原雪風 高學芹 李維松 楊雪峰

1. 中國礦業(yè)大學工程咨詢研究院（江蘇）有限公司 江蘇 徐州 221008；2. 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 徐州 221008

引言

工業(yè)化快速發(fā)展對我國建筑行業(yè)具有極大的促進作用，在其設(shè)計方面，工業(yè)化的生產(chǎn)線為建筑標準化奠定了基礎(chǔ)，是標準化設(shè)計的前提。在建造水平日益提高和國家教育建設(shè)大力推進的現(xiàn)狀下，中小學建筑的標準化設(shè)計具有重要意義。以標準化手段，從個體到總體的設(shè)計，從局部簡單設(shè)計到系統(tǒng)復雜設(shè)計，以實現(xiàn)控制成本、提高生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品品質(zhì)為目的，將中小學教育建筑按照工業(yè)制品的工業(yè)化生產(chǎn)方式進行生產(chǎn)，以現(xiàn)代化的生產(chǎn)模式從而得到標準化的建筑成品。并且中小學教育建筑依據(jù)標準化設(shè)計，呈現(xiàn)出統(tǒng)一化、系列化、組合化、模塊化的特點，在實際建設(shè)過程中能夠保證質(zhì)量的同時快速設(shè)計、施工，并進一步降低生產(chǎn)成本，因此，將鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑標準化設(shè)計運用到實際工程中具有重要的實踐意義。

1 中小學建筑設(shè)計標準化的意義

中小學建筑的標準化設(shè)計是通過建立標準化體系，對工程的建設(shè)規(guī)模和建造標準進行規(guī)范，通過控制產(chǎn)品的品質(zhì)，建立有利于實現(xiàn)中小學建筑產(chǎn)品安全性和良好的使用性能，能夠滿足使用者的功能及情感需求。在工程造價上，標準化設(shè)計也具有得天獨厚的優(yōu)勢，能夠降低造價并為控制工程投資提供依據(jù)。在中小學建筑項目建設(shè)中，標準化設(shè)計有利于建筑、結(jié)構(gòu)部件、部品系列化和模塊化生產(chǎn)，促進裝配現(xiàn)代化，也加快了中小學建筑的建設(shè)速度。

在此基礎(chǔ)上，我們提出中小學建筑可采用以普通教室為單元的標準模塊化設(shè)計策略，既滿足現(xiàn)代教學的功能，保證教育空間的均好性、經(jīng)濟性，又實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展背景下的建設(shè)需求[1]。

2 中小學建筑設(shè)計標準化的內(nèi)容

2.1 建筑功能空間設(shè)計標準化

中小學教學建筑是以普通教室的教學空間為主，與交通空間（走道、樓梯）、生活服務(wù)空間（衛(wèi)生間）等構(gòu)成完整教學建筑。

2.1.1 教學空間：依據(jù)《中小學設(shè)計規(guī)范》對建筑空間面積的要求：小學普通教室最小使用面積為67.5m2（45人/班），中學普通教室最小使用面積為75m2（50人/班），即生均為1.5m2。從而得出教學樓的普通教室柱網(wǎng)空間可定為7.5×9.6m（小學）、8.0×9.9m（中學）標準化尺度；（如圖1所示）。

圖1 小學普通教室標準平面圖與中學普通教室標準平面圖

2.1.2 交通空間。

2.1.2.1 疏散走道。根據(jù)《中小學設(shè)計規(guī)范》要求：中小學校建筑的疏散通道寬度最少應為2股人流，并應按0.60m的整數(shù)倍增加疏散通道寬度（每股人流的寬度應按0.60m計算），其寬度按照每100人的凈寬度計算（見表1），同時應滿足教學用房的內(nèi)走道凈寬度不應小于2.40m，單側(cè)走道及外廊的凈寬度不應小于1.80m。所以常用1.8、2.4、3.0、3.6m等模數(shù)化凈尺寸控制設(shè)計空間尺度，通常柱跨取2.6、3.0、3.6、4.2m（包含防火及外飾面后柱截面取0.6×0.6米）。（見圖1）

表1 安全出口、疏散走道、疏散樓道和房間疏散門每100人的凈寬度（m）

2.1.2.2 樓梯間?！吨行W設(shè)計規(guī)范》（GB50099-2011）要求：中小學校教學用房的樓梯梯段寬度應為人流股數(shù)的整數(shù)倍。梯段寬度不應小于1.20m，其寬度按照每100人的凈寬度應按表1計算，并應按0.60m的整數(shù)倍計算梯段寬度。每個梯段可增加不超過0.15m的擺幅寬度。

