某中學建筑抗震規范要求及結構設計要點

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

自新中國成立以來，我國經歷了嚴重的唐山地震、汶川地震、青海地震等，一系列地震災害對我國社會經濟發展以及民眾生命財產安全造成極為嚴重的威脅，由此，國家對地震災害防控的重視力度空前提升，利用城鎮化發展背景下，政府方面對中小學等重點設防類建筑進行重新規劃。受此影響，一部分舊有教學在經過檢測后被認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一步優化，對現有中小學校進行重新布局規劃，由此，中小學校設計建造步入繁忙階段，而優化抗震性能以及結構設計成為此類建筑設計中的重點環節，并稱為當前設計人員的主要研究內容。

1 建筑結構抗震性能設計原則

1.1 簡化原則

在總結大量工程實踐經驗后可知，建筑結構設計以及抗震性能之間具有較強的關聯性，抗震性能會隨著建筑結構設計的簡單化而提升，主要是因為簡單的結構形式在力傳導方面具有顯著優勢，其抗震性能也會隨之提升[1]。同時，簡單的抗震結構在進行力學性能計算過程中其結果也更為精準，進而提升抗震結構的可靠性。由此，設計者在實際工作過程中應注意依據實際情況對建筑抗震結構計算模型進行簡化處理，優化結構構件傳力途徑，進而實現提升建筑抗震性能。

1.2 整體性原則

設計者在實際工作過程中應認識到建筑抗震設計是針對的整個建筑，而非是建筑中的某一個部位。因此，設計者在實際進行抗震設計過程中應注意圍繞建筑整體開展設計工作，使其滿足國家規定標準要求[2]。在具體設計過程中應注意對所有影響結構抗震性能的因素進行綜合考慮，利用數字模型的高新技術對結構參數進行優化處理。同時，在對建筑結構構件進行設計過程中應充分依據抗震構造要求進行，最大限度地避免應力集中問題出現，進而實現提升結構本身穩定性以及可靠性要求。

1.3 規則性原則

此原則主要體現在以下兩方面：其一，在實際進行建筑設計過程中應注意建筑造型及結構應沿豎向均勻布置，盡可能地避免剛度、承載能力以及傳力途徑等產生突變情況，進而導致建筑結構變形情況發生；其二，應確保建筑平面規則性，最大限度地保證平面范圍內各結構布局較為均勻，是建筑質量分布以及結構剛度呈現出協調分布態勢，對質量以及結構剛度之間的偏心進行限制[3]。

2 案例概述

為詳細說明中學建筑結構設計要點以及抗震規范，本文選取某中學作為案例進行細化闡述。案例工程為某地區中學校園整體規劃教學樓設計建筑單體設計項目，其使用性質為教育建筑。案例中學作為全日制學校，在校生規模為3500人，教職工數量為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，教學樓總建筑面積為18788.10m2。本次研究主要針對單體教學樓建筑設計，其主要特征見表1。

表1 建筑特征表

單體建筑設計均為多層建筑，其設計使用年限等級為3類，即使用壽命為50年，地震設防烈度為7度，主體結構采用框架結構設計，屋面防水等級為Ⅰ級，室內環境污染控制類別為Ⅰ類。

3 教學樓建筑防震規范以及結構設計要點

3.1 教學樓建筑結構設計要點

3.1.1 建筑結構材料選擇

案例工程設計人員在實際工作過程中充分認識到建材質量對建筑結構穩定性的重要影響，因此對建材質量提出嚴格要求：本次施工建設所有建材必須具備出廠合格證明，同時符合國家以及行業內頒布的產品標準要求。所有用于主體結構施工的建材必須經過試驗以及質檢部門抽查合格后方可用于建設作業之中。

