張智真　盧宜飛

（洛陽(yáng)古建園林設(shè)計(jì)院有限公司　河南　洛陽(yáng)　471000）

多層教學(xué)樓的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張智真盧宜飛

（洛陽(yáng)古建園林設(shè)計(jì)院有限公司河南洛陽(yáng)471000）

教育是一個(gè)國(guó)家的基石，是社會(huì)進(jìn)步的源泉。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，教育進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)傳統(tǒng)教學(xué)樓已暴露出了很多弊端，當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)正向著整體化趨勢(shì)發(fā)展，一種可容納多個(gè)專業(yè)，并使其得以交流和緊密聯(lián)系的整體式綜合教學(xué)樓的設(shè)計(jì)概念應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)這一建筑類型的設(shè)計(jì)加以研究是十分有必要的。本文以某學(xué)校的綜合教學(xué)樓為例子，簡(jiǎn)單講述了多層教學(xué)樓的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

框架結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1　教學(xué)樓的設(shè)計(jì)理念

目前，中國(guó)教育進(jìn)入了一個(gè)前所未有的迅猛發(fā)展期。與之相對(duì)應(yīng)的是校園的規(guī)模越來(lái)越大，建設(shè)的速度越來(lái)越快，全國(guó)上下掀起一股建設(shè)新校園的熱潮。新校園的設(shè)計(jì)正處在一個(gè)摸索階段。由于大規(guī)模的新校區(qū)的建設(shè)占用了大量的土地資源，人們對(duì)集聚化校園、生態(tài)校園的呼聲漸高，以節(jié)約有限的土地資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)資源共享。具體而言，教學(xué)樓的設(shè)計(jì)理念有以下幾點(diǎn)：

（1）布局要有關(guān)聯(lián)性?，F(xiàn)在的教學(xué)樓已經(jīng)不在是獨(dú)立的布局，教學(xué)樓的模式變得更加集中，更加具有整體性?？梢栽鲞M(jìn)師生之間的交流，并且實(shí)現(xiàn)了資源共亨，資源浪費(fèi)情況也會(huì)降低。

（2）功能要有多樣性。現(xiàn)在的教學(xué)樓功能更加豐富多彩，不僅僅可以教學(xué)，自習(xí)，還有了很多的服務(wù)功能。

（3）要有交往空間的設(shè)計(jì)。交往對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)可以培養(yǎng)其良好的心理結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)。

2　工程概況

本工程為某學(xué)校綜合教學(xué)樓，由主樓及附屬裙房組成。根據(jù)建筑物使用功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為A、B、C、D、E五個(gè)分區(qū)。

主樓（A區(qū)）地下一層，層高4.2m，地上十二層，二～五層為教室，一層、六～九層為實(shí)訓(xùn)室，十、十一層為辦公室。層高11×4.2m，3.2m（機(jī)房層）。主樓建筑高度46.5m。平面尺寸126.40m×19.70m。

B區(qū)（裙房）地下一層，層高為4.20m，地下室地面標(biāo)高為-2.100m；地上五層，各層均為教室，層高均為3.90m。B區(qū)室內(nèi)外高差0.40～1.20m。建筑高度19.90m，平面尺寸53.10m×10.40m。

C區(qū)（裙房）地上四層，一層為教室、門(mén)廳及報(bào)告廳，其中教室及門(mén)廳地面標(biāo)高為6.0m，報(bào)告廳地面標(biāo)高為4.20～6.00m；二層為報(bào)告廳上空及教室、門(mén)廳，教室及門(mén)廳樓面標(biāo)高為9.90m；三層為報(bào)告廳屋面及教室，教室樓面標(biāo)高為13.80m，報(bào)告廳屋面為屋頂花園，屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高12.00m；四層為教室，樓面標(biāo)高為17.70m；屋頂標(biāo)高為21.60m。C區(qū)室內(nèi)外高差0.30m。平面尺寸59.00m× 33.63m。

D區(qū)（裙房）地上三層，一層地面標(biāo)高為4.20m，一～三層層高分別為4.50m、5.10m、5.10m，各層均為階梯教室。D區(qū)室內(nèi)外高差0.30m。建筑高度15.00m，平面尺寸53.16m×27.50m。

