摘要：随着我国国民经济的不断发展，国家对教育设施的投入越来越大，很多边远地区原有的中小学建筑已经不适合再继续使用，为了确保建筑物的安全，需要对原有建筑进行拆除重建。本文阐述中小学建筑中特殊部位的结构设计要点，为此类型建筑的设计提供参考。
关键词：中小学建筑；抗震设计；结构设计
由于中小学建筑功能的需要，对结构布置也有一些特殊的要求，在结构设计中应给予充分重视。
1、预应力梁的设计
预应力结构形式可满足建筑内部大空间的使用需求，具有增加室内净高，节约成本，提高经济效益等优势。中小学建筑中的风雨操场、多功能厅、体育馆等大跨度结构一般会采用预应力混凝土梁。排布预应力筋时需注意控制预应力度不宜过大或过小。结构计算软件PKPM预应力三维设计程序中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的根数，按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，非预应力筋提供强度，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。
中小学建筑的预应力梁大多数情况都布置在结构顶层，其风雨操场和体院馆等围合框架可不按单跨框架结构考虑。计算时需特别注意顶层支承预应力梁的框架柱配筋。因结构顶层框架柱上部无约束，在施工阶段会与预应力梁形成类似铰接的转动节点，在高烈度区地震水平力下，顶层柱截面及配筋都会十分巨大。在方案阶段进入施工图之前，结构设计师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。
2、空心楼盖设计
中小学建筑的教室内一般无吊顶，根据建筑专业要求采用平板，视野开阔、美观。而教室的开间一般较大，若采用普通钢筋混凝土楼板，自重较大，且满足裂缝、挠度需较大配筋量。空心楼盖则可减轻自重，降低地震作用，增加净高，并提高隔热、隔声效果，在设计中大开间教室可考虑采用边支承（有框架主梁）双向板空心楼盖，根据《现浇混凝土空心楼盖技术规程》JGJ/T 268-2012，应注意以下问题：
（1）直接承受较大集中静力荷载的楼板区域，不宜布置填充体，可采用实心楼板或采取有效的局部加强措施；直接承受较大集中动力荷载的楼板区格，不应采用空心楼板。此条对于中小学教室而言，应注意顶层教室屋面板上有无较大集中荷载或较大机械设备，空心楼盖是否适用。
（2）空心楼盖上翼缘较薄，难以满足钢筋锚固及化学锚栓固定，当屋顶上有设备基础、板上落钢柱等情况时，不应布置填充体，可采用实心楼板或局部有效措施。
（3）空心楼盖下需要吊挂时，吊点宜布置在肋内；需下挂混凝土栏板时，应考虑下挂位置、肋宽，或采取有效措施以满足钢筋锚固要求。
（4）空心楼盖宜采用弹性板进行内力分析，当有可靠依据时可考虑内力重分布，当进行内力重分布时应考虑正常使用要求。
（5）结构整体建模计算时，可按《现浇混凝土空心楼盖技术规程》附录B采用楼板折实厚度考虑板自重。
（6）《建筑抗震设计规范》第6.1.14条及条文说明：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，其楼板板厚不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25％。地下室顶板须有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力。所以有地下室且地下室顶板作为嵌固部位时，不宜采用空心楼盖。
（7）空心楼盖在施工时应保证板底混凝土振捣密实，需按规范满足坍落度、粗骨料最大粒径等要求。
（8）混凝土浇筑时，填充体在混凝土及振捣器作用下会产生上浮、水平漂移，须采取有效的技术措施，以保证楼盖截面尺寸与设计相符。
3、单跨框架结构的判断和加强措施
单跨框架结构指整栋建筑全部或绝大部分采用单跨框架的结构，不包括仅局部为单跨框架的结构。框架结构中某个主轴方向均为单跨，也属于单跨框架结构，某个主轴方向有局部的单跨框架时，可不作为单跨框架结构对待。框架剪力墙中的框架可以是单跨框架。
对于中小学建筑中经常出现的连廊等单跨框架，建议与主体结构连为一体，尽量回避整体单跨框架结构。由于结构平面布置规则性等限制，无法与主体连为一体时，应及时与建筑设计沟通能否加设柱子做成双跨框架结构，或加设混凝土墙形成框架-剪力墙结构，亦可采用设置柱间支撑的结构。当建筑造型、功能等需要沟通无果时，应及时与审图人及外审单位沟通，采取更严格的设计措施，例如：（1）提高抗震等级、加强抗震措施；（2）采用更严的弹性层间位移角限值，以保证结构的变形能力；（3）保证框架柱具有良好的延性，严格控制框架柱的轴压比（宜小于0.15），边柱实配钢筋不小于计算配筋的1.25倍，角柱实配钢筋要大于计算配筋的1.25倍，边柱箍筋采用Ф8@100全高加密，角柱箍筋采用Ф10@100全高加密，框架柱最小截面500X500等；（4）进行抗震性能化设计等。最终，仍需按审图专家的意见，采用何种措施，是否可行，能否突破规范，并从经济上考虑是否可取。
中小学建筑中的风雨操场、体育馆等围合框架可不按单跨框架结构考虑。
4、室外大台阶设计
中小学建筑中室外大台阶颇受建筑师的喜爱，常见做法如下：（1）设计成钢筋混凝土梯板，并与主体结构连为一体，结构整体电算中应按实际建模，由于台阶中斜梁、斜板的斜撑作用，结构刚心与质心偏离较多，结构位移比可能偏大，不满足规范要求，此时可在与台阶关于结构对称位置加设柱间斜撑，以调整结构整体刚度，满足规范要求。（2）按建筑室外台阶做法处理。此种做法须保证台阶下回填土的密实度，否则会出现沉降不均开裂等问题。（3）可参考板式楼梯相应做法，将台阶端部做成滑动支座。（4）在台阶与主体结构间设置防震缝。实际工程中，应根据具体情况进行分析、判断，与其它专业紧密配合，做到结构合理的同时又能满足其它专业要求。
5、阶梯教室设计
中小学建筑中阶梯教室、报告厅等比较常见，常用做法如下：（1）结构平楼板上采用地垄墙上铺设预制板的方式，结构整体模型中地垄墙及预制板折算成荷载输入。（2）采用斜梁＋密肋梁、平台板或斜梁＋梯段板的方式，结构整体模型需按实际情况建入。具体工程中，应根据台阶高度、整体高差等实际情况选用恰当做法。此外，结构设计中还应注意教室内讲台的建筑做法厚度，不可漏考虑其荷载。
6、建筑宽窗设计
学校类建筑有时窗洞较宽，此时需注意窗洞顶是否刚好位于梁底，若位于梁下且相差很小可将梁截面加大，若相差较多或窗户之上无梁时，则需补充做法大样，可采用过梁或层间梁的方式；当设置U形筋下挂混凝土时，需注意下挂板尽量不要与端部柱子相连，以免影响柱子净高（柱净高与柱截面高度之比不大于4时需全高加密），并减小对梁的刚度和承载力的影响。
7、结束语
中小学校是培养祖国希望的摇篮，其建筑的结构设计关系着亿万生命的安全。在中小学建筑的结构设计过程中，对于多发地震地区，重视特殊部位设计、加强结构的抗震概念设计至关重要。
参考文献：
[1] GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2] GB50153-2008工程结构可靠性设计统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[3] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
[4]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.