学校设计的常规处理方法和建议

学校设计的常规处理方法和建议

曹朋聪

身份证号码：320682198810187953

摘要：随着经济的发展和人们审美的提高，甲方更青睐于形状复杂或造型夸张的不规则建筑。从实践的角度出发，规则的建筑更能够直接有效的抵抗地震作用，而形状复杂的不规则建筑使得抗震设计变得困难，尤其是重点设防类的学校项目或公共建筑，不合理的结构设计往往造成建筑不安全或过度设计引起成本过高。本文结合了具体的工程实例，对一般学校的结构设计进行了一些总结，希望通过探讨后能对以后的结构设计有所帮助。

关键字：平面不规则；竖向不规则；大开洞；体型收进

平面不规则包含扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续和抗侧力构件上下错位、与主轴斜交或不对称布置；竖向不规则包含侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变、相邻楼层质量比大于150%或竖向抗侧力构件在平面内收进的尺寸大于构件长度（如棋盘式布置）。

一、结构布置

由于结构设计光凭空说不够直观，下面我将结合具体的工程实例说明。

工程实例：昆山市城西某国际中小学学校，本工程为多层框架结构。

工程概况:

    1, ±0.000m相当于黄海高程3.450m，建筑层数:地上五层，设置一层地下室(局部二层)，建筑高度23.15m 2,基本风压ω0: 0.45kN/m2,地面粗糙度为:B类;基本雪压:0.45KN/m2

3,抗震设防（建筑物重要性）类别:乙类; 抗震设防烈度7度; 设计基本地震加速度0.10g; 设计地震分组第一组; 建筑场地类别Ⅲ类; 特征周期Tg=0.52s; 建筑结构的阻尼比0.05。4, 本工程抗震等级为二级（局部一级）。

二、结构布置

根据建筑的平面布置、荷载大小和跨度大小，结构初步设计时采用如下做法：

1、由于本工程有悬挑构件和转换构件且结构为不规则、重要的建筑，抗震等级又为二级导致梁柱配筋比较大，故在结构计算时采用高强度钢筋。梁柱纵向钢筋标号采用HRB500,楼板钢筋和梁柱的箍筋采用HRB400。

2、梁和板混凝土强度采用C30、柱混凝土强度根据轴压比大小控制，本项目采用C30~C45。

3、由于楼板开大洞，地震作用传递不连续（力流分散后再汇聚），故加厚大开洞周边的楼板，板厚取150mm厚，确保地震力能够有效传递且楼板设计时定义为弹性膜（真实计算楼板平面内刚度，忽略楼板平面外的刚度）。

4、由于楼板超长且未设置伸缩缝，考虑温度对超长结构的影响故对结构超长采取设置后浇带、采用叠合楼板、墙面和屋面采用保温材料、计算楼板的温度应力并双层双向配筋等措施。

5、由于半框架（框架梁一端与框架柱连接，一端与梁平面外连接）传力路径不直接，受力体系较差，在地震发生时容易引起结构破坏甚至倒塌，故对半框架的抗震等级按提高一级加强，在模型处理时按照抗震等级一级进行定义。

三、结构计算

本项目采用PKPM系列结构分析软件进行建模和计算，参数设置除上面交代的特殊情况外均按照常规框架结构的模型参数进行定义。由于本项目属于复杂的结构，按照苏州市抗震审查要求需要报送苏州市进行专门的抗震审查。

下表为a区的抗震设防审查申报表摘要：

建设单位：（盖章）昆山xxx有限公司；工程名称：教学综合楼a区 ；结构类型：钢筋混凝土框架结构；建筑抗震设防类别：乙类；设计基本地震加速度值：7度 0.1g；场地类别：Ⅲ类；液化判别：无；基础类型：桩承台；持力层名称：6-1层粉土，单桩承载力特征值 Ra=1000KN；建筑高度：23.15m;最大高度:23.15m；底层层高：5.0m；标准层高:4.5m;建筑层数：主体5层（一层地下车库局部二层地库）；计算软件 PKPM2021系列 V1.3；高宽比:0.24(X向) 、0.68(Y向);建筑平面的规则性:扭转不规则 ；建筑竖向的规则性：竖向规则；框架/剪力墙抗震等级：二级/局部一级；楼盖类型：现浇混凝土；板厚：120~150mm；结构总重力：40122t；剪力调整系数：1；周期调整系数： 0.7；地震剪力系数：0.016；基本周期：纵 1.3295s、横1.3083s、扭1.1829s；最大层间位移角:1/ 667(第3层)；框架柱轴压比：最大 0.70、 最小0.06；梁最大剪压比：小于0.25；材料最低强度：梁C30、柱C30、楼板C30；柱最小配筋率：0.8%，最小体积配箍率：0.6%；梁最小配筋率：0.25%；抗震缝宽度 120mm。其它需要说明的问题：结构不规则情况：扭转不规则，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2。主要措施：控制考虑偶然偏心的扭转位移比小于1.5。

