張 鑫（中國有色工業(yè)第八冶金建設(shè)公司設(shè)計施工研究院，甘肅 金昌 737100）

自新中國成立以來，我國經(jīng)歷了嚴(yán)重的唐山地震、汶川地震、青海地震等，一系列地震災(zāi)害對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及民眾生命財產(chǎn)安全造成極為嚴(yán)重的威脅，由此，國家對地震災(zāi)害防控的重視力度空前提升，利用城鎮(zhèn)化發(fā)展背景下，政府方面對中小學(xué)等重點(diǎn)設(shè)防類建筑進(jìn)行重新規(guī)劃。受此影響，一部分舊有教學(xué)在經(jīng)過檢測后被認(rèn)定為需要重建的危房，另一方面政府也積極推動教育布局進(jìn)一步優(yōu)化，對現(xiàn)有中小學(xué)校進(jìn)行重新布局規(guī)劃，由此，中小學(xué)校設(shè)計建造步入繁忙階段，而優(yōu)化抗震性能以及結(jié)構(gòu)設(shè)計成為此類建筑設(shè)計中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，并稱為當(dāng)前設(shè)計人員的主要研究內(nèi)容。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計原則

1.1 簡化原則

在總結(jié)大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后可知，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計以及抗震性能之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，抗震性能會隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單化而提升，主要是因?yàn)楹唵蔚慕Y(jié)構(gòu)形式在力傳導(dǎo)方面具有顯著優(yōu)勢，其抗震性能也會隨之提升[1]。同時，簡單的抗震結(jié)構(gòu)在進(jìn)行力學(xué)性能計算過程中其結(jié)果也更為精準(zhǔn)，進(jìn)而提升抗震結(jié)構(gòu)的可靠性。由此，設(shè)計者在實(shí)際工作過程中應(yīng)注意依據(jù)實(shí)際情況對建筑抗震結(jié)構(gòu)計算模型進(jìn)行簡化處理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳力途徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升建筑抗震性能。

1.2 整體性原則

設(shè)計者在實(shí)際工作過程中應(yīng)認(rèn)識到建筑抗震設(shè)計是針對的整個建筑，而非是建筑中的某一個部位。因此，設(shè)計者在實(shí)際進(jìn)行抗震設(shè)計過程中應(yīng)注意圍繞建筑整體開展設(shè)計工作，使其滿足國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。在具體設(shè)計過程中應(yīng)注意對所有影響結(jié)構(gòu)抗震性能的因素進(jìn)行綜合考慮，利用數(shù)字模型的高新技術(shù)對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。同時，在對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計過程中應(yīng)充分依據(jù)抗震構(gòu)造要求進(jìn)行，最大限度地避免應(yīng)力集中問題出現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定性以及可靠性要求。

1.3 規(guī)則性原則

此原則主要體現(xiàn)在以下兩方面：其一，在實(shí)際進(jìn)行建筑設(shè)計過程中應(yīng)注意建筑造型及結(jié)構(gòu)應(yīng)沿豎向均勻布置，盡可能地避免剛度、承載能力以及傳力途徑等產(chǎn)生突變情況，進(jìn)而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)變形情況發(fā)生；其二，應(yīng)確保建筑平面規(guī)則性，最大限度地保證平面范圍內(nèi)各結(jié)構(gòu)布局較為均勻，是建筑質(zhì)量分布以及結(jié)構(gòu)剛度呈現(xiàn)出協(xié)調(diào)分布態(tài)勢，對質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)剛度之間的偏心進(jìn)行限制[3]。

2 案例概述

為詳細(xì)說明中學(xué)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)以及抗震規(guī)范，本文選取某中學(xué)作為案例進(jìn)行細(xì)化闡述。案例工程為某地區(qū)中學(xué)校園整體規(guī)劃教學(xué)樓設(shè)計建筑單體設(shè)計項目，其使用性質(zhì)為教育建筑。案例中學(xué)作為全日制學(xué)校，在校生規(guī)模為3500人，教職工數(shù)量為260人。校園總占地面積為48391.10m2,其中地上以及地下項目分別為14063m2以及6643m2，教學(xué)樓總建筑面積為18788.10m2。本次研究主要針對單體教學(xué)樓建筑設(shè)計，其主要特征見表1。

