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摘要：根据现有安徽省中小学教学楼的抗震能力鉴定资料，对安徽省中小学教学楼抗震性能进行深入的总结，探讨了地震区中小学教学楼的合理结构形式，针对目前实际校舍的结构形式可能存在的问题，提出了中小学教学楼结构形式的合理建议。
关键词：中小学教学楼；抗震鉴定；抗震性能；合理；结构形式
中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章編号：1671-3362（2013）03-0214-03
引言
地震是一种灾害性自然现象，抗御地震是人类与自然的长期斗争。中国是世界上多地震国家之一，6度～9度地震区约占国土面积的70%。自1976年7月28日河北唐山地震至今，中国大陆发生5.0级以上成灾地震约60余次，其中2008年5月12日四川汶川地震所引发的严重伤亡，再次引起我们对特大地震灾害中建筑物抗震能力的关注。四川汶川地震造成7千多所中小学教学楼倒塌，众多学生遇难，未倒塌的教学楼也都受到了不同程度的破坏，震中60%以上的教学楼成了危房，需要拆除重建。汲取四川汶川大地震的惨痛教训，深刻认识到抓好抗震设防地区建设工程的抗震设计，是减轻未来地震灾害损失最积极、最有效和最根本的措施。安徽省作为地震灾害重点监测地区，安徽省人民政府组织对本行政区域内各级各类中小学现有校舍（不含在建项目）进行逐栋排查，按照抗震设防和有关防灾减灾要求，形成对每一座建筑的鉴定报告，建立校舍安全档案。本文从既有安徽省中小学教学楼的抗震鉴定报告统计分析出发，探讨了地震区中小学教学楼的合理结构形式，并提出了中小学教学楼抗震结构形式的合理建议。
1 安徽省中小学教学楼结构形式的现状分析
目前，安徽省中小学教学楼在抗震排查与鉴定中不得降低抗震设防标准，其主要内容为：首先，搜集房屋建筑的勘探报告、施工图纸、竣工图纸和工程验收、加固维修等方面的原始资料。资料不全时，应进行必要的实测。在有详细资料的基础上，还应对建筑的现状进行调查，掌握建筑的现状与原始资料的吻合程度。然后根据各类建筑建造年代和依据的设计规范、结构的特点、结构布置、构造和抗震承载力等因素，开展构造鉴定和抗震承载力验算，对结构的抗震能力进行综合评价。
结合安徽省中小学教学楼抗震鉴定与普查，对安庆市和合肥市部分中小学教学楼结构形式进行调查与统计（见表1），发现中小学教学楼主要以单跨钢筋混凝土框架结构体系为主约占70%，部分为砌体结构体系约占20%，内廊双跨混凝土框架结构体系约占10%。
1.1 砌体结构
砌体结构施工工艺简单，造价相对较低，在中小城市及村镇中小学教学楼多采用砌体结构体系。本次调查中发现，中小学教学楼多采用单侧悬挑走廊不封闭砖混结构体系。教室进深一般在6～7m之间，横墙间距一般在7～9.6m之间。外廊是在悬挑梁上搁置空心板。楼房层数多在2～3层。中小学教学楼教室为满足使用功能性，采用大开间、大门洞、大悬挑，甚至通窗效果等，从而削弱了砌体房屋的抗震性能。砌体结构是由脆性材料组砌而成，主要依靠墙体为承重构件，其刚度比较大，结构自振周期较小，当发生地震时，由于纵波传播速度较快，横波传播速度较慢，使地面上下颠动水平晃动，墙体受到反复剪力作用形成“X”形裂缝和贯通窗间墙的水平裂缝，部分结构没有混凝土垫块和圈梁，梁与砖柱在构造上无法保证刚
