上海国际汽车城（集团）有限公司 201805
摘要：在中国，学校建筑物拥有大量的建筑体量，设施多样，人员密集，对各种资源和能源的需求量很大。在学校项目中实施绿色建筑有利于学生的健康成长和学习效率的提高；有利于培养具有“绿色”理念的公民；它还降低了学校的日常能源消耗和运营成本。随着中国大力推行“绿色建筑行动计划”，绿色学校建筑设计研究已迫在眉睫。本文首以实际案例为研究对象，对绿色理念下的学校建筑、结构设计进行了探讨和浅析。
关键词：绿色理念；学校建设；结构设计
引言
所谓的绿色建筑是指在建筑物的整个生命周期中最大限度地节约资源（节约能源，节约土地，节约用水，节约材料），保护环境和减少污染。为人们提供健康，适用和有效利用空间，以及与自然和谐相处的建筑。随着中国资源和环境问题的日益加剧，近年来，学校绿色建筑的设计理念已经提出并逐步普及。以绿色理念为导向，对学校建筑结构进行设计，其目的就是为了更好地节约各种资源，实现资源优化配置，实现人与自然、人与资源的和谐共处。
一、案例概述
该项目是华东师范大学附属的双语学校。学校致力于打造一个“源于中国-影响世界”的学校，成为建立于国际学校准则上的中国学校，基于中国的课程设计，提供一个真正具有全球化视野，反映21世纪前沿教育理念的教学环境。提供生态，人性化和智能化的校园设施。学校用地面积为4.5万平方米，由教学楼、宿舍楼、体育馆、食堂、连廊、门卫室、变电站和垃圾房共8个单体组成，以及室外篮球场、运动场组成。其中，教学楼，宿舍楼，体育馆，食堂，走廊是重点设防（B类）；保安室，变电站和垃圾房属于标准设防等级（C）；室外篮球场和运动场属于户外场地和结构。学校位于上海市嘉定区安亭新镇南安德路800号。属于绿色二星级建筑。总建筑面积：43326.21 ㎡；容积率：0.80；绿地率：35%。
二、绿色概念在学校建筑设计中的具体应用
1.与场地规划和室外环境相关的绿色建筑技术选择。
表1：与室外环境相关的场地规划绿色建筑技术选项
1.1 基本要求
场内是否存在任何威胁或危险源：无
洪水，泥石流，倾斜土壤，风切变，抗震区域（如地震断层带，液化土壤，人工填料等），电磁辐射（如电视广播塔，雷达站，通信发射器，变电站，高压电力线等），火灾，爆炸，有毒物质等（如油库，加油站，有毒物质车间等），以上都不是
1.2 土地利用
1）集约利用土地
公共建筑：规划用地面积：45008.6 ㎡；地上总建筑面积：36573.39 ㎡容积率：0.80
2）合理设置绿化
公共建筑：绿地面积：15753.43 ㎡，用地面积：45008.6 ㎡，绿地率：35（%）绿地向社会公众开放
1.3 室外环境
1）无玻璃幕墙
2）无室外夜景照明
3）室外风环境
a）冬季典型风速和风向条件下：
建筑物周围步行区的最大风速为1.5米/秒，室外风速放大系数为1.6。
除了风中的第一排建筑物外，建筑物的迎风面和背风面之间的风压差为0.5Pa。
b）过渡季、夏季典型风速条件下：
现场活动区X涡区√无风区；（有打√，无打X）
外窗的室内和室外表面之间的风压差超过50％可以增加0.5Pa。
4）降低热岛强度措施
太阳辐射反射系数不低于0.4：热反射道路路面、建筑屋面。
1.4 场地设计与场地生态
1）雨水基础设施：
硬质场地透水铺装：渗透性路面面积8431平方米，硬地面积16862.51平方米，占硬地面积的50％。种植砖，渗透性沥青，渗透性混凝土，透水地砖等。
2）地下室屋顶厚度为1.5m，地下室周长为800m。
3）合理选择绿化方式：
