王秀花
（上海瀚联建筑设计咨询有限公司，上海，200011）
【摘要】针对上海地区中小学类建筑的结构设计，从抗震概念设计、配筋要点、预应力梁设计、坡屋顶及基础设计五个方面，详细介绍了结构施工图设计及审图过程中的要点难点，为以后此类型建筑的设计、审图提供借鉴。
【关键词】上海地区中小学类建筑；概念设计；审图；设计要点
引言
2008年汶川大地震，中小学生在地震中的伤亡让世人触目惊心，让建设部看到了问题的严重性，从而对中小学类建筑提出了更高的要求，使结构设计也变得更加严格。中小学生在遇到大地震这种灾难性的地质灾害时应变能力远比不上成年人，地震来临通常不能快速做出正确的逃生判断，那么，在这种情况下安全系数高的校舍就变得尤为重要。近年上海周边居民扩张，中小学配套不够，政府正在这些地区新建一批中小学工程。本文就此类建筑的结构施工图设计中的要点难点及审图过程遇到的问题进行了总结，供结构设计人员参考借鉴。上海地区代表了全国结构设计的较高水平，施工图审查也特别严格，因此对此类建筑进行归类总结有现实意义。
1抗震概念设计
1.1一般构造措施
上海地区中小学类项目，根据《建筑抗震设防分类标准》均为重点设防类，结构的安全等级定为一级，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其措施，所有结构构件抗震等级均需提高一级，楼梯间及大于18m跨度处框架还需再提高一级（除了楼梯间范围内的框架梁柱，另包括梯梁梯柱）。所有梁柱配筋须按抗规相应条文执行。上海大部分地区属于抗震设防烈度7度区，设计基本地震加速度值0.10g，场地类别为Ⅳ类，特征周期为0.9s。一般的中小学建筑多为四层，不超过6层，结构的周期一般在1.0s以内，地震剪力大，地震作用明显。结构上部须具备必要的抗震承载力；良好的变形能力和消耗地震能量的能力。
由于是抗震重点设防类建筑，根据抗规要求，抗震概念设计上须避免单跨框架结构，如建筑功能要求必须采用单跨结构，则可加设剪力墙使结构形式变为框剪结构。门卫水泵房垃圾房等附属建筑，如建筑上无法避免单跨，可采用加大板厚、加强梁柱配筋等构造措施，这些问题审图过程中都会有特别指出。
1.2错层及层间侧移刚度比的控制
根据建设方要求，中小学类项目一般不考虑框架柱收截面。对于标准教学楼来说，结构底层高度由于要考虑1.2m左右的基础埋深，上海采用的是剪切刚度法（全国地区采用地震剪力与层间位移的比值法），可能会难以控制底层的层间侧移刚度比值，可以考虑增大部分框架梁截面柱截面的方式，来控制层间侧移刚度比，改善扭转周期比。
多功能厅及风雨操场等大跨度空间，建筑专业往往会要求较高的层高，这样就会与周围的楼板形成超过600mm的错层。从概念上说这就不能在模型中把错层两端的梁板建在同一层中，这时一般可采取在低端梁顶面加腋的节点处理方式，保证框架梁水平方向内力能连续传递。
如高低端高差过大（超过2m），再采取加腋处理方式就不合适（占用水平空间过大、自重过大）。此时应建议（或强烈要求）建筑专业拔高大空间层高，在模型中按实际情况建成两层模型。如出现层间侧移刚度比不满足规范要求的薄弱层，则按规范要求将本层构件配筋放大1.25～1.3倍（PKPM自动放大）。对于下层模型来说，往往还会伴随着大开洞的结构平面超限问题，可采用概念设计，如全层板厚加厚、配筋放大并定义弹性膜的方式解决。
1.3框剪结构剪力墙布置原则
尽量不影响建筑空间使用；优先考虑单跨附近；避免短肢墙（墙长≥8倍墙宽），两方向均匀布置；底层框架部分承担的地震倾覆力矩，不应大于结构总地震倾覆力矩的50%；弹性层间位移角限值，除应满足国标1/800限值，还需满足上海抗规嵌固端上一层1/2000限值。
2配筋要点
2.1梁板配筋
板厚一般最小取120，配筋8@150双层双向拉通，不够处再附加，按规范控制实际配筋下的板挠度及梁挠度。由于中小学项目建筑面层的种类繁多，结构降梁降板也随之十分的多样化。在建计算模型时就应根据建筑做法，充分考虑各区域的降梁降板，并确定合理的梁高（例如普通教室降板70，建筑立面控制线600，梁高可建为530）。降板高差不大于30mm时，板上部钢筋可拉通。结构的周圈梁配筋时均需布置抗扭钢筋。建筑专业方案设计喜欢把砌体外墙设在框架梁柱范围外，外圈框架梁侧需加设梁耳来承整层的砌体墙重，由此产生的扭矩一般在建模时不会反映，需在配筋时手工干预。根据梁耳外挑长度，采用12、14或16的梁侧抗扭筋。如遇长短跨相连的情况，短跨跨度小于长跨1/3时，短跨上部钢筋需拉通配置。
2.2剪力墙配筋注意点
