惠州市惠城建筑设计院有限公司 广东惠州 516001
摘要：本文结合实例，对某多层教学楼建筑结构进行设计研究，分别通过建筑设计（立意构思、环境设计、建筑方案、建筑立面、环保与节能）分析与结构设计（结构方案选择、构件截面选择），强化该多层教学楼建筑、结构设计总体质量。
关键词：多层教学楼；建筑；结构设计
我国是地震多发国家，建筑结构设计除了提高设计质量和水平外，还要加强抗震设计。通过结构设计、优化，提高建筑物总体结构强度和耐久性。2008年汶川特大地震使灾区大量教学楼瞬间倒塌，给当地造成了巨大灾难和损失[1]。由此，使多层教学楼建筑和结构设计研究成为很多学者、建筑设计人员研究的主要方向。
1.案例概述
以惠州市德威学校为例，本校区为5层现浇钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为19537.60 m2。建筑高度19.05m，属多层结构。该校区主楼部分地段平面东西方向98.1 m，南北向宽122.6m，为多栋矩形建筑通过连廊连接打通组成一体，教学楼1-4层均为教室，第5层为办公室。在设计上根据拟建地形安排平面，并充分考虑教学楼外观，根据该多层教学楼不同功能分区规划交通，充分、合理利用校园场地，保证多层教学楼可满足平面设计采光、防火要求等。根据该教学楼所处地理位置，设计时已考虑周边环境，建筑朝良好，景观设计合理。
2.多层教学楼建筑设计分析
2.1 总体设计思路
本多层教学楼处于市区，其除了承担基本教育、教学功能作用外，还要体现该校深厚的历史人文底蕴。所以，在建筑总体设计时，除了保证该建筑物能够满足基本功能要求外，使其在结构形式上尽量体现简洁与现代美。通过正确处理建筑物与周边环境的关系，使整个建筑物外形风格与周边环境相协调，并服务于该校整体发展规划建设。在此基础上，为该校今后发展、规划留有充分的余地；另外，还要考虑当地地质环境与气候特点因素[2]。
2.2 建筑环境设计优化
在建筑结构环境设计时，除了建筑用地和道路用地外，在教学四周设有不同的绿化隔离防护带，充分凸显人与自然和谐相处的设计理念。通过种植高低不同的灌木和绿化树种，以此美化环境，净化空气，让学生回归自然、放飞自我，以避免周边环境污染对师生教学工作产生影响，尽可能通过环境设计优化，为师生营造良好的学习环境。
2.3 多层教学楼建筑方案规划设计
（1）平面结构
在本多层教学楼平面结构布置时，充分结合校园文化特征，将建筑物划分为不同功能分区，使分区间既相互独立又互相连接，总体结构为由各矩形楼通过走廊相连的不规则体。在矩形教学楼中庭区域设置小花园并附有不同入口；另外，在教学楼前方区域设置一个集散广场，后方区域为体育场，并按不同分区设置花园及绿化带，一方面疏散校园巨大的人流量；另一方面，起到美化环境的作用。
在教学楼各层平面布置时，每层设置一个休息门厅，门厅设置绿化，保证师生都能够在课余休闲时间利用该休息区休息；休息厅内采光条件良好，与中庭相呼应，绿色植物枝繁叶茂，成为整个教学楼设计的一大特色。该教学楼中的卫生间设置在主楼两侧区域，多层教学楼建筑平面总图如下1所示：
图1 教学楼平面总图
（2）立面结构
为了使建筑整体与周边建筑群相协调，且具有一定的识别性，建筑主体立面结构采用落地整体式铝合金玻璃窗设计，提高建筑物总体采光和通风能力，使教学楼既可满足基本教学实用性需求，同时又可将材料环保、美学和单一等优点融合在一起；另外，本教学楼中庭植被、阳光和空气使整个教学楼主体结构形成恢弘大气的生态中庭，不但可供校园师生使用，又可对外开放，体现了该校“开放包容”的现代发展理念。
多层教学楼顶层区域设有校园自用花厅，进一步凸显此建筑物的可辨识度。建筑大楼整体采用框架结构布置，使建筑物具有立面观感；同时，在教学楼主楼正面两侧疏散楼梯屋顶设计一个能够充分凸显建筑物立面特点的造型架构，使整个建筑物既恢弘大气，又不失现代时尚美感。在选择立面设计材料时，主要选择玻璃幕墙和浅棕色外墙砖，柱子和线条则采用白色和黄色外墙砖进行装饰；在色调上通过冷、暖搭配，呈现一种淡雅的风格，不仅明快简单，又充满典雅朴素的现代气质。详细设计结构示意图分别如下[3]：