表1 建筑特征表

單體建筑設(shè)計均為多層建筑，其設(shè)計使用年限等級為3類，即使用壽命為50年，地震設(shè)防烈度為7度，主體結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，屋面防水等級為Ⅰ級，室內(nèi)環(huán)境污染控制類別為Ⅰ類。

3 教學(xué)樓建筑防震規(guī)范以及結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

3.1 教學(xué)樓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

3.1.1 建筑結(jié)構(gòu)材料選擇

案例工程設(shè)計人員在實(shí)際工作過程中充分認(rèn)識到建材質(zhì)量對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要影響，因此對建材質(zhì)量提出嚴(yán)格要求：本次施工建設(shè)所有建材必須具備出廠合格證明，同時符合國家以及行業(yè)內(nèi)頒布的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。所有用于主體結(jié)構(gòu)施工的建材必須經(jīng)過試驗(yàn)以及質(zhì)檢部門抽查合格后方可用于建設(shè)作業(yè)之中。

依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，本次施工鋼材選優(yōu)HPB300（Φ）鋼筋以及HRB400鋼筋，具體規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)別為Φ6~14，強(qiáng)度設(shè)計值為270N/mm2以及8~25，強(qiáng)度設(shè)計值為360N/mm2。為確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，工程技術(shù)人員在對框架梁、柱以及樓梯板縱向受力鋼筋進(jìn)行設(shè)計過程中提出以下標(biāo)準(zhǔn)：第一，對鋼筋實(shí)際性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測，最終結(jié)果中抗拉強(qiáng)度實(shí)測值以及屈服強(qiáng)度實(shí)測值比值應(yīng)控制在1.25以下，屈服強(qiáng)度實(shí)測值以及標(biāo)準(zhǔn)值比值應(yīng)控制在1.3以下；第二，對鋼筋總伸長率進(jìn)行實(shí)測，在最大拉力條件下，實(shí)測值在9%以下視為合格，HPB300鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)可放寬至10%；第三，其他部分鋼筋性能應(yīng)滿足以下要求：在最大拉力條件下，HPB300以及HRB400鋼筋實(shí)測總伸長率應(yīng)分別控制在10%以及7.5%以下。鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具備95%以上的保證率。

在實(shí)際施工過程中，技術(shù)人員考慮到臨時更換鋼筋材料會導(dǎo)致質(zhì)量問題發(fā)生，因此不允許對鋼筋材料進(jìn)行代換，必要條件下，代換鋼筋應(yīng)經(jīng)過構(gòu)建承載力、最大拉力條件下總伸長率等指標(biāo)試驗(yàn)，同時還需要滿足最小配筋率、鋼筋間距等要求，否則不予代換。

本次施工所采用混凝土材料依據(jù)建筑位置不同，材料選擇標(biāo)準(zhǔn)也存在一定差異性，其中基礎(chǔ)墊層部分要求混凝土強(qiáng)度為C15；后施工構(gòu)造柱、圈梁等部分要求混凝土強(qiáng)度為C25；其余構(gòu)建混凝土強(qiáng)度均要求達(dá)到C30。本次施工過程中要求各構(gòu)件混凝土在不同環(huán)境類型條件下需達(dá)到的保護(hù)層厚度、最大骨料粒徑以及最短養(yǎng)護(hù)時間要求見表2。

表2 混凝土材料標(biāo)準(zhǔn)要求

3.1.2 填充墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

案例工程設(shè)計過程中，120隔墻采用MU10KP1型燒結(jié)多孔磚，M7.5水泥砂漿砌筑；其余墻體采用加氣混凝土砌塊，外墻加氣混凝土砌塊強(qiáng)度等級為A3.5，內(nèi)墻加氣混凝土砌塊強(qiáng)度等級為A2.5，M5混合砂漿砌筑；砌體密度≤8.5kN/m3。