性连接，在地震作用下，结构的抗侧刚度全靠教室的横墙和纵墙提供，缺少多道设防措施，承重墙体失去承载力将导致房屋发生突然倒塌现象。国内外历次地震中均证明，无筋砌体房屋，6度时就开始有损坏，9度时有倒塌，10度及10度以上，90%的砌体房屋严重破坏和倒塌。其震害主要表现为：（1）墙体开裂、破坏 （2）墙角破坏（3）纵横墙连接破坏（4）楼梯间破坏（5）房屋倒塌（6）楼盖与屋盖破坏（7）附属构件的破坏。
1.2 钢筋混凝土
钢筋混凝土框架结构在历次地震中抗震性能表现良好，特别是按现行规范、规程设计和施工的钢筋混凝土框架结构破坏较轻，主体结构基本完好，只是局部损伤或填充墙破坏比较严重。其建筑平面布置灵活，可以提供较大的内部空间，在竖向可以通过框架梁的外挑或内收，或者设置构架等方法，形成较为丰富的立面，随着我国经济实力的加强和人民生活水平的不断提高，我国现阶段中小学教学楼常采用钢筋混凝土结构形式。本次调查中发现中小学教学楼教室为满足建筑功能需求多采用外挑单面走廊不设柱单跨框架结构体系，以合肥市八中1号教学楼为例，其教学楼外观（见图1）；建筑平面图（见图2）。该结构形式横向只有一跨，两根柱子支撑，冗余度小，整体刚度不大，房屋在地震作用下发生过大位移，填充墙开裂严重，缝间墙体砂浆易被震松、墙体易被压酥；另外，教室的大跨度空间，使得跨中正弯矩钢筋配置较多，由于人员疏散要求，外挑单面走廊悬挑长度较大，使得梁端负弯矩偏大，负弯矩钢筋配置较多，形成了框架梁端抗弯承载大于柱端抗弯承载，形成了柱铰机制而不是梁铰机，没有满足“强柱弱梁、强剪弱弯”抗震设计原则。同时震害表明该结构形式没有多道防线， 一根柱子被破坏， 结构就丧失了全部的承载力而倒塌。故在《建筑抗震鉴定标准》规定：现有钢筋混凝土房屋的结构体系应符合：宜为双向框架，不宜为单跨框架，乙类设防时，不应为单跨框架结构。
1.3 钢结构
钢结构跨度大可以使建筑空间比较灵活，同时其具有优越的强度、韧性，其抗震性能明显优于砖混、钢筋混凝土框架结构。目前，轻型房屋钢结构在国内外被广泛应用，它的结构特点体现在自重轻、地震作用小、基础简单同时建筑表现力强、美观且用钢量低，较传统钢结构有更广阔的发展空间。钢结构建筑节能环保，钢材能够回收利用。但其造价明显高于砖混以及钢筋混凝土框架结构，当地经济能否承受昂贵的钢材保养费也是一不容忽视的问题。另外，由于焊接、连接、冷加工等工艺技术以及腐蚀环境的影响，钢材材性的优点将受到影响。震害调查表明（见表2），钢结构较少出现整体倒塌破坏情况，主要震害表现为构件整体或者局部失稳、节点破坏、基础连接破坏、构件破坏等。
1.4 木结构
木结构是我国传统结构，木材是较好的弹性材料，木结构建筑的韧性大，在震动时有很好的吸震作用，但在农村、小镇的木结构往往节点连接处理不好，整体性差，木屋架容易被震散架。
2 提高中小学教学楼抗震能力的措施与对策
2.1 抗震概念设计
地震具有随机性，难以准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数。抗震设防的依据是一个地区的设防烈度，由于历史地震资料数量有限，以及地质背景的不清晰性，在一个地区发生超过设防烈度的地震是完全可能的。建筑场地随着震源机制、震级大小、震中距和传播路径中土层性质而改变，故地震有许多不确定因素。所以，不能单纯依赖数值计算追求结构的抗震能力而必须合理运用概念设计提高建筑的抗震性能。
2.1.1 合理选址