由此，在實際項目設(shè)計中，通常單個中小學教學樓長度多為4～6口教室，按照規(guī)范要求，則樓梯梯段凈寬度多為2.4～3.6米，所以樓梯間開間可以采用3.0m或4.2m柱跨（柱截面取0.6×0.6m）。疏散樓梯寬度應根據(jù)實際項目具體人數(shù)最多一層經(jīng)計算確定。

2.1.3 生活服務(wù)空間（衛(wèi)生間）。衛(wèi)生間設(shè)置見給排水設(shè)計標準化詳述。

2.2 維護結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化

根據(jù)《中小學設(shè)計規(guī)范》（GB50099-2011）要求：中小學校主要教學用房的最小凈高應符合以下規(guī)定：普通教室3米（小學）、3.05m（初中）3.1m，通常中小學教學建筑教學樓設(shè)計則采用3.6m（小學）、3.9m（中學）層高，滿足教室單元的標準化空間、采光、通風要求。從而形成以圍合教室空間為組成單元標準的外墻、外窗、內(nèi)隔墻及內(nèi)門窗的標準化部品部件，實現(xiàn)維護結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化。

2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計標準化

為了充分實現(xiàn)設(shè)計標準化目標，在鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑設(shè)計中，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標準》，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：結(jié)構(gòu)堅固、耐久，建筑物的各項功能符合要求，美觀大方，技術(shù)先進 ，合理降低造價。

以普通教室為單元結(jié)構(gòu)布置時，應著眼于滿足建筑使用功能、施工方便快捷、標準化程度高等幾方面因素。以教學用房一般較為規(guī)則方正的特點，主體結(jié)構(gòu)采用統(tǒng)一的構(gòu)件布置方案，統(tǒng)一的節(jié)點連接方式，實現(xiàn)了設(shè)計標準化和施工模式化。其中：鋼柱采用鋼制箱型（壁厚根據(jù)荷載計算），鋼梁采用H型鋼梁，梁柱結(jié)構(gòu)平面布局及構(gòu)件見圖2、圖3所示，具體項目根據(jù)實際荷載及計算選用主次梁高度及型材規(guī)格。其節(jié)點連接采用螺栓連接。

圖2 小學普通教室標準平面結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件選用表

圖3 中學普通教室標準平面結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件選用表

在滿足規(guī)范要求及結(jié)構(gòu)安全前提下，以選用大批量少規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，實現(xiàn)工廠標準化制作、現(xiàn)場標準化安裝。

2.4 設(shè)備配置設(shè)計標準化

在《中小學設(shè)計規(guī)范》（GB50099-2011）中，對教學建筑室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量、采光、照明、噪聲控制均有明確規(guī)定，因此在標準化模數(shù)空間里，對各項設(shè)備則可采用標準化設(shè)計、選型、安裝，從而實現(xiàn)設(shè)備配置設(shè)計標準化，主要分為以下幾方面：

2.4.1 給排水設(shè)計標準化。中小學教學建筑中給排水專業(yè)設(shè)計包含給水、排水兩方面。給水有生活給水、消防給水等，其中生活給水按照下式計算：

式中：qg-計算管段的給水設(shè)計秒流量(L/s)；

Ng-計算管段的衛(wèi)生器具給水當量總數(shù)；

α-根據(jù)建筑物用途而定的系數(shù)，應按教學樓α值取1.8采用。

中小學教學建筑通常以固定班級數(shù)量及師生總?cè)藬?shù)計算出衛(wèi)生間器具數(shù)量，依據(jù)規(guī)范要求：①男生應至少為每40人設(shè)1個大便器或1.20m長大便槽；每20人設(shè)1個小便斗或0.60m長小便槽；女生應至少為每13人設(shè)1個大便器或1.20m長大便槽； ②每40-45人設(shè)1個洗手盆或0.60m長盥洗槽；所以衛(wèi)生間空間可以根據(jù)班級數(shù)量采用模數(shù)化設(shè)計：每班約設(shè)男衛(wèi)大便器（小學0.6個/班，中學0.7個/班）、小便器（小學1.5個/班，中學1.5個/班）；每班約女衛(wèi)設(shè)大便器2個/班，每40-45人設(shè)1個洗手盆或0.60m長盥洗槽。根據(jù)一棟教學樓包含的教室數(shù)量從而能夠估算出其需要的給水量，進而設(shè)計相應給水管管徑、數(shù)量[2]。

消防給水則按照現(xiàn)行國家標準《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定設(shè)計。

中小學教學建筑中排水專業(yè)設(shè)計包含生活污水、雨水排水，其中污水排水設(shè)計依據(jù) 《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中小學教學樓建筑生活排水管道設(shè)計秒流量，應按下式計算：

