当前中小学教学楼的结构设计问题
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当前中小学教学楼的结构设计问题葛卫
(南京建筑工程学院建筑设计研究院,江苏南京!"###$)
[提要]分析当前中小学教学楼的结构设计存在的问题,提出通过横向采用钢筋混凝土薄壁框架砖砌
抗震墙结构体系,纵向采用钢筋混凝土薄壁框架体系,来改进该类建筑的抗震和受力性能.[关键词]教学楼;砌体结构;薄壁框架;抗震墙;抗震性能;结构设计[中图分类号]%&!""(!,(%&)*[文献标识码][文章编号]+"##*,$"-*!##!),##".,#!#)构工程师认为此类建筑结构型式简单,设计时未仔细考虑,留下了安全隐患.一,引言
自科教兴国的战略实施以来,我国大力加强教育设施的投入,同时社会各界人士也纷纷捐钱捐物兴建希望小学,因此作为普及教育工作的硬件设施教学楼,大量拔地而起.由于资金有限,大多数中小学教学楼都采用砌体结构,多道横墙,两道纵墙,另加一外挑走廊.横墙间距为教室的长,约为"#/,纵墙间距为教室的宽,约为*/,"为一图典型的教学楼平面图.由于横墙间距大,纵墙被门窗洞过多削弱,层高较高,因此抗震性能较差.刚颁布的0+1##""《中,,!##"建筑抗震设计规范》将其归为横墙较少的多层砌体结构,对其总高度和层数作了更严格的规定.而很多结二,当前设计存在的主要问题
为了保证其能共同工作,要求适当增大"(横墙间距大,楼板的刚度,而现在却大多采用预制板,使得楼板的刚度得不到保证.而且不均匀.靠走廊一侧的纵墙既开!(纵墙开洞较多,门又开窗,使得该侧墙体刚度及承载能力小于另一侧.由于外挑走廊的原因,该侧墙体所承受的竖向荷载大于另一侧,在地震作用下,将引起更大的地震反应.因此,在地震作用下,该侧墙体经常先破坏.两开间)(每间教室大多为二或三开间,交界设横梁,横梁支承在窗间墙上,窗间墙原本就很薄弱,却要承受由横梁传来的集中荷载,以及由此荷载引起的地震作用,很不安全.而一些设计工作者意识到该问题后,在窗间墙位置设砖壁柱或构造柱.砖壁柱可以在一定程度上加强该段墙体,但砖壁柱仍为图"!(其它细节典型教学楼平面图
脆性构件,强梁弱柱的矛盾仍很突出,而且砖
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!标志性建筑的细部是很关键的,可以说"没有细部的设计永远是一部没有完成的乐章"永远不,"是一个整体的建筑".看起来它是从属的,有时却起着画龙"点睛"的作用.在施工图设计中,通过电脑三维模型进行了灯光效果模拟,在不同位置安置了不同亮度的灯光,使夜晚的建筑另有一番景致.建筑基本完工时,发现从三号楼窗口看传达室屋面,黑色的屋面防水卷材近距离地暴露在眼前.经过考虑,对屋面进行了绿化,不仅有效地弥补了缺憾,反而使建筑充满了生机.万方数据".
社,("$$.[!][(345678,:(%;水利厅大门工程,虽然造价或建筑面积都非常小,但有多方面的设计要求,对建筑环境,功能,形体各要素之间如何取得统一有一定的借鉴意义,因此本文对大门的设计和实施作了一些回顾,分析与总结.
[参考文献]["]彭一刚(建筑空间组合诧2]北京:[(中国建筑工业出版
建筑结构设计工程建设与设计+((+年第3期"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
壁柱影响使用.设构造柱后会带来新的问题,构造柱将承受由横梁传来的弯距,而构造柱和窗间墙又连在一起(先砌墙后浇柱)因此会带动窗间墙一起受弯,,引起窗间墙水平裂缝的过早出现.还有一些设计工作者将构造柱改为框架柱,但两者仅仅在截面尺寸和配筋面积上有所区别,由于框架宽度较小,两边还有窗间砖墙,做法上仍是先砌墙后浇柱,柱仍和窗间墙共同承受弯距,砖墙仍容易开裂.另外,框架在水平地震作用下框架所分配的水平力的计算也存在问题.而现在结构计算软件大都无法分别按砌体和框架结构的刚度分配水平力.抗震性能仍然不佳.因为此!"将结构型式改为框架后,类建筑结构横向只有一跨,两根柱子支撑,冗余度太少.某地地震后,发现外走廊有柱支撑的教学楼破坏很少,而带有悬挑走的教学楼破坏较多,且多为靠走廊一侧的柱破坏.但在走廊外侧增加一排框架柱是很多建筑师所不愿采用的,因为很多中小学生会在此碰头.与薄壁柱形成纵向框架.参考文献提供了受纵向水平地震作用框架所分担地震作用的算法.本人认为,由于教学楼一般纵墙很少且开洞率大,性能不可靠,可以采用较为简单的做法,即地震作用全部由框架承担.纵向砖墙均应按填充墙做法,先浇柱后砌墙,使之不承受弯距,并与框架计算模型吻合.由于教学楼的墙体一般均上下对齐,填充墙也可以大幅度提高框架的水平承载能力,此结论已为试验证明.填充墙在大震下先退出工作,可作为承受纵向水平地震作用的第一道防线.同时因柱在纵向的尺寸较大,且数量多,在大震下纵向的安全性也能得到保证.以保证框架和抗震墙共!"楼板应为现浇或装配整体式,同工作.图+为以上做法之图示.三,解决问题的方法