地震灾害表明，我们应根据工程地质和地震地质有关资料选择地势开阔平坦，土层坚硬厚实，地质均匀的抗震有利地段，避开地质灾害易发地段，如：滑坡体、悬崖边及崖底、风口、泥石流和洪水沟口等。当无法避开时应采取有效措施。
2.1.2 优化建筑设计方案
建筑设计应选择平面形状规则、对称，竖向质量、刚度连续均匀的结构形式，避免楼板错层。简单、对称结构的计算假定与实际工程情况符合程度较好，计算结果可较好估计建筑在地震时的反应，采取相应的抗震构造措施和细部处理。中小学生为逃生能力较弱的人群，建筑层数不宜超过四层。平面形状以正方形、矩形、圆形为好，为满足建筑用地、建筑艺术、城市规划和使用功能等多方面要求，也可采用正多边形、椭圆形，避免出现L形，U形等不规则建筑；立面外形最好采用矩形、梯形等均匀变化的几何形状，避免出现过大内收或外挑。中小学教室在满足使用功能的前提下，应减小抗震横墙间距、减小开间、增大进深，采用方形或横向矩形的教室，从而大大提高中小学校建筑的抗震能力。
結构工程师应在建筑方案设计阶段密切与建筑师配合，在满足使用功能和建筑艺术的前提下适当调整建筑平、立面，使建筑平面规则，立面简单，提高建筑抗震性能。
2.1.3 构件的概念设计
⑴砌体结构构件应按砌体结构设计规范设置构造柱、圈梁、芯柱。
⑵钢筋混凝土框架结构构件应合理选择尺寸和配筋，保证强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固的梁柱破坏机制。
⑶预应力结构抗侧力构件应配置适量的非预应力筋，预应力筋应在节点核心区以外锚固。
⑷非结构构件（建筑物非结构构件） 应加强与结构主体的整体拉结，避免地震时倒塌脱落伤人。
2.2 抗震结构体系
合理的抗震结构体系对建筑安全性、经济性起决定性作用，是提高建筑抗震性能的最关键问题。中小学校舍应限制采用外廊式单跨多层砖房或外廊式单跨钢筋混凝土框架，禁止使用预制空心楼板和预制楼梯，大空间校舍宜优先采用全现浇的钢筋混凝土框架结构，地震区优选内廊式双跨框架结构体系，同时应加强、改进疏散通道楼梯。灾难来临时，中小学生不能做出正确的判断，习惯性跑向“向光性”和最熟悉的出入口逃生。故楼梯间应具有良好的采光性，楼梯间应布置在建筑平面的中间，内廊式框架教学楼在满足建筑功能和规范要求的前提下应适当增加楼梯间数量，从而提高疏散速度，减少疏散时间。另外，应适当加宽休息平台和走道的宽度避免在转折处发生拥堵现象，从而达到迅速疏散人群的目的。
强烈地震是小概率事件，参照国外的做法，学校应设计成周边地区的紧急避难场所，学校建筑应重点设防，为达到这一目标，主体结构推荐采用轻钢框架-支撑结构，墙体可采用轻质、保温隔热板，楼板和屋面板可采用轻质板，减轻结构自重，提高建筑抗震性能。
3 结 语
根据安徽省既有中小学校舍抗震性能普查与鉴定的统计分析， 重点从抗震结构体系方面提出了新建教学楼优选内廊式钢筋混凝土框架结构体系，推荐采用轻钢框架-支撑结构体系，从而提高中小学教学楼抗震防灾能力，以期为今后的抗震防灾工作提供借鉴。
参考文献
[1]柳炳康，沈小璞主编.工程结构抗震设计[M]（精编本）.武汉：武汉理工大学出版社，2006.
[2]马成松，苏原主编.结构抗震设计[M].北京：北京大学出版社，2006.
[3]郭樟根，孙伟民，倪天宇，丁帅，沈丹.汶川地震中小学校建筑震害调查及抗震性能分析[J].南京工业大学学报（自然科学版） ，2009，31（1）：49-54.