在初步设计后报送苏州市进行了专门的抗震审查，以下为专家的抗震审查意见：

1、楼板开大洞，结构传力不连续：结构补充楼板应力分析，满足中震不屈服，并且楼板大洞口四周和三层竖向收进部位楼板按双层双向配筋， 配筋率不小于0.25%。

2、扭转位移比：模型调整，使层间位移比调整到1.4以下。

3、位移角：按各个实际抗侧力方向输入地震角度，地震作用下的楼层最大位移角需满足1/550。

4、半框架：对半框架柱进行中震弹性计算并配筋。

5、楼梯：采用滑动支座设计或建入模型进行结构整体计算。

6、弹塑性变形：补充验算钢筋混凝土框架结构的楼层屈服强度系数，当其屈服强度系数小于0.5时，尚应补充验算罕遇地震作用下的弹塑性变形。

四、优化调整与修改

1、根据专家意见进行模型调整与修改

2、对楼板开大洞的情况：对楼板进行应力分析，满足中震不屈服，并且楼板大洞口四周和三层竖向收进部位楼板配筋加强（按双层双向配筋， 配筋率不小于0.25%）。

3、对扭转位移比超1.4的情况：根据PKPM模型的振型结果，查找出位移大、扭动大和结构薄弱的部位，调整结构模型周边相应的梁柱截面，使层间位移比调整到1.4以下。

4、对位移角不满足1/550的情况：按各个实际抗侧力方向输入地震角度，调整梁柱截面使地震作用下各地震角度的楼层最大位移角均满足1/550。

5、对半框架的情况：对半框架柱进行中震弹性计算并按中震弹性进行配筋。

6、对楼梯：采用滑动支座设计。

7、对弹塑性变形：补充验算钢筋混凝土框架结构的楼层屈服强度系数，当其屈服强度系数小于0.5时，补充验算罕遇地震作用下的弹塑性变形。

8、与建筑和设备专业沟通商量对局部进行合理优化与微调，确保结构布置尽量合理，传力明确可靠，然后复核计算并绘制施工图，最终顺利通过了图纸审查。

五、结论和建议

通过上面的分析，我总结了以下几个常见注意点：

1、结构布置时首先根据建筑平面布置和功能，看能不能把不规则的平面通过设置伸缩缝划分为几个规则的结构或者减少结构的不规则程度。

2、合理设置竖向抗侧力构件，尽量减少大跨度、转换构件、半框架等不利结构形式。

3、在楼梯四角尽量布置结构柱；楼梯尽量采用滑动支座，不考虑楼梯的斜撑作用。

4、楼板大洞口四周楼板板厚加强，可取150mm厚，且楼板设计时定义为弹性膜。楼板大洞口四周和竖向收进部位补充楼板应力分析，满足中震不屈服，楼板按双层双向配筋， 配筋率不小于0.25%。

5、当楼板超长且未设置伸缩缝时，对结构超长采取设置后浇带、采用叠合楼板、墙面和屋面采用保温材料、计算楼板的温度应力并加强楼板配筋等措施。

6、对半框架柱抗震等级提高一级并在模型中进行定义，同时按中震弹性进行计算和配筋。

7、验算钢筋混凝土框架结构的楼层屈服强度系数，当其屈服强度系数小于0.5时，尚应补充验算罕遇地震作用下的弹塑性变形。

8、当梁柱配筋较大时，可以采用HRB500等高强度钢筋；当柱轴压比超限，可采用增大截面或提高混凝土强度等级等措施。

9、对大跨度（不小于18m）框架，抗震等级按提高一级采用，并对大跨度梁进行挠度和裂缝的复核。如果荷载较大，比如上面预留风雨操场等，荷载按照实际情况输入且配筋可适当加强，同时在图纸上注明后续的使用功能和活荷载大小。

以上结合了具体的工程实例，对一般学校的结构设计进行了一些分析和总结，希望通过本次探讨能为以后相关类型的结构设计提供参考。

参考文献

[1] GB50010-2010 混凝土结构设计规范.[S]中国建筑工业出版社，2011

[2] GB50011-2010 建筑抗震设计规范.[S]中国建筑工业出版社，2010

[3] 全国民用建筑工程设计技术措施（结构）. [P]建设部工程质量安全监督与行业发展司  中国建筑标准设计研究所，2012