夏海燕
盐城市建筑设计研究院有限公司 江苏盐城 224000
摘要：随着社会发展，人们对教育重视程度与日俱增，高校校园建设项目在不断增加，高校内建筑结构和使用具有独特性，因此有必要对其进一步加强研究。在实际应用中，为更好地保证工程质量，促进建筑物正常使用，要结合实际案例进行不断优化施工工艺。在此基础上，本文以A高校为例分析其教学楼、剧场与体育馆结构设计，以期提升高校建筑结构设计安全性与实用性。
关键词：高校；建筑；结构设计
随着现代科学和教育不断发展，以及人才战略和政策不断调整，我国对人力资源需求逐渐增加，教育行业在不断发展，高校建筑设计开始不断探索和创新。教育建筑是校园建设过程中不可或缺一部分，是校园建设重中之重。由于地理和人文环境差异，各高校建筑应具有一定文化差异，因此，研究高校建筑，探索和开发校园文化建筑设计，不仅可以改善高校师生学习和生活环境，而且可促进国民教育发展。
1概述
作为学生生活与学习主要建筑，高校建筑具有采光好和面积大等特点，结构设计比普通民用建筑更为复杂。结合高校教学建筑设计经验，本文从规划设计、结构计算参数控制、结构建筑制图设计等方面描述高校教学建筑设计主要问题。期望相关经验可以为类似工程设计提供参考资料[1]。
2高校教学楼建筑结构设计思考
2.1结构计划设计
在设计A高校教学楼建筑计划时，结构设计人员必须配合。确定计划后，教学楼建筑形式应尽可能规则。在规划设计过程中，建议不要在规划中选择严重不规则建筑形状（例如平面不规则或竖向不规则），以避免地震对结构产生不利影响。常见教学楼设计计划需要呈现简单且对称计划布局，结构周围刚度良好以及在弱刚度方向上对立柱截面尺寸适当加强。当建筑物布局形成L形或E形布局时，可设置地震缝来分隔结构，因此每个单独单元都可以形成规则布局。地震缝宽度需满足《建筑抗震设计规范》的要求。
换句话说，框架结构不应采用单一跨距形式。即使在某些地方允许跨度在一定范围内使用，也必须加强框架地震救援措施。框架柱轴压比应适当控制的较低，同时采取框架柱适当加强箍筋等构造措施。如明确规定不允许使用单一跨度框架结构，则结构设计师必须在设计教学楼建筑计划时事先进行沟通，可增加走廊宽度，还可在走廊中增加办公室和其他房屋，使其成为一个多跨结构。如果教学楼建筑计划已得到相关部门批准，则无法调整建筑计划。当前，走廊结构可设计为钢结构或框架剪力结构，两者都可以避免上述框架系统问题。如果最终教学楼建筑物平面图布局不规则且超出规范允许范围，则有必要根据适用规范补充中震结构弹性计算，并根据计算结果加强框架柱，加固结构可以达到强柱弱梁的效果。抗震加固强度因地区而异。在一些区域部门，需要在高强度区域(8度以上)修建建筑抗震保护或消能技术，可以大大提高整个结构的抗震性能，但也增加了工程造价。
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图 1 A高校教学楼
2.2基础部分
通常情况下，高校教学楼结构基础工程相对隐蔽，基础对于结构安全性具有重要作用。在结构基础设计和计算中，必须处理以下问题：其一为设计级别，通常，A高校教学楼建筑大多为7层以下多层建筑，根据《建筑地基基础设计规范》和《建筑桩基技术规范》相关要求，地基通常为C类基础。其二压力计算，地基在所有类型荷载中常使用垂直荷载，该方式通常相对简单，但是某些基础反作用力可能具有较大水平力和弯矩，如在设计过程中忽略这一点，则基础尺寸可以较小，会影响整个结构安全性，如过于充分考虑到这种影响，地基极易出现偏心并且可能会浪费基础材料。在选择低承台桩基础作为结构基础时，可根据规范考虑水平力影响。此时，桩和承台共同承受水平地震作用，但仍有必要确保周围填充物满足回填要求。同时，必须考虑地质条件下是否存在饱和液化土壤，如果存在此问题，则必须根据标准处理方法和建议采取诸如更换和填充等措施。
