空心板与现浇空心板相连的位置，边界条件仍为固定。
三、结构计算与分析
1.选用程序
本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析程序SATWE(2010年09月版)进行结构整体分析。
2.计算参数
设防烈度、抗震等级、场地参数见前述。规则性为不规则，周期折减系数取O.70，特征周期取0.35，梁端负弯矩调整系数取O.85，连梁刚度折减系数取0.6，计算振型个数取15。在计算结构整体位移时，同时考虑偶然偏心和双向地震作用。
3.计算结果
在结构构件按照前述原则设置，并经过多次调整以后，计算结果均满足规范的各项要求。因为篇幅有限，计算结果不在此一一列出了。
四、结束语
1.在总结汶川地震的惨痛教训后，对于医疗和教育建筑的抗震设汁，新的规范提出了更严格的要求。我们在设计此类建筑时要熟练掌握国家的现行规范，设计出符合规范要求的教育建筑。
2.在进行结构设计时，加强概念设计和构造措施的认识至关重要。在工程设计的前期应与相关专业的设计人员多进行交流，以加强结构整体方案的布置。当工程有些方面不满足规范时，此时采取必要的构造措施至关重要。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：教育建筑; 概念设计; 构造措施
Abstract: Since the earthquake happened in Wenchuan, the the whole society makes a summary for the painful lesson from the disaster. In the construction industry, it puts foreward the more strict requirement of seismic design for the medical and education buildings, modifies the structure design rules. Based on the practical projects, this paper discusses the scheme processing of education building structure, as well as the necessary structural measures.
Keywords: education architecture; the conceptual design; structural measures
中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
呼伦贝尔市某职业中学学校教学楼。工程总建筑面积为13000.54m：，长度为85.6m、宽度为40.0m、高度为20.3m。无地下室，地上为五层，建筑使用功能为教室和办公室。本工程因为体型复杂，建筑平面长度较长，为减少温度作用对结构的影响、减少扭转作用，结合建筑平面布置、规范规定的原则，将整个建筑用三条抗震缝，分为4个独立的结构单元，分别进行计算。
二、结构设计
1.设计基本条件和要求
结构的安全等级 二级 地基基础设计等级 丙级
设计使用年限 50年 人防地下室抗力等级 未考虑
抗震设防类别 重点设防类 场地标准冻深 2.80m
风雪荷载：
基本风压 地面粗糙度 基本雪压
W0= 0.65 kN／m2 B类 S0 = 0.45 kN/m2
抗震设防的有关参数：
抗震设防烈度 设计基本地震加速度值 设计地震分组 建筑场地类别
7度 0.10g 第一组 Ⅱ类场地
2.规范规定
《建筑工程抗震设防分类标准》特别加强了对未成年人在地震等突发事件中的保护，在第3.0.3条和第6.0.8条，对于学校建筑不仅扩大了需要加强设防的范围，而且更规定了不论大小不管采用的何种结构形式，均应“按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施(即应按提高一度设防烈度后，对应选用抗震等级和构造措施)。按本地区抗震设防烈度确定其抗震作用。”
《建筑抗震设计规范》根据汶川地震中教学楼的主要破坏特点，做了多处修改，涉及学校建筑的主要有：第3.4.1条、3.4.2条、3.4.5条、3.5.2条、3.5 3条、3.5.4.5条、3.6.6.1条、3.7.3条、3.74条、6.1.5条、7.1.7.6条、7.3.1条、7.3 8条等，这些条文从概念设计到具体的构件设计都做了明确的规定。总体来说，就是不應采用平面及竖向不规则的方案，应该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和框剪结构形式，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；提高建筑没计和结构设计的协调性；加强非结构构件的抗震安全性；加强构造措施使构件具有足够的延性和变形能力，真正做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强构造”等等。