与剪力墙相连的框架柱，主筋配筋数值需加上墙配筋数值的一半，柱编号应为QZ而不是KZ（构造做法不一样）。控制墙轴压比，避免出现约束边缘构件。
3预应力梁设计
中小学项目中的大跨度混凝土梁，多为风雨操场、多功能厅等建筑空间中使用，跨度一般不超过28m。排布预应力筋时需注意控制预应力度不至过大或过小。PKPM预应力三维设计程序自动估算的预应力筋，是按预应力度接近1的程度来预估预应力筋根数，这样设计非预应力筋在使用阶段完全达不到材料强度甚至仅仅就是构造配筋，非常浪费且没有必要，施工阶段的反拱值也会很巨大。对于这种跨度不算太大的预应力梁，合理的设计思路应是以非预应力筋为主，提供强度，布少量预应力筋用以改善裂缝及挠度，预应力梁高控制在1/15左右，预应力度控制在0.4～0.5之间。
根据（GB50010-2010）第10.1.1条，应验算预应力梁施工阶段的强度变形。在提供审图计算书时，除使用阶段的裂缝挠度外，还需补充施工阶段预应力梁反拱值计算书。需要注意的是，与使用阶段梁挠度限值不同，规范并未给出施工阶段反拱值的限值，这里就需要设计人员自己感受并控制，合理的反拱值。
中小学项目的预应力梁基本都布置在结构顶层，除应注意单跨结构外，还需注意巨大的柱配筋。结构顶层柱没有上部混凝土柱提供固端支点，在施工阶段会与预应力大梁形成类似铰接的转动节点，在上海的地震水平力下，柱截面及配筋都会十分巨大。在方案阶段进入施工图之前，就应提醒建筑专业不要布小柱子，并尽快试算预应力梁柱，给建筑专业提供准确的梁柱截面。
4坡屋顶设计计算
根据松江区教育局规定，所有松江区新建中小学项目的坡屋顶下，必须由结构设置一层平屋顶。如果在PKPM建模时把两层屋顶按实际情况分别建立时，由于坡屋顶与平屋顶间层高往往较小，很容易产生顶层层间侧移刚度比不满足规范要求的情况。为了避免此种情况，需建两个模型来分别控制参数和计算顶层配筋。控制参数的模型仅建一层屋顶，顶层层高取坡屋顶的一半左右高度，面荷载按两层屋顶叠加输入。此模型用于各指标输出，屋顶以外各层绘图配筋，基础计算等等。计算顶层配筋的模型按实际情况建两层，仅用于屋顶层的梁板配筋。如审图部门对此种结构模拟形式有异议，可解释为：两层屋顶的周边框架梁重合，实际是同一根梁，可理解为两层屋顶在水平力作用下实为同一层结构刚体，协同变形。此外，斜屋顶与平屋顶的高差应尽量拉开。两层屋顶相距较近时，平面上同一位置的主梁纵筋会严重交叉，很难浇筑混凝土。故需尽早与建筑方案沟通，拉大两层屋顶之间的间距。
5基础设计
上海项目基础混凝土强度等级不宜小于C35，基础垫层厚150。除单层门卫等附属小
建筑采用浅基础外，各结构单体一般按岩土工程勘察报告建议采用桩基础。从造价、施工、便利性等方面考虑，尽量选取400直径的预应力管桩。考虑上海的桩端持力土层多为比贯入阻力较大的粉土或粉质粘土，桩端进入持力层长度不宜过长，1m～1.5m即可。如桩顶范围内有回填时间不长的杂填土层或淤泥、暗浜，则需根据桩基规范考虑适量桩侧负摩阻力；桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土或非软弱土层时可将液化土层极限侧阻力乘以液化影响折减系数计算单桩极限承载力标准值。试桩桩数原则上为总桩数的1%，每个结构单体不少于两根，如同一单体内有不同桩长，则需分开计算试桩桩数。
JCCAD计算桩数时，所选用的荷载包括SATWE地震荷载在内的所有组合。由于上海项目桩基承台间均需拉设基础梁，可由基础梁来平衡各柱底水平力。从2013年起上海中小学项目审图均须提供桩水平承载力验算。如按水平承载力控制桩数，一般会比按竖向承载力控制多很多根桩，故现有做法均是按基础拉梁平衡后的结构整体来控制水平承载力不超标，根据《建筑桩基技术规范》5.7节计算桩的水平承载力特征值，使基础布置拉梁平衡后的结构整体平均单桩水平承载力值不大于水平承载力特征值。如审图中心需要设计方提供JCCAD计算的桩水平承载力验算，可在JCCAD输入上部荷载时勾选地震荷载，生成桩水平承载力计算书。
6结论
本文详细阐述了上海地区中小学类建筑的结构设计包括抗震概念设计、配筋要点、预应力梁设计、坡屋顶设计及基础设计五方面，为结构设计人员在从事此类建筑的设计时提供较详细的参考，提高工作效率，使设计可以顺利的完成。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版
[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）北京：中国建筑工业出版