某中学建筑抗震规范要求及结构设计要点

张 鑫（中国有色工业第八冶金建设公司设计施工研究院，甘肃 金昌 737100）

自新中国成立以来，我国经历了严重的唐山地震、汶川地震、青海地震等，一系列地震灾害对我国社会经济发展以及民众生命财产安全造成极为严重的威胁，由此，国家对地震灾害防控的重视力度空前提升，利用城镇化发展背景下，政府方面对中小学等重点设防类建筑进行重新规划。受此影响，一部分旧有教学在经过检测后被认定为需要重建的危房，另一方面政府也积极推动教育布局进一步优化，对现有中小学校进行重新布局规划，由此，中小学校设计建造步入繁忙阶段，而优化抗震性能以及结构设计成为此类建筑设计中的重点环节，并称为当前设计人员的主要研究内容。

1 建筑结构抗震性能设计原则

1.1 简化原则

在总结大量工程实践经验后可知，建筑结构设计以及抗震性能之间具有较强的关联性，抗震性能会随着建筑结构设计的简单化而提升，主要是因为简单的结构形式在力传导方面具有显著优势，其抗震性能也会随之提升[1]。同时，简单的抗震结构在进行力学性能计算过程中其结果也更为精准，进而提升抗震结构的可靠性。由此，设计者在实际工作过程中应注意依据实际情况对建筑抗震结构计算模型进行简化处理，优化结构构件传力途径，进而实现提升建筑抗震性能。

1.2 整体性原则

设计者在实际工作过程中应认识到建筑抗震设计是针对的整个建筑，而非是建筑中的某一个部位。因此，设计者在实际进行抗震设计过程中应注意围绕建筑整体开展设计工作，使其满足国家规定标准要求[2]。在具体设计过程中应注意对所有影响结构抗震性能的因素进行综合考虑，利用数字模型的高新技术对结构参数进行优化处理。同时，在对建筑结构构件进行设计过程中应充分依据抗震构造要求进行，最大限度地避免应力集中问题出现，进而实现提升结构本身稳定性以及可靠性要求。

1.3 规则性原则

此原则主要体现在以下两方面：其一，在实际进行建筑设计过程中应注意建筑造型及结构应沿竖向均匀布置，尽可能地避免刚度、承载能力以及传力途径等产生突变情况，进而导致建筑结构变形情况发生；其二，应确保建筑平面规则性，最大限度地保证平面范围内各结构布局较为均匀，是建筑质量分布以及结构刚度呈现出协调分布态势，对质量以及结构刚度之间的偏心进行限制[3]。

2 案例概述

为详细说明中学建筑结构设计要点以及抗震规范，本文选取某中学作为案例进行细化阐述。案例工程为某地区中学校园整体规划教学楼设计建筑单体设计项目，其使用性质为教育建筑。案例中学作为全日制学校，在校生规模为3500人，教职工数量为260人。校园总占地面积为48391.10m2,其中地上以及地下项目分别为14063m2以及6643m2，教学楼总建筑面积为18788.10m2。本次研究主要针对单体教学楼建筑设计，其主要特征见表1。

表1 建筑特征表

单体建筑设计均为多层建筑，其设计使用年限等级为3类，即使用寿命为50年，地震设防烈度为7度，主体结构采用框架结构设计，屋面防水等级为Ⅰ级，室内环境污染控制类别为Ⅰ类。

3 教学楼建筑防震规范以及结构设计要点

3.1 教学楼建筑结构设计要点

3.1.1 建筑结构材料选择

案例工程设计人员在实际工作过程中充分认识到建材质量对建筑结构稳定性的重要影响，因此对建材质量提出严格要求：本次施工建设所有建材必须具备出厂合格证明，同时符合国家以及行业内颁布的产品标准要求。所有用于主体结构施工的建材必须经过试验以及质检部门抽查合格后方可用于建设作业之中。

依据此标准，本次施工钢材选优HPB300（Φ）钢筋以及HRB400钢筋，具体规格标准别为Φ6~14，强度设计值为270N/mm2以及8~25，强度设计值为360N/mm2。为确保建筑结构稳定性，工程技术人员在对框架梁、柱以及楼梯板纵向受力钢筋进行设计过程中提出以下标准：第一，对钢筋实际性能进行试验检测，最终结果中抗拉强度实测值以及屈服强度实测值比值应控制在1.25以下，屈服强度实测值以及标准值比值应控制在1.3以下；第二，对钢筋总伸长率进行实测，在最大拉力条件下，实测值在9%以下视为合格，HPB300钢筋的标准可放宽至10%；第三，其他部分钢筋性能应满足以下要求：在最大拉力条件下，HPB300以及HRB400钢筋实测总伸长率应分别控制在10%以及7.5%以下。钢筋强度标准值应具备95%以上的保证率。

