高烈度地区钢结构学校校舍建设

洋县书院 武功县普集 宝鸡八鱼 宝鸡八鱼中
中学教学 镇中心小学 中学教学 学宿舍食堂
综合楼 教学楼
综合楼
综合楼
用钢量
50.5
51.4
56.7
53.3
（kg/m2）
基础造价
125
126
120
113
（元/m2）
主体造价
643
653
615
600
（元/m2）
土建造价
695
654
710
710
（元/m2）
合计 （元/m2）
32 中国建筑金属结构 2009 ／ 08
2． 钢 结 构 自 重 轻 。 钢 结 构 的 容 重 虽 然 较 大 ， 但与其它建筑材料相比， 它的强度却高很多， 因 而当承受的荷载条件相同时， 钢结构要比其它结 构轻， 对基础的要求相应降低， 可降低基础造价。
同样跨度、 同样荷载的屋架， 钢结构是混凝 土的 1/3～1/4。 如为轻型钢结构 18 米跨屋架， 混凝 土重 3700kg， 冷弯型钢仅有 579kg， 重量仅为混凝 土 的 1/16， 如 果 用 张 拉 结 构 重 量 还 要 轻 。 比 混 凝 土结构减少地震反应 1.4-1.8 倍）
西 安 建 筑 科 技 大 学 于 2008 年 5 月 20 日 向 陕 西省政府提交了 “灾区中小学校舍建设项目建议 书”， 得到了省政府的高度重视。 陕西省副省长朱 静芝当日即批示建设三所试点学校， 并责成教育 厅牵头， 建设厅、 财政厅配合， 西安建筑科技大 学负责设计。 三个试点学校分别是： 汉中洋县书 院初中城东校区， 武功县普集镇中心小学， 宝鸡 渭滨区八鱼初中。
（1） 汉中洋县： 非采暖地区，基本风压 0.3kpa， 抗震设防烈度 6 度 （0.05g）， 教学楼为 3 层， 行政 办公楼为 3 层。
基础形式为独立基础加拉梁， 上部结构为 H 型钢柱、 H 钢梁， 钢柱与基础短柱刚接， 梁柱刚 接， 柱距 3m、 4.2m， 层高 3.9m。
楼为 5 层， 层高 3.9m， 宿舍楼为 5 层， 层高 3.6m。 基础形式为柱下条基加拉梁， 上部结构为方
（矩形） 钢管混凝土柱、 H 钢梁， 钢柱与基础短柱 刚接， 梁柱 刚接， 教 学 楼 柱 距 5.1m， 宿 舍 楼 柱 距 3.6m。
（2） 武功普集镇中心小学： 采暖地区， 基本 风 压 0.35kpa， 抗 震 设 防 烈 度 7 度 （0.15g）， 教 学 楼为 4 层。
基础形式为柱下条基加拉梁， 上部结构为方 （矩形） 钢管混凝土柱、 H 钢梁， 钢柱与基础短柱 刚接， 梁柱刚接， 柱距 4.2m， 层高 3.9m。
三、 试点项目的落实情况
基于以上几点， 钢结构学校的试点工作得到 了各方面的支持。
各县 （区） 人民政府、 教育局、 项目学校、 设计单位、 施工单位、 监理单位和施工图审查机 构高度重视此项工作， 加快项目建设进度， 按照 急事急办、 特事特办的原则， 以确保按时完成建 设项目。
2008 年 8 月底， 西安 建 筑 科 技 大 学 建 筑 设 计 研究院和陕西省机械化施工公司分别对三个试点 学校进行了现场踏勘工作， 然后开始进入学校整 体规划和单体建筑方案的设计。
宝鸡渭滨区八鱼中学为在现有学校基础上进 行拆除和加建， 因此进度较慢， 目前已进入上部 结构的施工阶段。
四、 结构设计概况
三个钢结构试点学校属于灾后重建项目， 由 省教育厅统一规划和部署。 因此， 工程造价限定 为 1500 元/m2 （与钢筋混 凝 土 框 架 结 构 持 平 ）， 其 中包括建安费、 设计费、 审图费、 监理费。
经过大量的方案试算对比， 并结合学校教室 的特点， 综合考虑结构安全、 工程造价和建造工 期等因素， 我们选用了小柱网钢框架的结构形式， 楼板采用钢筋桁架模板现浇混凝土楼板系统， 墙 体材料为蒸养加气混凝土砌块 （在采暖地区做外 保温系统）。
建筑钢结构
钢筋桁架模板
蒸养加气混凝土砌块
1. 三个工程建 设地的自然 条件、 设 计 要 求 及 结构形式简介
2008 年 11 月上旬， 汉中洋县书院初中已进入 施工阶段。 武功普集镇中心小学和宝鸡八鱼初中 也于 12 月初进入施工阶段。
