中小學(xué)建筑抗震性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　中小學(xué)建筑抗震性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究</p><p>　　摘要：本文針對(duì)“5.12”汶川地震中小學(xué)學(xué)校建筑倒塌嚴(yán)重的現(xiàn)象,對(duì)中小學(xué)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能分析和一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：中小學(xué)建筑 抗震性能 分析 優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU973+.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p&

2、gt;　　由于學(xué)校的特殊功能，且人口密度高，流動(dòng)量大，所以在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)上多以砌體結(jié)構(gòu)為主，多采用大跨度開(kāi)間、大門(mén)窗，外挑式走廊，抗震性能差，甚至沒(méi)有抗震措施。 </p><p>　　2008年5月12日我國(guó)四川汶川發(fā)生了特大地震，在受災(zāi)嚴(yán)重縣市的5 979所中小學(xué)中，倒塌的校舍建筑約占29%， 2010年青海玉樹(shù)地震，災(zāi)區(qū)校舍倒塌36 572 m2，。占校舍總面積的26%，專(zhuān)家分析，我國(guó)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(guó)是個(gè)多震國(guó)家，中小學(xué)人群自救能力差，對(duì)學(xué)校建筑抗震能力的提高成為急需研究的課題。對(duì)于現(xiàn)有學(xué)校建筑安全性和抗震能力劃分等級(jí)，對(duì)于將要建設(shè)的學(xué)校建筑嚴(yán)格按照最新的抗震標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。 </p><p>　　一、汶川地震中三種常見(jiàn)建筑框架結(jié)構(gòu)分析： </p><p>　　1、砌體結(jié)構(gòu)。汶川地震中砌體結(jié)構(gòu)的建筑遭受了非常嚴(yán)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(jié)構(gòu)中，安裝約束構(gòu)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(xué)的一幢砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)樓。在做了七級(jí)抗震設(shè)防后，在八級(jí)在地震作用下墻體雖然有裂縫，構(gòu)造雖然嚴(yán)重?fù)p壞，但實(shí)現(xiàn)了“大震不倒”的抗震目標(biāo)的。 </p><p>　　2、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。在汶川地震倒塌的房屋中也有一部分采用了框架結(jié)構(gòu)

5、的建筑，但多為單跨框架，外接挑式走廊，并無(wú)支撐柱。這種構(gòu)造的走廊由于沒(méi)有抗震防震設(shè)置，成為抗震的薄弱環(huán)節(jié)，在地震中會(huì)導(dǎo)致救生通道被破壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自救，從而導(dǎo)致重大傷亡。 </p><p>　　3、底框磚混結(jié)構(gòu)。中國(guó)經(jīng)常用于多層建筑結(jié)構(gòu)。這樣的房屋是由底架和上部磚房2種不同負(fù)荷和抗側(cè)力體系所構(gòu)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(duì)小，這種結(jié)構(gòu)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(dòng)下，往往因房屋下層結(jié)構(gòu)剛度小，在房屋底部容易產(chǎn)生集中變形，降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。因此，在底框磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免由于垂直結(jié)構(gòu)剛度突變而降低結(jié)構(gòu)的抗震性能。 </p><p>　　二、待建學(xué)校建筑，要加強(qiáng)各環(huán)節(jié)抗震研究設(shè)計(jì)工作和監(jiān)管力度。 </p><p>　　1、正確進(jìn)行建筑物的選址。避開(kāi)地震多發(fā)帶建造建筑物，把學(xué)校建筑設(shè)計(jì)在相對(duì)安全的區(qū)域，是

7、避開(kāi)地震災(zāi)害和保障生命及建筑安全的關(guān)鍵。 </p><p>　　2、加強(qiáng)各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié) </p><p>　　校園整體規(guī)劃設(shè)計(jì)中首先要確定教學(xué)樓與操場(chǎng)的空間關(guān)系，能將師生安全疏散到安全地帶作為首要因素，當(dāng)大震來(lái)臨時(shí)，學(xué)生可用較短的時(shí)間迅速地撤離到大操場(chǎng)。 </p><p>　　目前我國(guó)學(xué)校建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計(jì)方法和抗大震性能設(shè)計(jì)方法較匱乏、缺乏經(jīng)驗(yàn)。使中小學(xué)建筑的防震減