作者简介：王再忠 （1982.4-），男，助理工程师，主要从事工民建结构设计。
关键词：中小学教学楼；抗震鉴定；抗震性能；合理；结构形式
中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章編号：1671-3362（2013）03-0214-03
引言
地震是一种灾害性自然现象，抗御地震是人类与自然的长期斗争。中国是世界上多地震国家之一，6度～9度地震区约占国土面积的70%。自1976年7月28日河北唐山地震至今，中国大陆发生5.0级以上成灾地震约60余次，其中2008年5月12日四川汶川地震所引发的严重伤亡，再次引起我们对特大地震灾害中建筑物抗震能力的关注。四川汶川地震造成7千多所中小学教学楼倒塌，众多学生遇难，未倒塌的教学楼也都受到了不同程度的破坏，震中60%以上的教学楼成了危房，需要拆除重建。汲取四川汶川大地震的惨痛教训，深刻认识到抓好抗震设防地区建设工程的抗震设计，是减轻未来地震灾害损失最积极、最有效和最根本的措施。安徽省作为地震灾害重点监测地区，安徽省人民政府组织对本行政区域内各级各类中小学现有校舍（不含在建项目）进行逐栋排查，按照抗震设防和有关防灾减灾要求，形成对每一座建筑的鉴定报告，建立校舍安全档案。本文从既有安徽省中小学教学楼的抗震鉴定报告统计分析出发，探讨了地震区中小学教学楼的合理结构形式，并提出了中小学教学楼抗震结构形式的合理建议。
1 安徽省中小学教学楼结构形式的现状分析
目前，安徽省中小学教学楼在抗震排查与鉴定中不得降低抗震设防标准，其主要内容为：首先，搜集房屋建筑的勘探报告、施工图纸、竣工图纸和工程验收、加固维修等方面的原始资料。资料不全时，应进行必要的实测。在有详细资料的基础上，还应对建筑的现状进行调查，掌握建筑的现状与原始资料的吻合程度。然后根据各类建筑建造年代和依据的设计规范、结构的特点、结构布置、构造和抗震承载力等因素，开展构造鉴定和抗震承载力验算，对结构的抗震能力进行综合评价。
结合安徽省中小学教学楼抗震鉴定与普查，对安庆市和合肥市部分中小学教学楼结构形式进行调查与统计（见表1），发现中小学教学楼主要以单跨钢筋混凝土框架结构体系为主约占70%，部分为砌体结构体系约占20%，内廊双跨混凝土框架结构体系约占10%。
1.1 砌体结构
砌体结构施工工艺简单，造价相对较低，在中小城市及村镇中小学教学楼多采用砌体结构体系。本次调查中发现，中小学教学楼多采用单侧悬挑走廊不封闭砖混结构体系。教室进深一般在6～7m之间，横墙间距一般在7～9.6m之间。外廊是在悬挑梁上搁置空心板。楼房层数多在2～3层。中小学教学楼教室为满足使用功能性，采用大开间、大门洞、大悬挑，甚至通窗效果等，从而削弱了砌体房屋的抗震性能。砌体结构是由脆性材料组砌而成，主要依靠墙体为承重构件，其刚度比较大，结构自振周期较小，当发生地震时，由于纵波传播速度较快，横波传播速度较慢，使地面上下颠动水平晃动，墙体受到反复剪力作用形成“X”形裂缝和贯通窗间墙的水平裂缝，部分结构没有混凝土垫块和圈梁，梁与砖柱在构造上无法保证刚
性连接，在地震作用下，结构的抗侧刚度全靠教室的横墙和纵墙提供，缺少多道设防措施，承重墙体失去承载力将导致房屋发生突然倒塌现象。国内外历次地震中均证明，无筋砌体房屋，6度时就开始有损坏，9度时有倒塌，10度及10度以上，90%的砌体房屋严重破坏和倒塌。其震害主要表现为：（1）墙体开裂、破坏 （2）墙角破坏（3）纵横墙连接破坏（4）楼梯间破坏（5）房屋倒塌（6）楼盖与屋盖破坏（7）附属构件的破坏。
