中小學建筑抗震性能分析與優(yōu)化設計研究

1、<p>　　中小學建筑抗震性能分析與優(yōu)化設計研究</p><p>　　摘要：本文針對“5.12”汶川地震中小學學校建筑倒塌嚴重的現(xiàn)象,對中小學建筑結構進行抗震性能分析和一體化優(yōu)化設計。 </p><p>　　關鍵詞：中小學建筑 抗震性能 分析 優(yōu)化設計 </p><p>　　中圖分類號：TU973+.31文獻標識碼：A </p><p&

2、gt;　　由于學校的特殊功能，且人口密度高，流動量大，所以在學校建筑設計上多以砌體結構為主，多采用大跨度開間、大門窗，外挑式走廊，抗震性能差，甚至沒有抗震措施。 </p><p>　　2008年5月12日我國四川汶川發(fā)生了特大地震，在受災嚴重縣市的5 979所中小學中，倒塌的校舍建筑約占29%， 2010年青海玉樹地震，災區(qū)校舍倒塌36 572 m2，。占校舍總面積的26%，專家分析，我國歷次大地震死亡人員總數(shù)的

3、95%是由于建筑物倒塌所致。 </p><p>　　我國是個多震國家，中小學人群自救能力差，對學校建筑抗震能力的提高成為急需研究的課題。對于現(xiàn)有學校建筑安全性和抗震能力劃分等級，對于將要建設的學校建筑嚴格按照最新的抗震標準建設。 </p><p>　　一、汶川地震中三種常見建筑框架結構分析： </p><p>　　1、砌體結構。汶川地震中砌體結構的建筑遭受了非常嚴重

4、的損壞。主要表現(xiàn)為：塌陷、墻面斷裂、樓板脫離并掉落、橫豎墻連接處、樓梯間及配件被破壞。在用非韌性材質(zhì)組成的砌體結構中，安裝約束構造柱和圈梁柱和圈梁，可提升砌體的延伸性。例如：位于白鹿鎮(zhèn)中心小學的一幢砌體結構教學樓。在做了七級抗震設防后，在八級在地震作用下墻體雖然有裂縫，構造雖然嚴重損壞，但實現(xiàn)了“大震不倒”的抗震目標的。 </p><p>　　2、鋼筋混凝土框架結構。在汶川地震倒塌的房屋中也有一部分采用了框架結構

5、的建筑，但多為單跨框架，外接挑式走廊，并無支撐柱。這種構造的走廊由于沒有抗震防震設置，成為抗震的薄弱環(huán)節(jié)，在地震中會導致救生通道被破壞，無法實現(xiàn)自救，從而導致重大傷亡。 </p><p>　　3、底框磚混結構。中國經(jīng)常用于多層建筑結構。這樣的房屋是由底架和上部磚房2種不同負荷和抗側力體系所構成。因房屋底層縱橫承重墻少、跨度大，上部縱橫墻多，跨度相對小，這種結構的房屋底層豎向支撐力度不夠。上下層墻體受力性相差太大，

6、豎向剛度分布不均。在地震震動下，往往因房屋下層結構剛度小，在房屋底部容易產(chǎn)生集中變形，降低了結構的抗震性能，導致結構的破壞。因此，在底框磚混結構設計中，應避免由于垂直結構剛度突變而降低結構的抗震性能。 </p><p>　　二、待建學校建筑，要加強各環(huán)節(jié)抗震研究設計工作和監(jiān)管力度。 </p><p>　　1、正確進行建筑物的選址。避開地震多發(fā)帶建造建筑物，把學校建筑設計在相對安全的區(qū)域，是

7、避開地震災害和保障生命及建筑安全的關鍵。 </p><p>　　2、加強各個設計環(huán)節(jié) </p><p>　　校園整體規(guī)劃設計中首先要確定教學樓與操場的空間關系，能將師生安全疏散到安全地帶作為首要因素，當大震來臨時，學生可用較短的時間迅速地撤離到大操場。 </p><p>　　目前我國學校建筑結構的防震設計方法和抗大震性能設計方法較匱乏、缺乏經(jīng)驗。使中小學建筑的防震減

8、災性能缺乏保障性依據(jù)。因此，需要研究人員根椐中小學教學樓現(xiàn)有的設計特點和其抗震、防震經(jīng)驗教訓，制定適合我們中小學校的設計、規(guī)劃方案，大膽創(chuàng)新設計理念、創(chuàng)造出合理的防震減災建筑措施，使其具有高抗震性能，提高教育工程的質(zhì)量，避免災難重演。例如教室的平面觀念的變化。在不降低教室使用功能的前提下，縮短教室開間寬度、增大進深?？稍O計成正方形的房間或水平矩形教室；中國現(xiàn)有學校建筑法規(guī)為5層以下，小學建筑層數(shù)不能超過3層，中學建筑層數(shù)不超過4層，并且