8、災(zāi)性能缺乏保障性依據(jù)。因此，需要研究人員根椐中小學(xué)教學(xué)樓現(xiàn)有的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和其抗震、防震經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定適合我們中小學(xué)校的設(shè)計(jì)、規(guī)劃方案，大膽創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、創(chuàng)造出合理的防震減災(zāi)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(zāi)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(kāi)間寬度、增大進(jìn)深。可設(shè)計(jì)成正方形的房間或水平矩形教室；中國(guó)現(xiàn)有學(xué)校建筑法規(guī)為5層以下，小學(xué)建筑層數(shù)不能超過(guò)3層，中學(xué)建筑層數(shù)不超過(guò)4層，并且

9、對(duì)提高結(jié)構(gòu)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(yán)重就是外挑式走廊結(jié)構(gòu)，在今后的中小學(xué)建筑的設(shè)計(jì)中應(yīng)避免這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　樓道是救災(zāi)關(guān)鍵設(shè)備之一，樓梯間應(yīng)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(shè)計(jì)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(yīng)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(shí)間。 </p><p>　　在這次地震中，框架結(jié)構(gòu)的抗震性能表現(xiàn)較好，若能保證施工質(zhì)量，框架結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的中震和大震抗震性能目標(biāo)。但框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)外裝飾飾面、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、填充墻的破壞嚴(yán)重，仍然造成了較大的生命和財(cái)產(chǎn)損失，在今后的抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)圍護(hù)配件、填充墻與主體框架的構(gòu)造研究。設(shè)計(jì)人員可以參考“最牛校長(zhǎng)“葉志平的實(shí)例。 </p><p

11、>　　三、抗震加固的施工技術(shù)方法 </p><p>　　關(guān)于抗震加固的施工技術(shù)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(guó)現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及各項(xiàng)施工規(guī)范，符合加固設(shè)計(jì)要求。一是在施工過(guò)程中，要確保建筑構(gòu)件及原建筑結(jié)構(gòu)間表面的完整清潔無(wú)損，并能固定結(jié)合一起運(yùn)轉(zhuǎn)。二是若發(fā)展施工過(guò)程中出現(xiàn)與加固設(shè)計(jì)不一致的情況要停止施工，與設(shè)計(jì)單位會(huì)商更正。三是對(duì)建筑進(jìn)行加固時(shí)，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(jié)構(gòu)和替換構(gòu)件的時(shí)候。本文以單層和多層磚混結(jié)構(gòu)建筑為對(duì)象展開(kāi)論述。 </p><p><b>　　1.加設(shè)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(shè)整體搞倒塌水平的最有效方法之一。混凝土的等

13、級(jí)強(qiáng)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(biāo)高以上500mm、以下500mm 處，間距控制在l

14、OOmm 以?xún)?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(shí)在外加柱地坪高和墻體的大放角的地方設(shè)置銷(xiāo)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(lái)設(shè)置：一是拉結(jié)鋼筋Ф12 長(zhǎng)要大于1．5m，在墻體的外面布置，拉結(jié)筋連接外加柱與橫墻，錨固長(zhǎng)要大于拉結(jié)筋直徑15 倍，并且外加柱和橫墻上的孔洞要用混凝土灌實(shí)。二是錨鍵截面是240mm×180mm，進(jìn)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(zhǎng)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(shí)，通常采用拉桿對(duì)墻體進(jìn)行加固。一般情況下會(huì)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(duì)于橫墻內(nèi)的鋼拉桿應(yīng)該位于兩個(gè)外縱墻之間或圈梁內(nèi)。單面內(nèi)走廊拉桿在走

16、廊兩側(cè)的墻上錨固，縱橫墻端部設(shè)置鋼拉桿的長(zhǎng)要大于兩開(kāi)間。同時(shí)，鋼拉桿的質(zhì)量等級(jí)為I 級(jí)鋼筋?；ɑ@螺絲用成品，不能用非建筑結(jié)構(gòu)用品。 </p><p>　　4.梁、柱的外包加固法 </p><p>　　外包加固法是我國(guó)建筑領(lǐng)域內(nèi)一般采用比較多的加固方法。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>

17、　　[1] 霍林生,李宏男,肖詩(shī)云,王東升.汶川地震鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)震害調(diào)查與啟示[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(05) </p><p>　　[2] "5.12"汶川地震房屋震害研究專(zhuān)家組.“5·12”汶川地震房屋建筑震害分析與對(duì)策研究報(bào)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