式中：qp-計算管段排水設(shè)計秒流量(L/s)；

Np-計算管段的衛(wèi)生器具排水當量總數(shù)；

α-根據(jù)建筑物用途而定的系數(shù)，按2.0～2.5計算；

qmax-計算管段上最大一個衛(wèi)生器具的排水流量(L/s)。

當計算所得流量值大于該管段上按衛(wèi)生器具排水流量累加值時，應按衛(wèi)生器具排水流量累加值計算。

雨水排水則按照現(xiàn)行國家標準《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定設(shè)計。

2.4.2 暖通設(shè)計標準化。中小學校建筑的采暖通風與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計應滿足舒適度的要求，并符合節(jié)約能源的原則?？筛鶕?jù)所在地的氣候特征、能源資源條件及其利用成本，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定采暖與空調(diào)冷熱源形式。房間采暖設(shè)計溫度不應低于18℃。

中小學校建筑的通風設(shè)計應優(yōu)先采用有組織自然通風設(shè)施，室內(nèi)空氣質(zhì)量應符合現(xiàn)行國家標準，普通教室的新風量應符合現(xiàn)行國家標準《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189的有關(guān)規(guī)定。當采用換氣次數(shù)確定室內(nèi)通風量時，各主要房間的最小換氣次數(shù)應符合小學2.5（次/h）、初中3.5（次/h）、高中4.5（次/h）的標準。

2.4.3 電氣設(shè)計標準化。中小學校建筑的普通教室電氣設(shè)計可分為強電（照明、動力）和弱電系統(tǒng)，以普通教室為標準單元，其強、弱電布置及電氣設(shè)備數(shù)量如圖4與圖5所示。（見文末）

圖4 中小學普通教室照明布置平面圖與中小學普通教室動力布置平面圖

圖5 中小學普通教室弱電布置平面圖與中小學普通教室電氣設(shè)施數(shù)量統(tǒng)計表

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑設(shè)計標準化的應用

目前全國各地有一大批已建或在建鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑，尤以中建科工先后在北京、上海、深圳、天津、成都、石家莊、廈門、徐州、宿遷等多個國內(nèi)重點城市以及海外地區(qū)承建了近百所裝配式鋼結(jié)構(gòu)學校，大力推行鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑新理念、新體系、新技術(shù)，形成GS-SCHOOL的鋼結(jié)構(gòu)裝配式學校建筑品牌，具有抗震安全、結(jié)構(gòu)耐久、空間靈活、舒適度高、跨度更大、凈空更高、裝配率高、造價經(jīng)濟、快速交付、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點，并在項目建設(shè)過程中大力推廣應用智能制造、智慧建造、智慧工地等新技術(shù)。其中僅2020年在江蘇省宿遷市就有11所約52萬m2的中小學建成并成為省級建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化示范項目。

此外，還有以裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)建成的典型學校：

深圳大磡小學：深圳首個裝配式鋼結(jié)構(gòu)學校建成。60多間教室像積木一樣搭建而成，由于預制構(gòu)件配件可在工廠內(nèi)同步進行，因此該項目現(xiàn)場投入的木工、鋼筋工等只占同等建筑面積現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的60%，工期縮短約35%，只用了4個多月，現(xiàn)場施工人員也減少了40%。

紹興縣錢清中學：該項目從接受委托到建設(shè)完成投入使用只有短短17個月，設(shè)計團隊僅耗時兩個月便將全套施工圖紙交付施工。針對教育建筑的獨特性：中小學教育建筑普通教室的開間進深比例相似，功能用房具有相當?shù)倪m應性，各個功能模塊組合相對固定，因此使得中小學教育建筑符合預制裝配式建筑最需要滿足的經(jīng)濟可操作性。采用定制化的鋼結(jié)構(gòu)體系，節(jié)省大量的項目運作時間，降低至少5%以上的中間環(huán)節(jié)成本[3]。

4 結(jié)束語

從長遠發(fā)展來講，裝配式鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑采用標準化設(shè)計是社會和科學技術(shù)發(fā)展的必然要求，是我們在當前社會工業(yè)化產(chǎn)生的，需要一定發(fā)展過程。本文通過對標準化在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑設(shè)計運用中的分析與研究，使我們充分認識到標準化設(shè)計的優(yōu)點：減少設(shè)計工作量，提高勞動效率；促進建筑工業(yè)化、裝配化，加快建設(shè)速度；有利于采用和推廣新技術(shù)；便于實行構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、裝配化和施工機械化，提高勞動生產(chǎn)率，加快建設(shè)進度；可為后期的施工、運營管理等帶來便利。裝配式鋼結(jié)構(gòu)中小學建筑采用標準化設(shè)計的推廣和運用，可以使我們的設(shè)計更加合理和完善，進而為使建設(shè)工程可持續(xù)發(fā)展貢獻自己的一分力量。