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摘要：我国教育提倡“育人为本，德育先行”的理念，强调培养学生的创新能力和实践能力，以及对环境的敏感度和责任感。这一教育理念的转变直接影响到校园建筑的结构设计。设计师们开始更多地考虑如何通过空间布局和环境创设，促进学生的互动与合作，激发学生的创造力和探索精神。本文校园建筑结构的设计要点进行了分析，并结合具体案例，详细分析了校园建筑结构设计中存在的问题及对应策略。

关键词：校园建筑；结构设计；问题探讨

自改革开放以来，随着经济的快速发展和教育改革的深入推进，校园建筑的设计理念和实践也发生了非常明显的变化。以往学校建筑多采用功能主义风格，强调实用性和经济性，建筑布局多为封闭式，便于管理和控制，随着教育理念的不断改革，特别是进入21世纪，人们开始重视教育的人文关怀和学生的全面发展，校园建筑的设计也逐渐向开放、多元和灵活性转变。在新时代背景下，我国对中小学校园的建设给予了更高的重视。根据《中小学校设计规范》（GB 50 099—2011），国家对学校的环境布局、地理位置、入口与出口、建筑高度、楼层数量、空间净高以及消防和抗震安全等多个维度设定了详细的标准。因此，校园建筑结构的设计方案要遵循上述要求，为学生提供安全舒适的学习和生活环境，保证每个学生都能在安静和安心的环境中成长和学习。

一、校园建筑结构设计要点

（一） 基础设计

校园建筑的基础结构是指建筑物的下部结构，包含了基础和地下室等结构部分，其主要作用是将上部结构的荷载安全、可靠地传递到地基上，科学合理地设计校园建筑的基础结构能够有利保障建筑物的安全性、耐用性及经济性，关系到校园建筑的使用寿命，还直接影响到校园的安全环境和教学活动的正常进行。在进行校园建筑基础结构的设计时，需要准确计算建筑物的恒荷载、活荷载及环境荷载等荷载，基于这些数据设计师可以确定基础的类型和尺寸，确保基础能够承受上述荷载。基础的埋深应考虑到土壤的冻结深度、地下水位和土壤类型，基础的类型选择（如条形基础、板基础或桩基础）应根据建筑物的大小、地质条件及经济效益进行评估。设计时还必须严格遵循抗震和抗风的要求，抗震设计需考虑建筑物的动力特性和地震作用下的响应，采用适宜的抗震措施和加固方法，并兼顾施工的可行性和经济性，合理选择施工方法和材料。

（二） 结构体系

设计团队需针对建筑的受力特性、力的传导路径和传递方式进行详细分析，确立合适的结构方案，同时对建筑的抗震能力进行评估，并严格按照项目要求来设计建筑结构的承重能力、结构刚性和延展性。

1.平面布置

这里是校园建筑的上部结构，包含了学校建筑群的整体和各部分的平面配置，如教学楼、实验室、图书馆、体育设施及其他辅助设施的布局规划，这种布置必须充分考虑校园的功能需求和教育目标，遵循几个基本原则：一是安全性原则，所有建筑物和设施均符合国家安全标准；二是功能性原则，各功能区如教学区、生活区、行政区应根据其使用性质进行合理布局，在保障教学活动顺畅进行的同时，也能有效管理和维护学生的日常行为；第三是可达性原则，学生和教职工能够轻松到达任何一个功能区，特别是残疾人士的无障碍通行需得到充分考虑；第四是灵活性原则，校园布局应具备一定的灵活性，适应未来教育变革或扩展的不同需求。

2.竖向布置

校园建筑结构的竖向设计应遵循以下原则：①竖向设计必须保证建筑满足其特定功能需求，例如教学楼应支持灵活的空间布局，以适应不同教学活动，而宿舍楼则需考虑隔音和私密性以提高居住舒适度；②设计应考虑地形特征，合理配置建筑位置和高度，减少土方移动量；③道路和路径的合理规划，保障校园内部交通的流畅性；④有效解决水管理问题，设计号雨水排水系统和防洪措施，特别是在低洼或多雨地区要综合多方面因素考虑，以防水患影响校园运行；⑤根据学校所在地的地质和水文条件，选择适合的基础类型和深度。同时在设计时基地的地面坡度应控制在合理范围内，不小于0.2%，当坡度超过8%时，应通过设立台地并使用挡墙或护坡来处理高差。步行道的设计需要注意纵坡和横坡的设定，纵坡应控制在4%以内，为适应不同需求，校园内还应特别设置无障碍人行道，保障所有人的通行无碍，特别是满足残障人士的需求

（三） 结构分析

对校园建筑的结构进行计算不能只用电子自动测算，而是要结合以往的设计经验由人为主导，对梁、板、柱和墙等主要承重构件的力学性能进行评估，预测和验证这些结构在实际荷载作用下的响应情况。使用分析辅助工具时，需要创建详细的数学模型，该模型准确反映了建筑的几何形状、材料属性、边界条件和荷载，随后进行模态分析识别结构的自然振动频率和振型。在进行结构计算分析时，必须采用合适的计算软件，所用计算模型与实际结构的受力状态一致。为了更准确地预测结构的行为，有时需要构建多个模型进行分析，从实际应用的角度出发，选择恰当的力学模型和计算程序进行综合分析，即便是复杂的结构设计也能被有效地解析和处理。

二、工程概况

（一） 基础介绍

本项目有四栋主要建筑及其地下设施，包括1号至2号的四至六层教学与艺术楼，3号楼的单层体育设施，以及高达12层的4号学生宿舍楼（如图1）。此工程按乙类抗震标准构建，具有一级的建筑安全级别，并预定服务期限达50年。处于7度地震区，地震基本加速度设置为0.15g，归入地震设计的第一组。场所被划分为Ⅱ类，其特征周期定为0.45秒。同时，风力荷载的基准值规定为0.35 kN/m^2，并且场地的粗糙度被确定为B级。