屋顶绿化：花园式 组合式 草坪式；屋顶绿化覆土厚度0.3m。屋顶面积为2062平方米，绿化屋顶面积为750平方米，屋顶绿化面积为360平方米，屋顶绿化高度为15.6米。
2、建筑设计与室内环境绿色建筑技术选项。
表2建筑设计与室内环境有关的绿色建筑技术选项
2.1 建筑节能设计
1）符合上海市建筑节能文件编制的规定。
2）可再生能源利用：□√太阳能热水 □太阳能光伏发电 □其他
3）太阳能集热板面积 188 ㎡，安装位置：□√屋面 □墙面 □阳台 □其他
2.2 室内声环境
1）建筑类型：□住宅 □√学校 □医院 □旅馆 □办公 □商业 □其他
2）主要功能房间的室内噪声级：□√高要求标准 □低限标准
3）表3主要功能房间室内允许噪声级表（可根据房间用途增加序号）
3）主要功能室外墙，隔墙，楼板和门窗的隔音性能
外墙材料名称：混凝土空心砌块，墙体自隔绝隔音材料，壁厚200毫米，空气隔音性能：45（dB），外窗玻璃组合隔热铝合金窗隔热条厚12 mm5 Low- e+9 A+5+9 Ar+5（高透光），空气隔声性能：30（dB），楼板材料名称：混凝土，地毯，地板隔音，隔音材料，地板厚度120毫米，空气绝缘：50（dB），
撞击声隔声量 65（dB），隔墙材料名称：加气混凝土砌块，局部吸音棉，墙体自保温隔音材料，壁厚200毫米，空气隔音性能：50（dB）。
4）减少噪声干扰的的措施
建筑布局合理，噪声源房远离噪声敏感的房间。
噪声或振动设施的隔音和隔振处理措施：墙体隔音地板隔音设备基础减振
5）专项声学设计
房间类型：多功能厅接待厅大型会议室
观众厅 其他 剧场
2.3 室内光环境
1）视野、视线及采光设计
公共建筑：主功能室可以通过外窗看到室外自然景观，没有明显的视线干扰。
2）主要功能房间采光系数
公共建筑：主要功能室照明系数符合率大于75％。
3）改善室内天然采光效果措施：天窗 反光板 导光管
主功能室采取合理措施控制眩光：内部遮阳伞和宿舍都覆盖着卷帘。
2.4 室内空气质量
1）公共建筑：主功能室的平均功能是2次/小时。
3、绿色理念在学校结构设计中的具体应用
3.1材料选择
为了能够最大限度降低能源消耗，符合国家绿色建筑设计标准，设计中在材料选择上以预拌混凝土，预拌砂浆为主，同时采用可循环材料钢筋、玻璃；内壁采用蒸压加气混凝土砌块，外墙采用混凝土空心砌块。
3.2设计技术
具体表1所示。
表1 与结构专业有关的技术内容
3.3结构设计分析
本次设计包括教学楼、体育馆、食堂、连廊、门卫室、变电站及垃圾房等几个部分，下面主要以教学楼的绿色结构设计为例，进行具体论述。
3.3.1桩型的选择
桩基设计时，尚考虑了下列问题：
首先，350 x350方桩的桩底持力层⑧1-1层粉质粘土的下卧层是⑧1-2层粉质粘土，300×300方形桩底承载层的○63-3层粉质粘土的下层是○81-1层粉质粘土。各个下层的PS值大于上层，因此不存在保持层下面存在弱的下层的情况。
其次，最上节桩的桩底接头位置位于③2 层灰色砂质粉土（可液化土层）以下。经核查，该层最低点绝对标高-13.920m，若要满足此要求，无地下室部分的上节桩长要16m 才能满足。如果使用PHC管桩，则第一部分的长度不够，因此使用预制钢筋混凝土方桩。
再次，抗拔桩接头考虑地下水对钢结构有弱腐蚀，角钢厚度和焊缝高度都预留2mm 的预留腐蚀厚度。由于桩顶都位于稳定水位以下，所以抗拔桩及抗拔试桩都考虑了裂缝宽度不大于0.3mm，并采用分段配筋。