（3）多层教学楼环保与节能优化设计
由于我们惠州市地处南方，因此在结构环保与节能设计时，需充分结合当地气候和环境特点，最大限度利用当地充足的光照和通风条件，加强建筑物节能与环保设计。在设备选择上，采用最新空调技术，尽可能降低设计、运营成本，提高师生教学空间的舒适性。同时，通过不同功能分区，进一步增强整个教学楼的通风效果。在教学楼顶通过设置绿化带，有效降小太阳辐射，起到良好的节能效果。
3.多层教学楼结构详细设计分析
在本多层楼结构详细设计中，主要针对建筑物结构形式、结构体系和结构布置三方面内容进行阐述。
（1）该多层教学楼结构设计采用的结构形式为钢筋混凝土框架结构，建筑物主体框架结构分别由梁、板、柱等构件通过节点连接组成。框架柱主要承担所有竖向荷载；梁板组成的楼、屋盖结构则作为承担各层荷载及传递给柱子的主要构件；风力及地震力等水平力则由整体框架结构共同承受。该结构形式不仅具有良好的耐火性，且取材便捷、成本低、刚度强度大、具有良好的延展性；最大优点是结构形式布置方便、灵活。该使其可承受整个建筑物的水平和竖向重力荷载；建筑围护由墙体结构完成，此种结构设计形式不仅灵活，且有效使用空间较大，教学楼整体抗震和耐久性大大提升。为了满足教学楼总体平面布置及符合规范要求，柱距按尽可能大跨度并不少于两跨的原则考虑，详细柱距设计结合了教学楼具体使用需求荷载和经济指标等因素合理调整。与此同时，结合教学楼平面布置方式，确定跨度和跨数，做到柱网设计的统一、协调。
（2）依GB 50223《建筑工程抗震设防分类标准》和GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》要求，教学楼应按其使用功能来确定其属于乙类建筑，对于乙类建筑而言，一般情况下应按高于本地区设防烈度度提升一度设防。所以在惠州市区新建的该多层框架教学楼抗震设防等级应为7度3级；由于各栋教学楼之间的连廊和主体连接处是设有变形缝的，所以可以对各楼分开进行独立框架计算，为了防止计算简图产生偏心扭转效应，采用对称形式合理布置楼层平面结构，尽量使楼层刚度中心保持接近楼层质量中心区域。本工程框架内力及基础均依据电算结果进行施工图设计；为保证结构的柔性底层柱轴压比控制在了0.8以内，各层梁板柱以优化后的电算结果为参考依据并结合经验调整截面及配筋。基础部分为沿上部结构柱网纵、横轴线设置了预应力混凝土管桩基础，并设250宽基础连系梁。
（3）在对该多层教学楼变形缝进行处理时，当现浇框架结构房屋长度大于55m时，除基础外，上部采用不同形式通过伸缩缝断开，缝宽设计满足防震缝宽要求。为了提高建筑物总体刚度和强度，同时保证建筑楼盖与墙体间有可靠的拉结，每不大于5米长度的墙设置了截面尺寸为200×200mm的钢筋混凝土构造柱，并且柱和墙体连接处都做了有效连接措施。
结束语
综上所言，教学楼是公共活动区域，其结构安全性与耐久性事关师生安危。尤其是多层框架结构的教学楼，在建筑结构设计中，更应该加固设计，提高建筑结构整体质量和设计水平，保证师生教学工作顺利进行。在此背景下，为了最大限度保证师生安全，本文通过某多层教学楼设计实践，有效提升了该多层建筑物结构设计质量和水平。
参考文献：
[1] 高宝宇.多层框架建筑结构设计探索[J].中国新技术新产品，2012，19（11）：155.
[2] 胡媛媛.多层建筑结构设计中主要问题探究[J].民营科技，2017，17（01）：159.
[3] 李志宇.基于多层建筑结构设计的框架结构问题及处理分析[J].城市建筑，2013，11（24）：341.
论文作者:林秋彬
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/13
标签：教学楼论文; 多层论文; 建筑论文; 结构论文; 建筑物论文; 结构设计论文; 平面论文; 《基层建设》2017年第13期论文;