汉中洋县书院初中整体规划图
武功普集镇中心小学整体规划图
宝鸡渭滨区八鱼中学整体规划图
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截止目前， 汉中洋县书院初中和武功普集镇 中心小学均已完成主体结构。
3. 钢结构材质 均匀， 符合力 学 计 算 假 定 。 钢 材的内部组织比较均匀， 非常接近匀质和各向同 性体， 在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。 这些性能和力学计算中的假定比较符合， 所以钢 结构的计算结果较符合实际的受力情况。
4． 钢 结 构 制 作 简 单 、 精 度 高 ， 施 工 周 期 短 。 钢结构工业化程度高， 施工速度快， 施工周期约 为传统结构的 1/3 左右。 可以大大缩短投资资金的 占用周期， 提高资金的使用效率。 各部件现场组 装， 湿作业少， 噪声、 粉尘和建筑垃圾少， 施工 作业受天气或季节影响较小， 符合文明环保的建 筑施工要求。
7. 钢结构的气 密性和水密 性较好 。 采 用 与 钢 结构体系配套的轻质墙体等新型材料， 具有良好 的隔音、 保温性能， 符合建筑节能的要求。
8. 结 构 空 间 开 阔 ， 建 筑 面 积 能 够 合 理 分 隔 ， 使用灵活， 户内空间可多方案分割， 满足用户的 不同需求。 由于钢结构断面小， 能有效增加室内 使用面积， 户内有效使用面积一般提高约 3％～6％。 冷弯薄壁型钢一般可增加 4-8%。 以冷弯薄壁型钢 住宅的增加有效使用面积一项为例， 目前城镇住 宅建造量为 7.26 亿平方米， 其中 7 层以下占 80%， 如用冷弯型钢结构则可增加使用面积 4350 万平方 米 。 按 每 户 100 平 米 计 算 ， 可 多 解 决 43.5 万 户 。 按每户 3.5 人计， 每年可多解决 152 万人的住房问 题。
一、 钢结构的优点
与传统结构体系相比， 钢结Байду номын сангаас具有以下显著 的优点：
1． 钢材强度高 ， 塑性、 韧性好 （延 性 破 坏 模 式， 能做到大震不倒）。 钢结构框架能充分发挥钢 材的强度高、 延性好、 塑性变形能力强等优点， 从而具有更强的抗震、 抗风能力， 一般不会因为 偶然超载或局部超载而突然断裂破坏， 对动力荷 载的适应性较强， 增加了学校建筑的安全性和可 靠性。
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土建部分包括墙面、 楼面、 门窗、 粉刷、 保温、 管线 布置等。
这无疑给建筑设计、 结构设计和施工方的管 理带来了挑战。 建筑设计在满足保温、 隔音等基 本要求时， 力求做到建筑立面美观简洁， 平面布 置合理。 结构设计在保证建筑安全性的前提下， 不断改进方案， 控制用钢量， 降低材料成本， 力 争在安全性和经济性之间寻求最佳平衡点。 施工 方需要提高工作效率， 制定高效的施工组织进度 计划， 在指定的工期内， 保质保量的完成建设任 务。
1. 国家自然科学基金项目： 钢结构高等分析。 2. 国家自然科 学基金项目 ： 半 刚 性 钢 框 架 内 填钢板剪力墙结构体系。 3. 陕西省自然 科学基金： 新 型 方 光 管 混 凝 土 柱-钢梁节点性能研究。 4. 陕西省教育 厅专项科研 基金 ： 偏 心 支 撑 在 现代钢结构应用的试验与理论研究。 5. 陕西省自然 科学基金： 钢 板 剪 力 墙 在 钢 结 构中的受力性能研究。 6. 山东莱钢建 设有限公司 项目 ： 多 层 钢 框 架 新型结构体系的试验与理论研究。
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建筑钢结构
2008 年 9 月底， 规划 和 单 体 方 案 得 到 了 省 政 府和省建设厅的认可， 并提交当地教育局和学校 进行确认。
2008 年 10 月中旬， 开始进入施工图阶段。 11 月底全部完成施工图设计工作， 并通过施工图审 查。