所以，本教学楼工程根据规范的规定原则，采用的是框架结构，抗震等级为三级；综合考虑建筑的布局和使用，采用四条抗震缝将整个建筑分为四个独立的结构单元分别计算，抗震缝的宽度为100mm。
3.基础设计
本工程根据岩土工程勘察报告，场地地貌单元冲积平原，地势较平坦，地层岩性见表1。
表1地基土承载力标准值、变形模量
地下水埋深4.4m，地下水类型为潜水。地下水对混凝土结构具弱腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；本场区土对混凝土结构无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性；场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，场地内无液化土层。
根据建筑物结构特点、基础埋深，结合场地工程地质条件：地基土的持力层为第二层中砂。地基处理设汁与施工须遵循规范《建筑地撼处理技术规范》JGJ79—2002；地基承载力特征值fak=180kPa，基础开须经设计及有关人员验槽，确定持力层后，方可继续施工。基础的结构形式采用独立柱基础。
4.结构体系
本工程根据《建筑抗震设计规范》第6.1.11条，“三级框架的独立柱基宜沿两个主轴方向没置基础系梁’’的要求，在-0.100标高设黄一个无楼板的框架梁层。在计算时分别按照以此框架梁层(-0.100标高)和基础顶(约-1.200标高)为嵌固端进行汁算，配筋取两者计算结果的大值；并且在框架柱配筋时，-0.100标高以下框架柱的配筋须≥一层框架柱的配筋，并将-0.100标高以下框架柱箍筋进行全高加密。
框架部分在平面上的布置，在考虑建筑布局的基础上尽量均匀，所以结构刚度在平面上是基本均匀的，这样就减少了因刚度不均匀引起的内力差别过大，以减少扭转和变形。在设计过程中，根据规范要求严格控制框架柱的轴压比，以保证结构有足够的刚度和延性；在按照规范配置箍筋的基础上，对于楼梯间的四角柱以及列于扭转影响较大的柱，都进行了全高加密处理。特别对于第III段来说，属于单跨框架，根据《建筑抗震设计规范(2008年版)》第6.1.5条：“多层框架结构不宜采用单跨框架结构”，但是本工程的建筑布局无法实现多跨框架或布置剪力墙的要求，故采取了多项加强措施：在满足计算的基础上，对此段的角柱截面放大、配筋放大，加大端跨框架梁的配筋，将楼板厚度加厚至120mm厚并将端跨楼板的配筋改为双层双向通长配筋。
对于所有的建筑来说，楼屋盖体系方案的选取都要考虑：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。
对于在教室因跨度大(>9.6m)而在中间设置的框架柱，框架柱之间穿过教室的框架梁，采用宽扁粱(如550×400)连接，楼板现浇空心板的下部配筋改为通长设置。对于与现浇空心板相连的楼板(如走廊)，因跨度较小采用现浇空心板不经济，仍采用现浇板，但为了减小因相邻两块板的板厚相差较大做成的不利影响，其板厚改为160mm。在楼板钢筋计算，对于现浇空心板与现浇板相连的位置，现浇空心板的边界条件改为简支、现浇板的边界条件仍为固定，并且上部负筋根据弯矩按照现浇实心板的板厚来计算配筋；现浇空心板与现浇空心板相连的位置，边界条件仍为固定。
三、结构计算与分析
1.选用程序
本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析程序SATWE(2010年09月版)进行结构整体分析。
2.计算参数
设防烈度、抗震等级、场地参数见前述。规则性为不规则，周期折减系数取O.70，特征周期取0.35，梁端负弯矩调整系数取O.85，连梁刚度折减系数取0.6，计算振型个数取15。在计算结构整体位移时，同时考虑偶然偏心和双向地震作用。
3.计算结果
在结构构件按照前述原则设置，并经过多次调整以后，计算结果均满足规范的各项要求。因为篇幅有限，计算结果不在此一一列出了。
四、结束语
1.在总结汶川地震的惨痛教训后，对于医疗和教育建筑的抗震设汁，新的规范提出了更严格的要求。我们在设计此类建筑时要熟练掌握国家的现行规范，设计出符合规范要求的教育建筑。
2.在进行结构设计时，加强概念设计和构造措施的认识至关重要。在工程设计的前期应与相关专业的设计人员多进行交流，以加强结构整体方案的布置。当工程有些方面不满足规范时，此时采取必要的构造措施至关重要。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。