多層教學樓的建筑和結構設計

張智真　盧宜飛

（洛陽古建園林設計院有限公司　河南　洛陽　471000）

多層教學樓的建筑和結構設計

張智真盧宜飛

（洛陽古建園林設計院有限公司河南洛陽471000）

教育是一個國家的基石，是社會進步的源泉。隨著社會的快速發展，教育進入了前所未有的高速發展時期，我國傳統教學樓已暴露出了很多弊端，當今世界科學技術正向著整體化趨勢發展，一種可容納多個專業，并使其得以交流和緊密聯系的整體式綜合教學樓的設計概念應運而生，對這一建筑類型的設計加以研究是十分有必要的。本文以某學校的綜合教學樓為例子，簡單講述了多層教學樓的建筑結構設計。

框架結構；結構設計；應用

1　教學樓的設計理念

目前，中國教育進入了一個前所未有的迅猛發展期。與之相對應的是校園的規模越來越大，建設的速度越來越快，全國上下掀起一股建設新校園的熱潮。新校園的設計正處在一個摸索階段。由于大規模的新校區的建設占用了大量的土地資源，人們對集聚化校園、生態校園的呼聲漸高，以節約有限的土地資源、保護生態環境和實現資源共享。具體而言，教學樓的設計理念有以下幾點：

（1）布局要有關聯性。現在的教學樓已經不在是獨立的布局，教學樓的模式變得更加集中，更加具有整體性。可以增進師生之間的交流，并且實現了資源共亨，資源浪費情況也會降低。

（2）功能要有多樣性。現在的教學樓功能更加豐富多彩，不僅僅可以教學，自習，還有了很多的服務功能。

（3）要有交往空間的設計。交往對于學生來說可以培養其良好的心理結構與智能結構。

2　工程概況

本工程為某學校綜合教學樓，由主樓及附屬裙房組成。根據建筑物使用功能和結構特點分為A、B、C、D、E五個分區。

主樓（A區）地下一層，層高4.2m，地上十二層，二～五層為教室，一層、六～九層為實訓室，十、十一層為辦公室。層高11×4.2m，3.2m（機房層）。主樓建筑高度46.5m。平面尺寸126.40m×19.70m。

B區（裙房）地下一層，層高為4.20m，地下室地面標高為-2.100m；地上五層，各層均為教室，層高均為3.90m。B區室內外高差0.40～1.20m。建筑高度19.90m，平面尺寸53.10m×10.40m。

C區（裙房）地上四層，一層為教室、門廳及報告廳，其中教室及門廳地面標高為6.0m，報告廳地面標高為4.20～6.00m；二層為報告廳上空及教室、門廳，教室及門廳樓面標高為9.90m；三層為報告廳屋面及教室，教室樓面標高為13.80m，報告廳屋面為屋頂花園，屋面結構標高12.00m；四層為教室，樓面標高為17.70m；屋頂標高為21.60m。C區室內外高差0.30m。平面尺寸59.00m× 33.63m。

D區（裙房）地上三層，一層地面標高為4.20m，一～三層層高分別為4.50m、5.10m、5.10m，各層均為階梯教室。D區室內外高差0.30m。建筑高度15.00m，平面尺寸53.16m×27.50m。

E區（裙房）地下一層，層高為4.20m，地下室地面標高為-4.20m，地上四層，層高分別為4.20m、4.50m、5.10m、5.10m，各層均為教室。E區東側、西側、北側室內外高差0.30m，南側室內外高差3.30m。建筑高度19.20m，平面尺寸67.20m×33.90m。

本工程主樓（A區）上部結構為框架剪力墻的結構，基礎為人工挖孔灌注樁基礎。裙房（B、C、D、E區）上部結構為框架結構；基礎為獨立柱基。框架結構在現階段的土木工程中應用十分廣泛，其良好的受力性能和方便的施工程序讓它成為建筑設計中首選的結構形式。

3　地基與基礎

3.1地基情況

根據巖土工程勘查報告，該工程土層分布自上而下分別為粉質粘土、黃土、碎石混粉質粘土、粉質粘土、碎石混粉質粘土、中風化灰巖。

3.2基礎設計

根據場地的土層分布極其物理力學性能，結合上部結構的特點，本工程主樓（A區）基礎選用人工挖孔灌注樁，以第6層較完整中風化灰巖作為樁端持力層，持力層極限端阻力標準值qpk= 8000kPa。樁頂標高為-5.200（對應絕對標高145.10m）。