抗震试点中小学校建设方案的汇报， 以及省教育 厅关于新建校舍项目进展和资金筹措情况的汇报。
特事特办。 省政府、 省建设厅指定由西安建 筑科技大学进行项目设计、 陕西省机械化施工公 司进行项目施工、 陕西兵器建设监理咨询有限公 司进行项目监理、 中国建筑西北设计研究院有限 责任公司进行施工图审查， 并不再招标。
9. 制成的构件运到现场拼装， 采用螺栓连接， 且结构轻， 故施工方便， 现场作业量小。 钢结构 施工机械化程度高， 施工速度快， 施工周期短， 降低人工成本， 已建成的房屋构件更换、 维修、 改造方便。
10． 绿色环保、 符合可持续发展战略。 从为子 孙后代负责的角度讲， 应尽可能减少或不用混凝 土结构， 五十年后它将是很难处理的垃圾， 炼钢 所产 生 的 二 氧 化 碳 是 烧 制 水 泥 的 20%， 消 耗 的 能 源比水泥少 15%。
（3） 宝鸡渭滨区八鱼中学： 采暖地区， 基本 风 压 0.35kpa， 抗 震 设 防 烈 度 7 度 （0.15g）， 教 学
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建筑钢结构
2. 钢筋桁架模板现浇混凝土楼板系统优特点 （1） 经济 钢筋桁架受力模式合理， 选材经济， 综合造 价优势明显。 可设计为双向板。 可调整桁架高度和钢筋直 径拟适用于跨度较大的楼板。 （2） 便捷 现场钢筋绑扎工作量可 减少 60%～70%， 现场 钢筋绑扎量在 2~3kg/m2 之间， 可进一步缩短工期。 桁架受力模式可以提供更大的楼承板刚度， 可大大减少或无需用施工用临时支撑。 （3） 安全 力学性能与传统现浇楼板基本相同， 楼板抗 裂性能好。 耐火性能与传统现浇楼板相当， 优于压型钢 板组合楼板。 底模不参与使用阶段受力， 不需考虑防腐问 题。 （4） 可靠 钢筋排列均匀， 上下层钢筋间距及钢筋保护 层厚度有可靠保证。 楼板双向刚度相近， 有利于建筑物抗震。 栓钉焊接质量更容易保证。 3. 钢筋桁架模板现浇混凝土楼板系统
西安建筑科技大学是一所以土木工程为主， 兼有其它学科的多科性大学， 是国内著名的土木 类院校之一， 结构工程专业于 2002 年被评为国家 重点学科， 其中钢结构方向在国内外有相当的影 响， 是国内第一个建筑钢结构的博士授权单位。 几十年来， 在国内外知名专家陈绍蕃教授的带领 下， 多次承担了国家级省部级科研项目， 还承担 了国家自然科学基金、 冶金部、 陕西省基金等以 及企业委托的科研项目， 取得了一系列的重大研 究成果。 近期科研项目情况：
11. 可最大限度的满足建筑师的要求， 造型奇 特、 构件复杂等等。
二、 陕西省钢结构学校试点的技术支持
副省长朱静芝在接到西安建筑科技大学的建 议后当即批示， 并多次主持召开省教育系统抗震 救灾暨恢复重建工作领导小组会议， 专题研究全 省地震灾区学校恢复重建试点学校建设方案， 听 取了西安建筑科技大学关于地震灾区新型钢结构
运输
堆放
铺设
管线布置
纵向拼接
横纵拼接
整体效果
混凝土浇筑
型钢柱和方 （矩形） 钢管混凝土柱。 原因如下： （1） 汉中洋县抗震设防烈度为 6 度， 因此 H
型钢柱能满足强度和稳定的要求， 且在中震作用 下， 能保证钢柱不屈服。
5. 钢结构住宅 施工时大大 减少 了 砂 、 石 、 灰
建筑钢结构
的用量， 所用的材料主要是绿色可回收或降解的 材料， 属环保型建筑。 在建筑物拆除时， 大部分 材料可以再生或降解， 不会产生很多垃圾， 符合 节能减排， 建设节约型社会的需求。
6. 制作简单、 精 度高、 施工快 ， 不 受 季 节 限 制。 构件制作工厂化、 机械化， 商品化程度高， 制作简便， 质量稳定， 精确度高， 有利于降低成 本， 实现建筑技术的集成化和产业化。
建筑钢结构
高烈度地区钢结构学校校舍建设
郝际平
引言
2008 年 5 月 12 日下午 14 时 28 分， 在我国四 川省汶川县发生里氏 8.0 级强烈地震。 造成近八万 人遇难， 损失逾千亿元。 学校、 医院等人员较为 聚集的重要公共建筑也发生大面积倒塌。 倒塌的 大部分为砖混房屋和钢筋混凝土框架房屋。