議貴州省望謨縣中小學教學樓抗震性能及建議

蔡文意

1 工程概況

望謨縣位于貴州南部,其地勢西北高東南低,最高點為打易鎮跑馬坪,海拔1 718.1 m,最低點為昂武鄉打樂河口,海拔275 m,境內山巒起伏,河流縱橫,沿河兩岸有大小不等的壩地,東西部巖溶地貌發育較典型,以石灰巖峰叢山地為主,西南為非巖溶地貌,呈立體狀展布。山地面積占76.8%,丘陵占20.4%,河谷盆地僅占2.8%。該縣的抗震設防烈度為7度,由于經濟水平不甚發達,該縣基本上所有教學樓層數都為2層～3層,采用砌體結構,多道橫墻和兩道縱墻,外加一外挑走廊的典型教學樓模式(見圖1),其中90%以上采用現澆混凝土樓、屋蓋。橫墻間距大約為7.5 m,縱墻間距約為6.0 m,樓梯間寬度約為3.3 m,外廊尺寸為1.5 m～2.0 m。

2 該縣中小學教學樓抗震的不利因素

2.1 整體規劃不足,擴建不規范

由于許多老式教學樓在建造前整體規劃不足,隨著社會的發展和時間的推移,已有的教學樓不能滿足逐漸增加的入學學生的教學空間需求,因此為了解決教室不足的問題,部分原有教學樓都采取了再擴建、補建的對策。由于修建時間的差異,老教學樓和新建教室之間的高度、自重和剛度等都各不相同,因此它們的結構自振周期也各不相同。當地震發生時,它們的震動不一致,若預留的防震縫不足,則容易發生相互碰撞,導致教學樓的整體倒塌破壞。例如該縣某小學在原有教學樓旁邊擴建了二層辦公室,擴建部分所使用材料為空心磚砌塊,而原建筑所用材料為普通燒結黏土磚,二者之間墻體的剛度存在差異,加之擴建部分與原建筑之間幾乎未留抗震縫,可想而知,當地震來臨時,該教學樓的抗震性能必定很糟。因此在新建教學樓前應進行合理設計和長遠規劃。

2.2 外廊的平面布局

根據GBJ 99-86中小學建筑設計規范第3.1條教學用房的平面宜布置成外廊和單內廊的形式,這種形式可以獲得最佳的采光效果和避免互相干擾。但是在地震動力作用時,極易在挑梁與縱墻結合處出現應力集中,導致挑梁板脫落砸傷人。該縣中小學的教學樓(除一層教學樓外)均采用外廊形式,對于滿足加固要求的教學樓,建議在挑梁的端部適當增設外廊柱,外廊柱能增加教學樓的整體性,使房屋的抗震性能也會有很大程度的提升。

2.3 樓梯間設在端部或轉角處

該縣的教學樓基本上為兩種平面形式:“一”形和“L”形,大約有30%～40%的教學樓把樓梯間設置在端部或者轉角處,其中有相當一部分沒有在樓梯間四角設置構造柱和加強梯間墻的剛度,這種設置方法對樓梯間的抗震是極為不利的,在地震作用下,樓梯間產生應力集中,一旦樓梯間損毀,就等于生命通道的切斷。圖2為該縣某兩個學校的樓梯間布置位置。

建議以后新建的教學樓避免把樓梯間設在端部或轉角部位,當建筑要求樓梯間必須設在端開間時,樓梯間除在樓層設置圈梁外,在半跑的樓梯平臺處還應設鋼筋混凝土圈梁,在樓梯間四角和平臺梁處均應設置構造柱。凸出屋頂的樓梯間,構造柱應伸到頂部,與頂部圈梁連接。

2.4 未設構造柱和圈梁

一個建筑物抗震性能的好壞除了從平面形式是否簡潔對稱、立面剛度變化有無突變來判定外,更重要的一點為是否加設構造柱和圈梁,砌體結構作為垂直承載構件,地震時最怕出現四散錯落倒地,從而使水平樓板和屋蓋墜落,而構造柱則可以阻止或延緩倒塌時間,以減少損失。構造柱與圈梁連接又可以起到類似框架結構的作用,其作用效果非常明顯。但該縣部分學校的教學樓根本未設構造柱和圈梁,或者只在教學樓四角設置構造柱,這樣很不利于抗震。四川汶川大地震后,國家對學校教學用房的抗震性能要求更加嚴格。

我國現行的GB 50223-2008建筑工程抗震設防分類標準規定所有幼兒園、小學和中學(包括普通中小學和有未成年人的各類初級、中級學校)的教學用房(包括教室、實驗室、圖書室、微機室、語音室、體育館、禮堂)的設防類別均予以提高,抗震設防類別應劃為乙類,乙類建筑,其地震作用應按高于本地區抗震設防烈度1度的要求加強其抗震措施;那么根據規范的要求,該縣教學樓的抗震措施應符合8度抗震設防烈度的要求。

對于構造柱的設置,建議新建的教學樓應根據GB 50011-2001建筑抗震設計規范(含2008局部修訂)中第7.3.1.3條規定進行設置,該縣教學樓一般不超過3層,應按增加兩層后的層數對待,并在外墻四角、錯層部位橫墻與外縱墻交接處、大房間內外墻交接處、較大洞口兩側、隔開間橫墻(軸線)與外墻交接處、山墻與內縱墻交接處及樓梯間四角處布置構造柱。

按照規范的要求,該縣的圈梁應層層設置并且滿足:圈梁閉合,遇有洞口圈梁應上下搭接,圈梁宜與預制板設在同一標高處或圈梁緊靠板底。

3 結語

地震雖是一種人類無法控制的自然災害,但我們可以通過歷史的教訓總結出應對它的策略,提高我們教學樓的抗震能力,從而實現在罕遇地震時多層磚混結構教學樓“大震不倒”的抗震設防目標,為師生贏來寶貴的逃生時間。希望本文能給設計部門及其相關單位一點點啟發。

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[2]田小霞.小議教學樓抗震不利之處與震后評估方法[J].江西化工,2009(5):31-33.

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[4]陳國娥.涼山州中小學教學樓抗震設計存在的問題及對策[J].西昌學院學報,2006(3):22-23.

[5]GBJ 99-86,中小學建筑設計規范[S].

[6]GB 50223-2008,建筑工程抗震設防分類標準[S].

[7]GB 50011-2001,建筑抗震設計規范(含2008局部修訂)[S].