依據此標準，本次施工鋼材選優HPB300（Φ）鋼筋以及HRB400鋼筋，具體規格標準別為Φ6~14，強度設計值為270N/mm2以及8~25，強度設計值為360N/mm2。為確保建筑結構穩定性，工程技術人員在對框架梁、柱以及樓梯板縱向受力鋼筋進行設計過程中提出以下標準：第一，對鋼筋實際性能進行試驗檢測，最終結果中抗拉強度實測值以及屈服強度實測值比值應控制在1.25以下，屈服強度實測值以及標準值比值應控制在1.3以下；第二，對鋼筋總伸長率進行實測，在最大拉力條件下，實測值在9%以下視為合格，HPB300鋼筋的標準可放寬至10%；第三，其他部分鋼筋性能應滿足以下要求：在最大拉力條件下，HPB300以及HRB400鋼筋實測總伸長率應分別控制在10%以及7.5%以下。鋼筋強度標準值應具備95%以上的保證率。

在實際施工過程中，技術人員考慮到臨時更換鋼筋材料會導致質量問題發生，因此不允許對鋼筋材料進行代換，必要條件下，代換鋼筋應經過構建承載力、最大拉力條件下總伸長率等指標試驗，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建筑位置不同，材料選擇標準也存在一定差異性，其中基礎墊層部分要求混凝土強度為C15；后施工構造柱、圈梁等部分要求混凝土強度為C25；其余構建混凝土強度均要求達到C30。本次施工過程中要求各構件混凝土在不同環境類型條件下需達到的保護層厚度、最大骨料粒徑以及最短養護時間要求見表2。

表2 混凝土材料標準要求

3.1.2 填充墻結構設計要點

案例工程設計過程中，120隔墻采用MU10KP1型燒結多孔磚，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度等級為A3.5，內墻加氣混凝土砌塊強度等級為A2.5，M5混合砂漿砌筑；砌體密度≤8.5kN/m3。

在整體設計標準制定方面，技術人員以及教學建筑實際要求，將砌體砌筑質量等級設定為不應低于B級。

在樓梯間墻、通道處墻設計上，技術人員采用鋼絲網砂漿抹灰層進行加強，砂漿采用M7.5水泥砂漿，鋼絲網采用成品鍍鋅方孔焊接鋼絲網，鋼絲直徑不應小于1.5mm，方孔規格不應大于80mm×80mm。

案例工程設計過程中發現存在墻長大于5m以及墻體長度為層高的2倍的情況，因此設計墻頂部分與地板或梁底進行拉結，墻體中部位置采用鋼筋混凝土構造柱設計，該設計依據實際情況進行調整，與窗洞口位置沖突時移至洞口另一側。

3.2 教學樓建筑抗震設計規范

案例工程在實際設計過程中，技術人員嚴格遵循《建筑抗震設計規范》要求進行，工程所在地抗震設防烈度標準為7度，設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，標準凍深1.43m，場地特征周期為0.45s；結構阻尼比：0.05；多遇水平地震影響系數最大值：0.12；建設場地對抗震一般。

由此，工程技術人員依據相關標準設計本工程建筑抗震設防類別為乙類，地震作用依照烈度7度計算，建筑抗震措施依據8度標準進行設計。同時依據GB50007-2011標準將建筑結構安全等級定位二級，地基基礎設計等級要求為丙級，要求建筑使用年限達到50年。

3.3 教學樓建筑抗震設計要點

工程設計人員在實際工作過程中充分認識到，學校建筑作為重點設防類建筑，其結構特征呈現較為明顯的開間較大特征，而結構形式上多采用框架結構。因此，設計人員在實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，避免磚混結構對框架結構造成影響，使得結構出現混合受力情況[4]。

設計人員在具體設計過程中對學校的特殊功能進行考量，同時考慮到學校人口密度以及人員流動量較大，因此對樓梯設計做出重點關注，確保樓梯位置處于建筑中央部分，在特殊區域對盡端開間采用專門的強化措施。同時附著于樓、屋面結構上的非結構構件進行重點設計，使其與主體結構有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設備。

4 結語

綜上所述，現階段建筑抗震性能以及結構合理性已經成為社會各界關注的重點問題。因此，建設單位應注意加強在相關問題方面的研究力度，尤其是在教學建筑等承擔特殊功能的建筑。本次研究中以某中學教學樓設計為例進行分析，對建筑結構設計中涉及的材料以及相關標準進行詳細闡述，同時針對填充墻部分進行重點敘述，隨后對建筑抗震設計規范以及要點進行研究。通過后續實際檢測可知，本工程設計完全滿足國家規定要求，工程設計具備一定參考價值。