裙樓基礎選用柱下獨立基礎和墻下條型基礎。地下室基礎以第4層粉質粘土為持力層，承載力特征值f=150kPa，其它基礎以第3層黃土為持力層，承載力特征值f=120kPa。基礎應全部落至老土上，第1、2層土應全部清除。第3層黃土為非自重濕陷性黃土，故基底以下設滿堂3：7灰土墊層1m厚。局部超挖部分以3：7灰土墊層按寬高比2：1錯臺回填。灰土墊層頂面出基礎邊的距離不小于2.0m。灰土墊層應分層夯實，壓實系數不小于0.95。

3.3臺階式基礎設計

C區一樓為階梯座位式報告廳，地面高差相差最大處達到近2m，同時場地為坡地。現根據現場并結合建筑地面要求，采用臺階性獨立基礎形式。考慮基礎距離較近，采用毛石回填多階放坡以滿足規范要求。

4　上部結構設計

4.1A區立面Y形柱子處理

因建筑立面需要，要求在二、三層立面范圍沒外墻軸線內退1100mm，且在三層樓面不能有梁在立面之外出現。考慮到若采用梁上起柱的方法實現建筑要求，將在梁端部附近產生較大剪力，不利于結構安全。結合結構底部樓層柱子截面較大的特點，采用Y形柱的方案。在二至三層范圍內，該立面柱子一分為二，外側為長度為兩層高的框柱，內側為三層樓面架設在其上的小框柱。

采用Y形柱方案，一方面完全實現了建筑里面的造型要求，同時充分考慮了結構的可靠性和經濟合理性，體現了建筑適用、堅固與美觀的完美融合。

4.2C區大跨度屋頂花園結構設計

根據建筑功能安排，C區為一依山而建的階梯座位式報告廳，扇形平面，兩個方向的最大跨度分別達到22m及20m，報告廳屋面為屋頂花園，其上有600mm厚的覆土。

根據建筑條件并結合業主要求，考慮采用現澆鋼筋混凝土雙向密肋梁結構，梁截面截面為350mm×1200mm，間距為2100mm左右。同時結合建筑平面，充分利用東西向各自外伸一跨的條件，將大跨度梁各自向外延伸至外側立面處，從而使單跨簡支梁變成多跨連續梁，減小中間框架柱的柱頂彎矩，加強整個屋頂結構的整體性。外伸段梁截面為350mm×700mm。

4.3D、E區階梯教室結構設計

根據建筑功能安排，D區及E區的北側為階梯教室，寬度達到15m。結構階梯教室的建筑特點，考慮采用現澆鋼筋混凝土單向密肋梁結構，梁截面截面為250mm×800mm，間距為1500mm左右。

4.4A區頂層立面內退設計

根據建筑立面要求，A區頂上兩層南北兩側立面均內退1600mm。結構上考慮梁上起柱做法實現。同時按照轉換梁構造要求對起柱梁進行加強。同時落地框架柱截面不變，一直通到屋頂，盡量保證豎向構件的側向剛度及抗剪承載力。

4.5模型計算

本工程結構計算中采用多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE進行結構分析計算。按照抗震縫分隔成的7個獨立單元各自進行地震作用計算分析，計算結果均滿足規范要求。

另對于部分不規則單元，采用結構空間有限元分析軟件SATWE和PMSAP兩種計算軟件進行結構對比分析，按單向地震并考慮偶然偏心和雙向地震不考慮偶然偏心分別計算分析，按不利的結果進行扭轉位移比的控制和構件的設計。

在本工程的結構計算和分析中，始終貫穿結合建筑特點，重視概念設計，對薄弱部位采取合理加強措施，是本工程的計算結果和結構設計更加合理。

5　主要技術構造措施

（1）充分結合現場場地，重視坡地的地基處理，合理選用基礎型式。

（2）在計算結構位移、位移比時，強制采用剛性樓板假定，目的是避免由于局部振動而影響結構位移比的正確計算。在計算結構受力配筋時，根據結構樓層布置實際情況，合理采用彈性膜假定。

（3）加強錯層柱及躍層柱、洞口四周框架梁、Y形柱子、轉換梁柱等各關鍵構件的截面及鋼筋配置。

（4）對于高度較高樓層，在填充墻內加強構造柱和圈梁的設置。

該工程建筑平面布置復雜，立面多變。結構設計需要更好的結合建筑功能要求和造價控制，重視概念設計，重視關鍵部位的關鍵構件的結構設計。

6　結束語

教學樓的設計要重視布局的關聯性，也要從學生的心理與行為出發，設計出來的教學樓更加具有整體性，同時可以減少資源的浪費，在設計上要改變傳統的教學樓模式，建立新型的科學合理的教學樓模式。

[1]李雪麗，陳建強，蘇云燕.土木建筑工程框架結構設計[J].湖北建筑，2014，12（11）：101～103.

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[3]王偉軒.多層框架結構設計在教學樓的應用[J].建筑工程，2014，11（10）：63～65.

TU318+.2

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1673-0038（2015）39-0019-02

2015-9-7