横向采用钢筋混凝土薄壁框架#砖砌抗震墙结构体系,纵向采用钢筋混凝土薄壁框架体系,可使中小学教学楼成为具有多道抗震防线的结构体系.具体做法如下:是承受横向水平地震作$"教室分隔墙作为砖砌抗震墙,用的第一道防线.该墙应按砌体结构通过软件(如:)%&进行抗震验算,并通过构造措施使之具有良好的抗侧向力能力及延性.为达到此目的可采用以下做法:作为横墙翼缘,柱尺!该墙两端设钢筋混凝土薄壁柱,寸可以小到"(())*+,()),同时还应根据计算在中间再设构造柱,间距不大于!)."墙体采用配筋砌体,并用强度等级较高的粘土砖或空心砖和砂浆!&-$(,",)(砌筑.#每层楼面&.处均设置圈梁,圈梁配筋适当加强.$应先砌砖抗震墙后浇混凝土柱.+"将教室中部搁置两道横梁的窗间墙改为钢筋混凝土薄壁柱,形成钢筋混凝土薄壁框架结构体系.框架是承受横向水平地震作用的第二道防线.由于横墙的刚度远大于框架的刚度,框架所分担地震作用很小,可参照框架#抗震墙结构的做法,即框架承担总地震剪力的+(/.其计算公式如下:!012式中("+!"1($)图+中小学教学楼具有多道抗振防线结构体系的做法示意图
四,结束语
中小学教学楼虽然建筑型式较为单一,但分布广,数量多,影响大,应予高度重视.当前结构设计存在的一些问题,可考虑采用统一的技术措施,并加以推广.横向采用钢筋混凝土薄壁框架砖砌抗震结构体系,纵向采用钢筋混凝土薄壁框架体系,是符合中小学教学楼特点并具有多道抗震防线的结构体系.[参考文献][$],(($$#+(($建筑抗震设计规范6]["45[+]74789$3#:!设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程6]["[3]任同瑞"多层砌体结构房屋外纵墙抗震的研究7]建筑["结构,(+)$::.""[!]朱荣华,沈聚敏"砖填充墙钢筋混凝土框架拟动力抗震反应试验及理论分析7]建筑结构学报,(;)["$::","[收稿日期]+((+#($#+!
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当前中小学教学楼的结构设计问题
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:葛卫南京建筑工程学院建筑设计研究院,江苏,南京,210009工程建设与设计CONSTRUCTION&DESIGNFORPROJECT201*,(3)3次
参考文献(4条)1.GB50011-201*.建筑抗震设计规范201*2.JGJ/T13-1994.设置钢筋混凝土构造柱多层砖房抗震技术规程19943.任同瑞多层砌体结构房屋外纵墙抗震的研究1997(2)4.朱荣华.沈聚敏砖填充墙钢筋混凝土框架拟动力抗震反应试验及理论分析1996(8)
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扩展阅读：中小学校结构抗震设计
浅析中小学校的结构抗震设计
[摘要]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。完善结构大震设计方法，这是我们面临的重大问题。目前我国缺乏建筑结构大震设计方法和大震性能化设计方法,使得中小学建筑和救灾关键建筑在大震下的抗震性能缺乏保障依据。因此,研究人员可根椐中小学教学楼现有设计特点和经验教训,制定新的规划、设计理念和防震措施,使其具有较高的抗震能力,提高教育工程的质量,避免灾难重蹈覆辙。本文主要通过对5.12汶川地震的分析来探讨中小学校的结构抗震设计。[关键词]抗震结构设防设计特性引言
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。由于各种复杂的因素,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。地震发生后,因医院、学校食堂、救灾指挥中心、通讯枢纽、公共避难建筑等救灾关键建筑在一定程度上的受损,给救灾任务带来较大的阻力,造成严重的生命及财产损失。因此如何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,是当代建筑从业人员急需探寻的重要问题。所以，对于中小学校的建筑设计应该注入抗震设计理念。一、震害原因分析
抗震性能的主要因素有结构类型、设防标准、建造年代及建筑体型、现状质量、所用材料等。不同建筑结构的抗震能力一般从简体、
剪力墙、框架、砖混等结构类型依次下降：建筑材料，如混凝土、砂浆的强度等级，钢材的型号以及施工水平等也都对建筑抗震能力具有重要影响。1.1教学楼结构特性
本次特大地震中倒塌或严重损坏的中小学教学楼一般都为砌体结构。砌体结构是一种脆性结构，其抗拉和抗剪能力均较低。而教学楼多为两道纵墙，多道横墙，另加一外挑走廊。横墙间距为教室的长，纵墙间距为教室的宽，纵墙因采光需要，开洞较多，而且不均匀。在强烈地震作用下，这种砌体结构更易于发生脆性的剪切破坏，从而导致房屋的整体破坏和倒塌。1.2抗震构造措施
震区倒塌的教学楼大多还是80年代甚至更早以前的建筑，抗震设防标准低，抗震构造措施严重不足。绝大多数教学楼为砖砌体加预制混凝土楼板结构，圈梁和构造柱设置数量严重不足。在强烈地震作用下，墙体脆性受剪破坏，本身未有多少破坏的预制楼板，因与墙体（圈梁）缺少可靠连接，预制楼板垮塌下来，造成教学楼整体倒塌。
1.3抗震设防烈度
512汶川特大地震，震级为m8.0级，震中地震烈度相当于10~11度，已远远超过了抗震设计方面的现行国家规范规定的抗震设防烈度。《建筑设计抗震规范》gb50011-201*[1]中，明确了对各地的抗震设防等级划分。
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