在整體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)制定方面，技術(shù)人員以及教學(xué)建筑實(shí)際要求，將砌體砌筑質(zhì)量等級設(shè)定為不應(yīng)低于B級。

在樓梯間墻、通道處墻設(shè)計上，技術(shù)人員采用鋼絲網(wǎng)砂漿抹灰層進(jìn)行加強(qiáng)，砂漿采用M7.5水泥砂漿，鋼絲網(wǎng)采用成品鍍鋅方孔焊接鋼絲網(wǎng)，鋼絲直徑不應(yīng)小于1.5mm，方孔規(guī)格不應(yīng)大于80mm×80mm。

案例工程設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)存在墻長大于5m以及墻體長度為層高的2倍的情況，因此設(shè)計墻頂部分與地板或梁底進(jìn)行拉結(jié)，墻體中部位置采用鋼筋混凝土構(gòu)造柱設(shè)計，該設(shè)計依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，與窗洞口位置沖突時移至洞口另一側(cè)。

3.2 教學(xué)樓建筑抗震設(shè)計規(guī)范

案例工程在實(shí)際設(shè)計過程中，技術(shù)人員嚴(yán)格遵循《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求進(jìn)行，工程所在地抗震設(shè)防烈度標(biāo)準(zhǔn)為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g；地震分組為第三組；場地類別為Ⅱ類，標(biāo)準(zhǔn)凍深1.43m，場地特征周期為0.45s；結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05；多遇水平地震影響系數(shù)最大值：0.12；建設(shè)場地對抗震一般。

由此，工程技術(shù)人員依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計本工程建筑抗震設(shè)防類別為乙類，地震作用依照烈度7度計算，建筑抗震措施依據(jù)8度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。同時依據(jù)GB50007-2011標(biāo)準(zhǔn)將建筑結(jié)構(gòu)安全等級定位二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級要求為丙級，要求建筑使用年限達(dá)到50年。

3.3 教學(xué)樓建筑抗震設(shè)計要點(diǎn)

工程設(shè)計人員在實(shí)際工作過程中充分認(rèn)識到，學(xué)校建筑作為重點(diǎn)設(shè)防類建筑，其結(jié)構(gòu)特征呈現(xiàn)較為明顯的開間較大特征，而結(jié)構(gòu)形式上多采用框架結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計人員在實(shí)際工作中最大限度地避免了在樓、電梯間等部分采用撞墻承重，避免磚混結(jié)構(gòu)對框架結(jié)構(gòu)造成影響，使得結(jié)構(gòu)出現(xiàn)混合受力情況[4]。

設(shè)計人員在具體設(shè)計過程中對學(xué)校的特殊功能進(jìn)行考量，同時考慮到學(xué)校人口密度以及人員流動量較大，因此對樓梯設(shè)計做出重點(diǎn)關(guān)注，確保樓梯位置處于建筑中央部分，在特殊區(qū)域?qū)ΡM端開間采用專門的強(qiáng)化措施。同時附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計，使其與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段建筑抗震性能以及結(jié)構(gòu)合理性已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的重點(diǎn)問題。因此，建設(shè)單位應(yīng)注意加強(qiáng)在相關(guān)問題方面的研究力度，尤其是在教學(xué)建筑等承擔(dān)特殊功能的建筑。本次研究中以某中學(xué)教學(xué)樓設(shè)計為例進(jìn)行分析，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及的材料以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)闡述，同時針對填充墻部分進(jìn)行重點(diǎn)敘述，隨后對建筑抗震設(shè)計規(guī)范以及要點(diǎn)進(jìn)行研究。通過后續(xù)實(shí)際檢測可知，本工程設(shè)計完全滿足國家規(guī)定要求，工程設(shè)計具備一定參考價值。