2.3上层建筑设计
在规范中，高校教学楼上层建筑抗震设防类别不应低于重点设防类别，应属于B类建筑。确定教学楼为主要建筑物后，应按照《建筑抗震设计规范》要求增加1度，并按有关要求确定教学楼抗震等级。在15g和0. 20g区域中，有必要根据规范要求将结构地震救援措施提高到一个新水平[2]。
2.4楼梯设计部分
当高校教学楼受灾难影响时，楼梯是重要逃生路线。同时，地震调查表明，楼梯是整体结构设计重要组成部分，楼梯受到地震破坏较为严重。楼梯间最好放置在整个结构最侧面，框架柱应在楼梯周围以增加结构抗震效果。框架结构等效于在框架上形成K形支撑，极大有助于结构局部刚度并影响结构刚度均匀性。在计算结构时必须考虑楼梯对整个结构影响，为减轻该问题，需要将楼梯支撑件设计为滑动支撑件，可减少楼梯对整个结构刚度贡献，这对于结构抗震性能具有积极作用。发生地震时，应使用楼梯逃生，因此楼梯地震等级应与教学楼地震等级相同[3]。
3剧场建筑结构设计思考
3.1特点分析
A高校剧院式建筑，其主要特征是大空间，大悬臂，大跨度和多层次。其结构设计应综合考虑各部分功能特点和使用要求，并进行合理结构布置。连接部分是重要结构区域，在结构工作期间需要在各种工作条件下进行执行力和状态分析。同时，在施工过程中，必须考虑到特殊工艺或材料对区域或整个剧院结构影响。当前，剧院经济结构是市场化最受追捧目标。但在结构设计方面，合理控制是剧院设计控制目标，如实现整体控制、概念判断、关键点分析和关键点加强是合理结构设计必要途径。
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图 2 A高校剧院
3.2 结构体系
3.2.1结构单元
A高校剧院式建筑结构是全浇铸钢筋混凝土框架－剪力墙结构。工程框架抗震等级为3级，剪力墙抗震等级为2级。剧院整体采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，剧院舞台和看台屋顶采用钢结构网架，剧院入口大厅屋顶采用带有10m扁平钢桁架空间钢桁架屋顶，其主入口桁架跨度为56、长度为7 m矩形钢桁架，下部为双向电缆玻璃幕，同样采用框架剪力墙结构。剧院高层通过走廊连接，顶部是玻璃屋顶，由剧院的侧框架柱和框架梁上扁钢桁架支撑[4]。
3.2.2地面剪切承载力和承载力比
由于A高校剧院层高高度不连续，因此通过将相邻交错层分为两个单独标准层来创建模型。在结构模型中标准层与实际地板不匹配。在结构指标计算过程中，地板刚度和承载力分析结果可能与实际情况有所不同。为确保高校剧院地面受力结果符合规范要求，可对实际计算结果进行简单手动综合。所采用特定方法是分别读取并计算与交错层相对应上下计算标准层剪切力和承载力。将总和结果与整个交错相邻层计算值进行比较[5]。
3.3地震行为计算
A高校剧院整体结构小于24m，屋顶高度为19.45m，且为多层结构。但根据该项目抗震加固要求，该项目抗震加固类别归为B类。因此，根据第一阶段改进设计要求，在计算过程中将结构框架地震等级设置为3阶，将剪力墙地震等级设置为2阶。同时，高校剧院结合跨层，大跨度，大空间以及铁和混凝土混合物主体结构，确保设防目的可得到保证。在计算过程中，为确保结构竖向构件安全并满足结构概念设计中强柱弱梁要求，对整个结构进行分析，以确认有足够地震弹性。在三阶结构设计中，确保整个结构具有弹性或在中等地震条件下可抗。两者之间区别在于结构状态不同。中等地震下弹性状态主要需要主要构件和结构竖向构件、加固构件（例如框架柱、框架梁、下部钢筋剪力墙等）。