E區(qū)（裙房）地下一層，層高為4.20m，地下室地面標(biāo)高為-4.20m，地上四層，層高分別為4.20m、4.50m、5.10m、5.10m，各層均為教室。E區(qū)東側(cè)、西側(cè)、北側(cè)室內(nèi)外高差0.30m，南側(cè)室內(nèi)外高差3.30m。建筑高度19.20m，平面尺寸67.20m×33.90m。

本工程主樓（A區(qū)）上部結(jié)構(gòu)為框架剪力墻的結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)。裙房（B、C、D、E區(qū)）上部結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)為獨(dú)立柱基?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在現(xiàn)階段的土木工程中應(yīng)用十分廣泛，其良好的受力性能和方便的施工程序讓它成為建筑設(shè)計(jì)中首選的結(jié)構(gòu)形式。

3　地基與基礎(chǔ)

3.1地基情況

根據(jù)巖土工程勘查報(bào)告，該工程土層分布自上而下分別為粉質(zhì)粘土、黃土、碎石混粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、碎石混粉質(zhì)粘土、中風(fēng)化灰?guī)r。

3.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地的土層分布極其物理力學(xué)性能，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，本工程主樓（A區(qū)）基礎(chǔ)選用人工挖孔灌注樁，以第6層較完整中風(fēng)化灰?guī)r作為樁端持力層，持力層極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk= 8000kPa。樁頂標(biāo)高為-5.200（對(duì)應(yīng)絕對(duì)標(biāo)高145.10m）。

裙樓基礎(chǔ)選用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下條型基礎(chǔ)。地下室基礎(chǔ)以第4層粉質(zhì)粘土為持力層，承載力特征值f=150kPa，其它基礎(chǔ)以第3層黃土為持力層，承載力特征值f=120kPa?；A(chǔ)應(yīng)全部落至老土上，第1、2層土應(yīng)全部清除。第3層黃土為非自重濕陷性黃土，故基底以下設(shè)滿堂3：7灰土墊層1m厚。局部超挖部分以3：7灰土墊層按寬高比2：1錯(cuò)臺(tái)回填?；彝翂|層頂面出基礎(chǔ)邊的距離不小于2.0m?；彝翂|層應(yīng)分層夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95。

3.3臺(tái)階式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

C區(qū)一樓為階梯座位式報(bào)告廳，地面高差相差最大處達(dá)到近2m，同時(shí)場(chǎng)地為坡地。現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)并結(jié)合建筑地面要求，采用臺(tái)階性獨(dú)立基礎(chǔ)形式?？紤]基礎(chǔ)距離較近，采用毛石回填多階放坡以滿足規(guī)范要求。

4　上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1A區(qū)立面Y形柱子處理

因建筑立面需要，要求在二、三層立面范圍沒(méi)外墻軸線內(nèi)退1100mm，且在三層樓面不能有梁在立面之外出現(xiàn)?？紤]到若采用梁上起柱的方法實(shí)現(xiàn)建筑要求，將在梁端部附近產(chǎn)生較大剪力，不利于結(jié)構(gòu)安全。結(jié)合結(jié)構(gòu)底部樓層柱子截面較大的特點(diǎn)，采用Y形柱的方案。在二至三層范圍內(nèi)，該立面柱子一分為二，外側(cè)為長(zhǎng)度為兩層高的框柱，內(nèi)側(cè)為三層樓面架設(shè)在其上的小框柱。

采用Y形柱方案，一方面完全實(shí)現(xiàn)了建筑里面的造型要求，同時(shí)充分考慮了結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性，體現(xiàn)了建筑適用、堅(jiān)固與美觀的完美融合。

4.2C區(qū)大跨度屋頂花園結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑功能安排，C區(qū)為一依山而建的階梯座位式報(bào)告廳，扇形平面，兩個(gè)方向的最大跨度分別達(dá)到22m及20m，報(bào)告廳屋面為屋頂花園，其上有600mm厚的覆土。