在实际施工过程中，技术人员考虑到临时更换钢筋材料会导致质量问题发生，因此不允许对钢筋材料进行代换，必要条件下，代换钢筋应经过构建承载力、最大拉力条件下总伸长率等指标试验，同时还需要满足最小配筋率、钢筋间距等要求，否则不予代换。

本次施工所采用混凝土材料依据建筑位置不同，材料选择标准也存在一定差异性，其中基础垫层部分要求混凝土强度为C15；后施工构造柱、圈梁等部分要求混凝土强度为C25；其余构建混凝土强度均要求达到C30。本次施工过程中要求各构件混凝土在不同环境类型条件下需达到的保护层厚度、最大骨料粒径以及最短养护时间要求见表2。

表2 混凝土材料标准要求

3.1.2 填充墙结构设计要点

案例工程设计过程中，120隔墙采用MU10KP1型烧结多孔砖，M7.5水泥砂浆砌筑；其余墙体采用加气混凝土砌块，外墙加气混凝土砌块强度等级为A3.5，内墙加气混凝土砌块强度等级为A2.5，M5混合砂浆砌筑；砌体密度≤8.5kN/m3。

在整体设计标准制定方面，技术人员以及教学建筑实际要求，将砌体砌筑质量等级设定为不应低于B级。

在楼梯间墙、通道处墙设计上，技术人员采用钢丝网砂浆抹灰层进行加强，砂浆采用M7.5水泥砂浆，钢丝网采用成品镀锌方孔焊接钢丝网，钢丝直径不应小于1.5mm，方孔规格不应大于80mm×80mm。

案例工程设计过程中发现存在墙长大于5m以及墙体长度为层高的2倍的情况，因此设计墙顶部分与地板或梁底进行拉结，墙体中部位置采用钢筋混凝土构造柱设计，该设计依据实际情况进行调整，与窗洞口位置冲突时移至洞口另一侧。

3.2 教学楼建筑抗震设计规范

案例工程在实际设计过程中，技术人员严格遵循《建筑抗震设计规范》要求进行，工程所在地抗震设防烈度标准为7度，设计基本地震加速度值为0.15g；地震分组为第三组；场地类别为Ⅱ类，标准冻深1.43m，场地特征周期为0.45s；结构阻尼比：0.05；多遇水平地震影响系数最大值：0.12；建设场地对抗震一般。

由此，工程技术人员依据相关标准设计本工程建筑抗震设防类别为乙类，地震作用依照烈度7度计算，建筑抗震措施依据8度标准进行设计。同时依据GB50007-2011标准将建筑结构安全等级定位二级，地基基础设计等级要求为丙级，要求建筑使用年限达到50年。

3.3 教学楼建筑抗震设计要点

工程设计人员在实际工作过程中充分认识到，学校建筑作为重点设防类建筑，其结构特征呈现较为明显的开间较大特征，而结构形式上多采用框架结构。因此，设计人员在实际工作中最大限度地避免了在楼、电梯间等部分采用撞墙承重，避免砖混结构对框架结构造成影响，使得结构出现混合受力情况[4]。

设计人员在具体设计过程中对学校的特殊功能进行考量，同时考虑到学校人口密度以及人员流动量较大，因此对楼梯设计做出重点关注，确保楼梯位置处于建筑中央部分，在特殊区域对尽端开间采用专门的强化措施。同时附着于楼、屋面结构上的非结构构件进行重点设计，使其与主体结构有可靠的连接或锚固，避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。

4 结语

综上所述，现阶段建筑抗震性能以及结构合理性已经成为社会各界关注的重点问题。因此，建设单位应注意加强在相关问题方面的研究力度，尤其是在教学建筑等承担特殊功能的建筑。本次研究中以某中学教学楼设计为例进行分析，对建筑结构设计中涉及的材料以及相关标准进行详细阐述，同时针对填充墙部分进行重点叙述，随后对建筑抗震设计规范以及要点进行研究。通过后续实际检测可知，本工程设计完全满足国家规定要求，工程设计具备一定参考价值。