4体育馆建筑结构设计思考
4.1结构思考
高校体育馆建筑结构应着重概念设计，并从整体角度确定建筑结构总体布局，以使结构具有良好抗震性能。以A高校为例，这种类型建筑物概念设计内容包括抗震性和抗风性，结构增加、减小刚度，释放对温度应力或温度应力严格抵抗力，并使组件尽可能轴向受力以减少风力破坏性。选择有利结构规划和布局选择，为充分证明材料在受力状态下强度，应使尽可能多受拉构件，并选择结构受力路径，以避免稳定性出现问题。
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图 3 A高校体育馆横面图
4.2结构设计
以A高校为例，体育馆主要场地之一为篮球场，旨在有效改善室内使用净空高度，因此体育馆第一层高度应超过11m，屋顶采用大直径空间钢格网，以满足建筑功能和立面要求，以确保结构完整性。实际上，车顶格栅框架面内刚度较大，建模时可基于等效钢梁进行建模和分析。为满足建筑物使用功能，体育馆需要42m跨度大空间，并采用钢筋混凝土复合结构。钢筋混凝土复合结构性能优于普通钢梁混凝土结构，具有抗震性能好，支撑性强，刚度高，施工方便等优点。同时，它具有低耐火性、增加耐用性，并且有助于钢结构屈曲。使用计算机辅助计算来确定钢筋混凝土构件和钢筋混凝土构件所承受力，然后使用重叠法计算钢筋混凝土构件弯曲承载力。与普通地震结构柱设计一样，钢筋混凝土构件柱需要控制柱轴向压力。轴向压力限制不仅对结构抗震性能有影响，而且还决定柱截面尺寸和钢含量、地震结构等重要因素。
4.3钢结构柱角设计
以A高校为例，体育馆钢框架柱底设计特别重要。钢结构柱支撑可分为两种：内置和非嵌入式，本项目采用内置类型。柱脚钢架穿透基础梁并固定在桩基上，尽管结构复杂，但在地震期间柱脚不易打滑，因此可将钢框架强度可靠传递到起点。当钢框架埋入达到一定深度时，柱脚底剪力和弯矩为零，可根据结构设计柱脚底板。为有效传递钢力，增加柱脚固定点延展性指数，采用复合箍筋形状，并适当增加柱脚箍筋面积[6]。
4.4结构布局
体育馆结构布局原理与一般建筑结构原理相同，基本要求如下：
（1）结构布置应规则且对称，作用力应清晰，传力应合理，长度不应中断，具有良好完整性，并且不应采用严重不规则结构布置。
（2）尽可能安装多条地震线，如果建筑物允许进行剪力墙设计，则最好将剪力墙设计为基础，并将子结构设计为框架剪力墙结构系统。
钢筋混凝土结构指标控制：
（1）控制结构质量比、刚度比、层间剪切能力、剪切重量比和位移角。
（2）此类结构是开放式结构，没有明确层概念，因此位移比和周期比计算结果仅供参考，应满足规格要求。
（3）必须控制轴向压缩比、增强比、箍筋比、剪切压缩比和其他指标以满足规格要求。
4.5考虑温度影响
以A高校为例，体育馆类型建筑物通常长结构，温度影响不容忽视。为确保A高校学生在体育馆中不受温度负面影响，在结构设计期间应采取措施减少温度应力影响。使用分级良好碎石骨料制备普通波特兰水泥，增强混凝土养护保障低水化热、低温封闭，使用高效减水剂以减少水泥消耗，适当结构钢筋施工可有效减少施工过程中温度应力和混凝土收缩影响[7]。
5结论
综上所述，高校建筑结构设计和建造对学校建设具有重要意义，因此应加强对此进一步研究。在本文中以A高校为例，分析其教学楼、剧院与体育馆楼结构设计和建造，以期为类似建筑提供参考意见。
参考文献：
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