1.2 钢筋混凝土
钢筋混凝土框架结构在历次地震中抗震性能表现良好，特别是按现行规范、规程设计和施工的钢筋混凝土框架结构破坏较轻，主体结构基本完好，只是局部损伤或填充墙破坏比较严重。其建筑平面布置灵活，可以提供较大的内部空间，在竖向可以通过框架梁的外挑或内收，或者设置构架等方法，形成较为丰富的立面，随着我国经济实力的加强和人民生活水平的不断提高，我国现阶段中小学教学楼常采用钢筋混凝土结构形式。本次调查中发现中小学教学楼教室为满足建筑功能需求多采用外挑单面走廊不设柱单跨框架结构体系，以合肥市八中1号教学楼为例，其教学楼外观（见图1）；建筑平面图（见图2）。该结构形式横向只有一跨，两根柱子支撑，冗余度小，整体刚度不大，房屋在地震作用下发生过大位移，填充墙开裂严重，缝间墙体砂浆易被震松、墙体易被压酥；另外，教室的大跨度空间，使得跨中正弯矩钢筋配置较多，由于人员疏散要求，外挑单面走廊悬挑长度较大，使得梁端负弯矩偏大，负弯矩钢筋配置较多，形成了框架梁端抗弯承载大于柱端抗弯承载，形成了柱铰机制而不是梁铰机，没有满足“强柱弱梁、强剪弱弯”抗震设计原则。同时震害表明该结构形式没有多道防线， 一根柱子被破坏， 结构就丧失了全部的承载力而倒塌。故在《建筑抗震鉴定标准》规定：现有钢筋混凝土房屋的结构体系应符合：宜为双向框架，不宜为单跨框架，乙类设防时，不应为单跨框架结构。
1.3 钢结构
钢结构跨度大可以使建筑空间比较灵活，同时其具有优越的强度、韧性，其抗震性能明显优于砖混、钢筋混凝土框架结构。目前，轻型房屋钢结构在国内外被广泛应用，它的结构特点体现在自重轻、地震作用小、基础简单同时建筑表现力强、美观且用钢量低，较传统钢结构有更广阔的发展空间。钢结构建筑节能环保，钢材能够回收利用。但其造价明显高于砖混以及钢筋混凝土框架结构，当地经济能否承受昂贵的钢材保养费也是一不容忽视的问题。另外，由于焊接、连接、冷加工等工艺技术以及腐蚀环境的影响，钢材材性的优点将受到影响。震害调查表明（见表2），钢结构较少出现整体倒塌破坏情况，主要震害表现为构件整体或者局部失稳、节点破坏、基础连接破坏、构件破坏等。
1.4 木结构
木结构是我国传统结构，木材是较好的弹性材料，木结构建筑的韧性大，在震动时有很好的吸震作用，但在农村、小镇的木结构往往节点连接处理不好，整体性差，木屋架容易被震散架。
2 提高中小学教学楼抗震能力的措施与对策
2.1 抗震概念设计
地震具有随机性，难以准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数。抗震设防的依据是一个地区的设防烈度，由于历史地震资料数量有限，以及地质背景的不清晰性，在一个地区发生超过设防烈度的地震是完全可能的。建筑场地随着震源机制、震级大小、震中距和传播路径中土层性质而改变，故地震有许多不确定因素。所以，不能单纯依赖数值计算追求结构的抗震能力而必须合理运用概念设计提高建筑的抗震性能。
2.1.1 合理选址
地震灾害表明，我们应根据工程地质和地震地质有关资料选择地势开阔平坦，土层坚硬厚实，地质均匀的抗震有利地段，避开地质灾害易发地段，如：滑坡体、悬崖边及崖底、风口、泥石流和洪水沟口等。当无法避开时应采取有效措施。