（二） 结构体系

本项目的地下室为狭长型设计，其尺寸为220米长和近100米宽。地下室与地面上的建筑通过二层和三层的连廊相互连接，便于不同楼层间的通行。基于建筑功能和结构安排的需要，在地表层引入了六条防震缝，原本的四幢建筑被分隔为五个独立的结构单元（总平面图如图2）。

三、校园建筑结构设计关键问题及处理策略

（一） 多塔问题判别

项目西南侧的3号建筑规划为单层风雨运动场，层高达到9.1米。这座建筑的半地下层底部高于地下室底部1.85米，顶部则高于地下室顶部6.65米，这种设计使地下室在3号楼的部分形成了较大的开口，相当于在顶板上开设了较大的洞口。本项目中的每栋楼都配备了地下室，若地下室顶板无法作为嵌固端使用，则地下室会承担大底盘的角色，各栋楼连同地下室共同构成了一个多塔式的结构形态。由于4号楼高度为45.65米，该结构需按照高层建筑标准进行分类，项目中的建筑在层数、平面布局及结构刚度方面差异较大，尤其是位于地块最北部的4号楼，该建筑难以完全符合《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）的规定。在3号楼的周边结构设计中，加入了新的剪力墙，同时为门窗设置了适当的开口。这些新增剪力墙与地下室的边墙紧密结合，形成了一个完整封闭的地下室体系。经过全面的结构模拟与分析，结果表明地下室具有极高的侧刚度，当承受横向负荷时，其侧向的形变极小，基本可忽略。

（二） 单跨框架结构的判别

1号楼与2号楼部分采用了单跨框架结构，《抗震设计规范》的6.1.5条明确指出，对于乙类建筑，不推荐使用单跨框架结构。鉴于此项目建筑抗震设防类别属乙类，单跨框架结构的适用性直接关系到整个建筑方案的合规性和可行性，因此教学楼的设计特别采用了无分缝的整体计算方式，借助单跨结构在两个方向上互相支撑，形成了局部单跨的设计方案。但是，存在一个问题：1号建筑物沿Y轴的延伸长度为74.6米，这超过了《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010对于现浇钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大距离55米的要求。为此，设计团队提出了三个不同的解决方案：第一，对整个建筑增温和降温各25℃的模拟测试，使用有限元技术进行分析。分析结果表明，温度波动下，楼板的拉应力未超过C30级混凝土楼板的轴向抗拉强度极值2.01MPa。观测到最高的拉应力位于建筑的二楼，这一结果验证了楼板结构在常规温度变化下的安全性足够。第二，沿Y轴的中轴线，自上而下配置一道后浇带；第三，1号楼的楼板经过加固处理，最小厚度设置为120毫米，并实施了双层交错钢筋布置与附加增强钢筋的措施。

（三） 3#楼结构设计

3号楼设计为综合风雨操场，有底层的篮球场及顶层铺设1米厚土层的足球场。该楼结构层面高度达到9.7米，而柱间跨度从14.7米扩展至19.0米和21.5米，层高大且跨度广，需要承担较大的荷载，对建筑的净高也有较高的要求，由于其独特而复杂的建筑形态，结构设计过程中遇到了较多问题。

1.3#楼楼盖梁系比选

第一，对各种建筑材料进行了全面的评估和选择，使用钢结构方案可实现最优的建筑空间高度，但鉴于其需要符合特定的梁格设计要求，成本会增加，二纯混凝土梁柱方案费用低，却未能达到所需的结构高度标准。结合成本效益与功能性，多方对比型钢混凝土梁柱方案性价比高符合建筑高度要求。在与业主充分沟通和协调后，决定实施型钢混凝土梁柱方案来构建该项目。

第二，进行了次梁梁格设计方案的选择对比。结合建筑设计需求，次梁被安置在主梁间，与主梁等高。关于次梁的配置，存在两种布局：一种是较密集的5×4布局（即横向有5根次梁，纵向4根次梁，其他相同），另一种是较稀疏的4×3布局。在进行结构建模分析后，发现密集布局的5×4方案在配筋效益上并没有优于另一方案，且在建筑设计专业的建模评估中，4×3布局的认可度较高。因此，最终确定采用4×3的次梁布局方案。

2.3#楼底板抗浮桩比选

两种方案中抗浮桩的数量相同，但在Y方向上板跨较大时，处理方式有所不同。方案一选择使用一个四桩承台放置于板的中央位置，这样做的优点是在板跨变形最严重的区域集中安置抗浮桩，提升了抗浮效果；而方案二则采用两个双桩承台，均匀分布在板的中部，其优势在于可以使底板被划分成更小的单元。两种方案中，底板的配筋均采用了双层双向拉通加附加筋的方式，并且通长筋的设置相同，具体为：板顶双向使用C14@150，板底双向使用C12@150，只需对所需附加筋的单元数量和配筋尺寸进行比较。经过详细对比后，3号楼的底板抗浮处理决定采用方案一的桩基布局。

3.3#楼造型大样设计

3号楼风雨操场的设计个性化特征明显，在梁柱交汇部分，柱周围设计了大尺寸的弧形结构，其半径达到3米。设计初期，考虑通过这种弧形结构做成梁加腋，但发现此做法并不会降低混凝土梁的高度，因此决定使用型钢混凝土梁。

结束语：

由于校园建筑的用地受限且有创新设计的需求，结构设计过程会遇到较多障碍，在设计阶段，结构工程师必须评估多个方案，运用多种专业软件进行科学的计算与分析，让所选方案符合建筑设计的规范要求。

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