最后，由于可液化土层大部分都位于地下室底板以下，局部层面最高点为：教学楼C6 孔（-0.920）和D6 孔（-0.810），液化土层面略高于基底绝对标高-1.100；所以，该部分采用局部超挖回填后，就不存在乙类建筑基础底面位于或穿越可液化土层的情况，抗浮稳定及底板反力计算中也可以不考虑附加浮力，外侧壁也不必考虑动态静止土压力。经核算沉桩压力，桩身强度需要考虑纵筋强度，所以桩顶箍筋加密区长度需要满足5倍桩边长。
3.3.2上部结构设计
该单元地上4层，高4.5米，室内和室外高差0.3米，总高18.3米。一层二层连为一体，三层四层分为西北的中学部、东北的礼堂和南侧的小学部三个塔楼。
①南侧小学部的西侧，在二层局部楼板缺失，中庭开大洞，都形成了穿层柱，计算长度按一层和二层层高总和的1.25倍取值。结合本单体的情况，采取以下措施：
②结构体系采用小型框架结构，框架的抗震等级为两级，大礼堂部分属于大跨度。框架的抗震水平为一级，剪力墙的抗震水平为两级。楼梯间周围的框架柱和局部板的框架缺乏应力集中。部分转换柱的转换光束和转换地震水平取一个等级。
③鉴于本单体东西向平面较长，多层建筑，所以偶然偏心取值为：东西向（X 向）0.05，南北向（Y 向）0.03，计算扭转位移比时采用部分刚性板假定。
④底层（不是地下室）框架的倾覆力矩控制在60%~80%左右，剪力墙仅起到改善多遇地震作用下的扭转性能，层间位移角按1/800控制，框架配筋按有剪力墙和无剪力墙两种工况的较大值进行配筋。当框架截面和钢筋与非剪力墙相遇时，罕见地震下的层间位移角不大于1/50。
⑤由于缺乏局部板坯和小板坯连接宽度的不利情况，小地震控制下的平面应力不大于板坯混凝土抗拉强度的标准值。在中期地震期间，钢筋在重力荷载和地震作用下不屈服，钢筋的强度为400 MPa（HRB400）。楼板厚度及配筋按此原则进行设计。三层为多塔大底盘，楼板厚度至少150mm。
⑥框架柱断面以700X700 为主，局部大跨部位局部加大到800X800 及800X1000。
3.3.3具体材料选择
①混凝土
桩：C35
地下室底板、外墙：C35（P6，利用45天后期强度）
柱：C50~C40，
梁板：C30~C35，局部C45（R45）
在地下室混凝土中加入一定量的抗裂防水剂或抗裂纤维，以抵抗混凝土的收缩应力。
②钢筋
HPB300，HRB400，部分色谱柱使用HRB500，预应力钢筋使用1860个高强度和低松弛钢绞线。
③钢材
Q235-B 与Q345-B。
三、结束语
绿色设计理念在学校结构设计中的应用已成为学校设计的一大趋势。结合学生的实际情况，从材料选择、设计技术以及桩型等几个方面入手，最大限度地减少学校使用期间的能源消耗和施工期间的环境污染。本文对嘉定区安亭新镇九年一贯制学校的绿色结构设计进行了分析，希望本文的研究能够为相关的设计者以及我国绿色学校的结构设计与发展提供一些建议和参考。
参考文献
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[3]李魁山，张旭.建筑热桥三维非稳态传热数值模拟分析[J].建筑科学.2015（12）
论文作者:杜春姝
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/11
标签：建筑论文; 学校论文; 室外论文; 结构设计论文; 混凝土论文; 局部论文; 地下室论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;