2.1.2 优化建筑设计方案
建筑设计应选择平面形状规则、对称，竖向质量、刚度连续均匀的结构形式，避免楼板错层。简单、对称结构的计算假定与实际工程情况符合程度较好，计算结果可较好估计建筑在地震时的反应，采取相应的抗震构造措施和细部处理。中小学生为逃生能力较弱的人群，建筑层数不宜超过四层。平面形状以正方形、矩形、圆形为好，为满足建筑用地、建筑艺术、城市规划和使用功能等多方面要求，也可采用正多边形、椭圆形，避免出现L形，U形等不规则建筑；立面外形最好采用矩形、梯形等均匀变化的几何形状，避免出现过大内收或外挑。中小学教室在满足使用功能的前提下，应减小抗震横墙间距、减小开间、增大进深，采用方形或横向矩形的教室，从而大大提高中小学校建筑的抗震能力。
結构工程师应在建筑方案设计阶段密切与建筑师配合，在满足使用功能和建筑艺术的前提下适当调整建筑平、立面，使建筑平面规则，立面简单，提高建筑抗震性能。
2.1.3 构件的概念设计
⑴砌体结构构件应按砌体结构设计规范设置构造柱、圈梁、芯柱。
⑵钢筋混凝土框架结构构件应合理选择尺寸和配筋，保证强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固的梁柱破坏机制。
⑶预应力结构抗侧力构件应配置适量的非预应力筋，预应力筋应在节点核心区以外锚固。
⑷非结构构件（建筑物非结构构件） 应加强与结构主体的整体拉结，避免地震时倒塌脱落伤人。
2.2 抗震结构体系
合理的抗震结构体系对建筑安全性、经济性起决定性作用，是提高建筑抗震性能的最关键问题。中小学校舍应限制采用外廊式单跨多层砖房或外廊式单跨钢筋混凝土框架，禁止使用预制空心楼板和预制楼梯，大空间校舍宜优先采用全现浇的钢筋混凝土框架结构，地震区优选内廊式双跨框架结构体系，同时应加强、改进疏散通道楼梯。灾难来临时，中小学生不能做出正确的判断，习惯性跑向“向光性”和最熟悉的出入口逃生。故楼梯间应具有良好的采光性，楼梯间应布置在建筑平面的中间，内廊式框架教学楼在满足建筑功能和规范要求的前提下应适当增加楼梯间数量，从而提高疏散速度，减少疏散时间。另外，应适当加宽休息平台和走道的宽度避免在转折处发生拥堵现象，从而达到迅速疏散人群的目的。
强烈地震是小概率事件，参照国外的做法，学校应设计成周边地区的紧急避难场所，学校建筑应重点设防，为达到这一目标，主体结构推荐采用轻钢框架-支撑结构，墙体可采用轻质、保温隔热板，楼板和屋面板可采用轻质板，减轻结构自重，提高建筑抗震性能。
3 结 语
根据安徽省既有中小学校舍抗震性能普查与鉴定的统计分析， 重点从抗震结构体系方面提出了新建教学楼优选内廊式钢筋混凝土框架结构体系，推荐采用轻钢框架-支撑结构体系，从而提高中小学教学楼抗震防灾能力，以期为今后的抗震防灾工作提供借鉴。
参考文献
[1]柳炳康，沈小璞主编.工程结构抗震设计[M]（精编本）.武汉：武汉理工大学出版社，2006.
[2]马成松，苏原主编.结构抗震设计[M].北京：北京大学出版社，2006.
[3]郭樟根，孙伟民，倪天宇，丁帅，沈丹.汶川地震中小学校建筑震害调查及抗震性能分析[J].南京工业大学学报（自然科学版） ，2009，31（1）：49-54.
作者简介：王再忠 （1982.4-），男，助理工程师，主要从事工民建结构设计。