9、對提高結構抗震能力有明顯提高和改善。 </p><p>　　在汶川地震中由于缺少必要的、有效的支撐和連接，損壞最嚴重就是外挑式走廊結構，在今后的中小學建筑的設計中應避免這種結構設計。 </p><p>　　樓道是救災關鍵設備之一，樓梯間應具有良好的采光；樓梯間的一旦破壞，就直接切斷了人員的逃生通道。最好設計樓梯的中間位置；內(nèi)廊式建筑在滿足建筑功能和規(guī)范要求的前提下應盡量增加樓梯間的數(shù)目，如

10、從2部樓梯增加到3部，用以提高疏散速度，縮短逃離時間。 </p><p>　　在這次地震中，框架結構的抗震性能表現(xiàn)較好，若能保證施工質(zhì)量，框架結構可以實現(xiàn)預期的中震和大震抗震性能目標。但框架結構的內(nèi)外裝飾飾面、圍護結構、填充墻的破壞嚴重，仍然造成了較大的生命和財產(chǎn)損失，在今后的抗震設計中，應重點加強圍護配件、填充墻與主體框架的構造研究。設計人員可以參考“最牛校長“葉志平的實例。 </p><p

11、>　　三、抗震加固的施工技術方法 </p><p>　　關于抗震加固的施工技術有許多，抗震加固施工的基本要求，抗震加固首先要遵循我國現(xiàn)有行業(yè)標準及各項施工規(guī)范，符合加固設計要求。一是在施工過程中，要確保建筑構件及原建筑結構間表面的完整清潔無損，并能固定結合一起運轉。二是若發(fā)展施工過程中出現(xiàn)與加固設計不一致的情況要停止施工，與設計單位會商更正。三是對建筑進行加固時，要確保施工安全，不要出現(xiàn)裂縫、歪斜、坍塌等現(xiàn)

12、象，尤其是在拆改結構和替換構件的時候。本文以單層和多層磚混結構建筑為對象展開論述。 </p><p><b>　　1.加設圈梁法 </b></p><p>　　主要有鋼筋混凝土圈梁及型鋼圈梁2 種。 </p><p>　　2.鋼筋混凝土柱法 </p><p>　　這是提高房屋建設整體搞倒塌水平的最有效方法之一?；炷恋牡?/p>

13、級強度不能小于C20、尺寸一般控制在240×180mm2至300X150mm2，在縱方向上采用4Ф12 或者4Ф14 的鋼筋，箍筋Ф6，間距控制在150-200mm；如果是扁柱的話，柱的寬度要小于700mm、厚度控制在l00mm 左右，在房角處宜用600mm 等邊角柱，它的厚度要大于110mm，縱方向上的鋼筋要采用12Ф12，并排放置，箍筋是Ф6，間距控制在200mm；在樓蓋標高以上500mm、以下500mm 處，間距控制在l

14、OOmm 以內(nèi)。外加柱要和墻體緊緊相連，要在墻體上每隔500mm 就裝上脹管螺栓和錨筋等，同時在外加柱地坪高和墻體的大放角的地方設置銷健和錨筋，和墻體相連。外加柱和墻體相連的鋼筋和錨鍵要按照以下要求來設置：一是拉結鋼筋Ф12 長要大于1．5m，在墻體的外面布置，拉結筋連接外加柱與橫墻，錨固長要大于拉結筋直徑15 倍，并且外加柱和橫墻上的孔洞要用混凝土灌實。二是錨鍵截面是240mm×180mm，進入墻體的深度180mm，錨鍵要用

15、4Ф12 與Ф6 箍筋，而且要和外加柱澆灌。三是壓漿錨桿在柱橫墻內(nèi)錨固長度要大于3</p><p><b>　　3.鋼拉桿法 </b></p><p>　　砌體建筑在地震后墻體外倒、屋架、梁端外撥時，通常采用拉桿對墻體進行加固。一般情況下會采用鋼筋拉桿與小尺寸鋼筋混凝土拉梁。鋼拉桿直徑一般大于Ф14，對于橫墻內(nèi)的鋼拉桿應該位于兩個外縱墻之間或圈梁內(nèi)。單面內(nèi)走廊拉桿在走

16、廊兩側的墻上錨固，縱橫墻端部設置鋼拉桿的長要大于兩開間。同時，鋼拉桿的質(zhì)量等級為I 級鋼筋?；ɑ@螺絲用成品，不能用非建筑結構用品。 </p><p>　　4.梁、柱的外包加固法 </p><p>　　外包加固法是我國建筑領域內(nèi)一般采用比較多的加固方法。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>

17、　　[1] 霍林生,李宏男,肖詩云,王東升.汶川地震鋼筋混凝土框架結構震害調(diào)查與啟示[J]. 大連理工大學學報. 2009(05) </p><p>　　[2] "5.12"汶川地震房屋震害研究專家組.“5·12”汶川地震房屋建筑震害分析與對策研究報告[J]. 四川建筑. 2009(S1) </p><p>　　[3] 溫增平,徐超,陸鳴,杜修力,李鴻晶,熊立