根據(jù)建筑條件并結(jié)合業(yè)主要求，考慮采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙向密肋梁結(jié)構(gòu)，梁截面截面為350mm×1200mm，間距為2100mm左右。同時(shí)結(jié)合建筑平面，充分利用東西向各自外伸一跨的條件，將大跨度梁各自向外延伸至外側(cè)立面處，從而使單跨簡(jiǎn)支梁變成多跨連續(xù)梁，減小中間框架柱的柱頂彎矩，加強(qiáng)整個(gè)屋頂結(jié)構(gòu)的整體性。外伸段梁截面為350mm×700mm。

4.3D、E區(qū)階梯教室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑功能安排，D區(qū)及E區(qū)的北側(cè)為階梯教室，寬度達(dá)到15m。結(jié)構(gòu)階梯教室的建筑特點(diǎn)，考慮采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向密肋梁結(jié)構(gòu)，梁截面截面為250mm×800mm，間距為1500mm左右。

4.4A區(qū)頂層立面內(nèi)退設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑立面要求，A區(qū)頂上兩層南北兩側(cè)立面均內(nèi)退1600mm。結(jié)構(gòu)上考慮梁上起柱做法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)按照轉(zhuǎn)換梁構(gòu)造要求對(duì)起柱梁進(jìn)行加強(qiáng)。同時(shí)落地框架柱截面不變，一直通到屋頂，盡量保證豎向構(gòu)件的側(cè)向剛度及抗剪承載力。

4.5模型計(jì)算

本工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中采用多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。按照抗震縫分隔成的7個(gè)獨(dú)立單元各自進(jìn)行地震作用計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

另對(duì)于部分不規(guī)則單元，采用結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE和PMSAP兩種計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，按單向地震并考慮偶然偏心和雙向地震不考慮偶然偏心分別計(jì)算分析，按不利的結(jié)果進(jìn)行扭轉(zhuǎn)位移比的控制和構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

在本工程的結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析中，始終貫穿結(jié)合建筑特點(diǎn)，重視概念設(shè)計(jì)，對(duì)薄弱部位采取合理加強(qiáng)措施，是本工程的計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。

5　主要技術(shù)構(gòu)造措施

（1）充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，重視坡地的地基處理，合理選用基礎(chǔ)型式。

（2）在計(jì)算結(jié)構(gòu)位移、位移比時(shí)，強(qiáng)制采用剛性樓板假定，目的是避免由于局部振動(dòng)而影響結(jié)構(gòu)位移比的正確計(jì)算。在計(jì)算結(jié)構(gòu)受力配筋時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)樓層布置實(shí)際情況，合理采用彈性膜假定。

（3）加強(qiáng)錯(cuò)層柱及躍層柱、洞口四周框架梁、Y形柱子、轉(zhuǎn)換梁柱等各關(guān)鍵構(gòu)件的截面及鋼筋配置。

（4）對(duì)于高度較高樓層，在填充墻內(nèi)加強(qiáng)構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置。

該工程建筑平面布置復(fù)雜，立面多變。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要更好的結(jié)合建筑功能要求和造價(jià)控制，重視概念設(shè)計(jì)，重視關(guān)鍵部位的關(guān)鍵構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

6　結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)樓的設(shè)計(jì)要重視布局的關(guān)聯(lián)性，也要從學(xué)生的心理與行為出發(fā)，設(shè)計(jì)出來(lái)的教學(xué)樓更加具有整體性，同時(shí)可以減少資源的浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)上要改變傳統(tǒng)的教學(xué)樓模式，建立新型的科學(xué)合理的教學(xué)樓模式。

[1]李雪麗，陳建強(qiáng)，蘇云燕.土木建筑工程框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].湖北建筑，2014，12（11）：101～103.

[2]孫曉莉.土木工程框架結(jié)構(gòu)與框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].土木工程，2013，9（12）：74～75.

[3]王偉軒.多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在教學(xué)樓的應(yīng)用[J].建筑工程，2014，11（10）：63～65.

TU318+.2

A

1673-0038（2015）39-0019-02

2015-9-7