浅谈中小学砌体结构教学楼的抗震设计

浅谈中小学砌体结构教学楼的抗震设计

作者：赵玉洁

来源：《科技创新与应用》2013年第31期

摘 要：分析了5.12汶川大地震中，中小学砌体结构教学楼的震害原因，提出了应按抗震规范概念设计的要求，保证结构整体的抗震性能，提高其延性，以确保学校建筑的抗震安全性。

关键词：地震；中小学砌体结构教学楼；抗震设计

5.12汶川大地震，不仅在震中区附近造成灾难性的破坏，而且在四川省和邻近省市大范围造成破坏，许多砌体结构的教学楼倒塌，未倒塌的教学楼也都受到不同程度的破坏，在校师生的伤亡惨重。 1 震害原因分析 1.1 抗震设防烈度

5.12汶川大地震，震级为M8.0级，震中烈度达11度，远远超过了现行建筑抗震设计规范规定的抗震设防烈度。 1.2 教学楼结构特性

震区倒塌或严重损坏的中小学教学楼一般都为砌体结构，脆性大、延性差、抗拉和抗剪能力均较差。且教学楼多为两道纵墙、纵墙开洞较多、横墙少，另加一外挑走廊。在强烈地震作用下，这种砌体结构更易发生剪切破坏，导致房屋的整体破坏和倒塌。 1.3 抗震构造措施

震区倒塌的教学楼大多是80年代甚至更早的建筑，绝大多数为砖砌体加预制板的结构，抗震设防标准低，抗震构造措施不足，圈梁和构造柱设置数量偏少，预制板与墙体和圈梁缺少可靠连接。在使用阶段又缺乏管理，甚至根据学校的需要随意进行结构改造，最常见的方式是未经设计复核就任意加层。因此这些早期的村镇学校教学楼大多存在着相当多的质量安全隐患，多数没有设计图纸和施工验收资料。汶川地震表明：凡是严格按照89抗震规范或2001抗震规范的规定进行设计、施工和使用的教学楼，在遭遇到比当地设防烈度高一度的地震作用下，均经受了考验，没有出现倒塌破坏，有效地保护了师生的生命安全。 2 设计对策

2.1 提高抗震设防分类标准

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《建筑工程抗震设防分类标准》规定：中小学教学楼的抗震设防类别为乙类，设防标准应不低于重点设防类。当地抗震设防烈度为6-8度时，应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震构造措施。 2.2 抗震验算

2.2.1 教学楼多采用抗震性能相对较差的外廊式单跨砌体结构。因此，平面结构布置宜简单均匀、规则、对称，立面宜简洁，上下楼层的横墙应基本对齐，结构的质心与刚心尽量重合，以避免和减轻结构在地震作用下的扭转破坏。对于体型复杂、平立面不规则的教学楼，应设防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元，避免出现转角及平面突出。

2.2.2 砌体结构的抗震能力，除依赖于横墙间距、砖和砂浆的强度等级、结构的整体性和施工质量等因素外，还与房屋的总高度有直接的联系。因此，砌体结构教学楼的总层数与高度应比《建筑抗震设计规范》中表7.1.2的规定减少两层、总高应降低6m。为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求，抗震横墙的间距不应超过表7.1.5的规定。 2.3 抗震构造措施

2.3.1 在砌体结构中，构造柱与圈梁共同工作形成弱框架体系，能够有效约束砌体墙，提高其承载力及位移延性，增强在大震作用下结构的防倒塌能力。因此，砌体结构教学楼应严格按《建筑抗震设计规范》中7.3.1条的要求设置构造柱。当外纵墙洞口宽度>2m时，洞口两侧应增设构造柱。

教学楼外纵墙的开洞率不宜大于50%，不应大于60%。外纵墙的独立窗间墙为主要竖向承重构件，一旦遭遇破坏垮塌，会引起结构的整体坍塌。所以保证窗间墙中部大梁下的独立墙体的抗震承载力及位移延性是很重要的。应沿纵向在每个独立窗间墙中部大梁下设置钢筋混凝土扶壁柱并加大扶壁柱的截面尺寸和配筋，可有效增大窗间墙的抗剪、抗弯承载力及稳定性，有利于“强竖向（窗间墙）、弱水平（窗台墙）”的延性屈服机制的实现。当窗台墙出现严重剪切破坏时，构造柱混凝土骨料之间的咬合力与构造柱中纵筋的销栓作用给窗间墙提供了很重要的侧向支承，从而避免了砌体沿贯通裂缝形成脱离体而垮塌，保证了窗间墙“大震不倒”。 圈梁应每层设，且闭合，其高度应不小于240mm。外纵墙窗台部位应增设通长圈梁，高度120mm，以增强窗下墙体的抗剪强度。

2.3.2 教学楼的横墙间距大，结构空间的整体性较差，为加强结构空间的整体作用，可采取以下措施：所有墙体均设地圈梁，有利于抵抗地基的不均匀沉降引起的破坏；所有构造柱应锚入混凝土条基内，以加强基础墙体的整体性；楼屋盖应采用现浇钢筋混凝土楼板，以加强整个结构的平面刚度和整体性。

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2.3.3 配电箱等洞口应尽量避免设置于纵向独立窗间墙等薄弱部位的墙体之中。在配电箱等墙体开洞薄弱部位，宜在洞口上下砖缝中配置水平钢筋或在洞口周边设置边框等构造措施予以加强。

2.3.4 教学楼中墙肢的局部尺寸限值应满足《建筑抗震设计规范》第7.1.6条的要求，以防止因这些部位的失效，而造成整个结构的破坏甚至倒塌。承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离和承重窗间墙的最小宽度应比规范中要求更高。当不能满足规范限值要求时，应在洞边增设构造柱或增加水平配筋等措施，以提高小墙肢的抗剪能力。在纵横墙交接处附近开洞时，洞口边缘距交接处墙边的最小距离应大于300mm，以保证交接处墙体的整体性。

2.3.5 楼梯间作为地震时的关键疏散通道，在紧急情况下应发挥应有的疏散作用。由于楼梯间比较空旷，墙体缺少各层楼板的侧向支承，有时还因为楼梯踏步削弱楼梯间的墙体，尤其是楼梯间顶层，墙体有一层半楼层的高度，地震时受力比较复杂，容易造成破坏，因此教学楼的楼梯间尽量不设在端开间。应按《建筑抗震设计规范》第7.3.1条规定，在楼梯斜梯段上下端对应墙体处增设四根构造柱，与在楼梯间四角设置的构造柱，合计共八根构造柱，再与《建筑抗震设计规范》第7.3.8条规定的楼层半高的钢筋混凝土带等可构成应急疏散安全岛。顶层楼梯间墙体应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋和φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片。突出屋顶的楼梯间，地震中受到较大的地震作用，在构造措施上要特别加强。因此构造柱应伸到顶部，并与顶部圈梁连接，所有墙体应沿墙高每隔500mm设2φ6通长钢筋和φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片。

在地震作用下，楼梯梯板起到类似“斜撑”的作用，不但承受弯矩作用，而且受到沿梯板方向轴向拉压的作用。所以梯板的配筋除在原有基础上配置下部通长钢筋和支座构造钢筋以外，梯板上部跨中也应增设与两侧支座处板顶钢筋按照受力搭接的钢筋，以保证水平地震力的有效传递，避免出现梯段受拉破坏。

2.3.6 走廊栏板应优先采用现浇钢筋混凝土栏板。当采用120mm厚砖墙时，每开间应设构造柱，且间距不大于3.6m，构造柱断面应不小于120X240，砖砌栏板的顶部应设现浇钢筋混凝凝土压顶，构造柱钢筋应锚固于压顶内。120厚砖墙应每隔5皮砖，设两根直径为6mm的通长拉结钢筋，锚固于构造柱内。 3 结束语

我们广大设计工作者应肩负重任，把中小学教学楼设计成结构合理、安全、坚固、延性好、抗震能力强的建筑，使之成为名符其实的抗震“第一避难所”，让学生、家长和全社会放心！ 参考文献

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[1]徐正忠，王亚勇，王迪，民.等GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]黄世敏，杨沈，等.建筑震害与设计对策[J].中国计划出版社.

作者简介：赵玉洁（1974，2-），女，1996年毕业于江汉石油学院建筑工程专业，工程师，南阳市规划设计院。