論安全性設計在中小學建筑設計的應用

魏亞帥

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

每個人都有責任和義務保護好中小學的學生，在安全面前，沒有任何問題是可以忽視的。中小學建筑設計的安全性決定了中小學生在使用過程中的人身安全。因此，設計者必須從安全性設計的角度出發(fā)，對學校和學校的建筑安全性進行深入的探討，保證學校安全性設計和學校的設計質量，這是設計者的責任，也是對社會的責任[1]。

1 “安全”在中小學建筑設計中的重要作用

時任國務院總理溫家寶曾指出，要實施全國中小學校舍安全工程，要把學校建成最安全、家長最放心的地方。這是對中小學和廣大中的建筑設計師們的一項具體要求和期望。中小學建筑的安全問題直接影響中小學生和學校的安全，而中小學生的安全則直接影響到千家萬戶的福祉、社會的安定和發(fā)展。作為學校和學校建筑參建方中的關鍵單位，建筑設計工作者對學校和學校的建筑安全負有直接的責任，因此要做到事無巨細，從各個方面考慮[2]。

2 教學建筑的安全設計要求

2.1 現(xiàn)行規(guī)范

在我國中小學校的建筑安全問題上，也有其自身的特點[3]。其中，建筑結構的安全要嚴格執(zhí)行2002 年《中華人民共和國防震減災法》及關于批準發(fā)布《城市普通中小學校校舍建設標準》的通知（建標〔2002〕102號）提出中小學應為鋼筋混凝土或混合結構、教學場所應為鋼筋混凝土框架。與此同時，應根據(jù)當?shù)氐淖匀磺闆r設置其抗震、抗風強度、選用適宜的建材等。在建筑設計的安全性上，中小學建筑的消防設計中則集中于樓梯的疏散，因為中小學校在短期內(nèi)往往會承受大量的人流，如放學、課間操時間，幾分鐘就能聚集數(shù)千人。雖然我國現(xiàn)有《建筑設計防火規(guī)范》《中小學校設計規(guī)范》等有關標準，但在實際應用中并未充分考慮到中小學的實際情況。除了樓梯間的寬度和有效寬度外，樓梯間的位置、數(shù)量和形式也直接關系到中小學校的消防安全。中小學疏散樓梯間一般設在教學樓的兩端，根據(jù)有關規(guī)定在室外走廊的兩個安全出口間的間隔可以使疏散距離延長5m，一般情況下該標準的目標群體是成人，而中小學校的疏散對象主要是中小學生。中小學生的民事能力和判斷能力往往比成人差，一旦發(fā)生災害，往往會使撤離工作變得更加困難。雖然中小學及其他公共建筑的人口密度較大，但其對校園周邊環(huán)境大多比較熟悉，仍采取像商場這樣不熟悉室內(nèi)環(huán)境的樓梯形式，存在不合理的之處。所以在此基礎上，應對中小學校的立面進行合理的規(guī)劃。

2.2 存在的安全風險

首先，一些中小學校的建筑結構采取了墻體承重的形式，這給小學的建筑帶來了安全風險。中小學是重點建設、重點防災設施，要制定更嚴格的建設要求、加強對工程質量的控制以確保小學建筑的基本安全。其次，由于學生群體和使用特性的特殊性，中小學校在建筑設計上要與其他公共建筑區(qū)分開來。由于資金、土地等原因，中小學校往往缺乏室內(nèi)或半室內(nèi)的活動場地，一些中小學校甚至沒有戶外活動的地方。造成這種現(xiàn)象一方面是因為現(xiàn)行規(guī)范不健全，另外一方面是設計者沒有充分考慮到中小學建筑的實際使用情況，造成了較大的安全隱患。最后，社會因素對中小學校的規(guī)劃也有一定的影響，比如中等和中等學校的建筑規(guī)劃通常設置為50 人為一班的初中和45 人為一班的小學。但是，隨著學齡人口的快速增加，初中的學生數(shù)量往往會增加到60 人，小學增加到80 人以上，這就造成了學生的居住和疏散方面的問題，同時也暴露出了一些隱患。因此，我國中小學校的有關規(guī)定仍需進一步完善，設計者在設計時要充分考慮到中小學的使用特點。實踐表明目前中小學校的設計安全隱患較多，相關部門與設計者要加強合作營造一個更加安全的校園環(huán)境[4]。

3 隔振結構的分析和設計

3.1 地震波的選擇

為了確保模型的準確性，需要將ETABS 和SATWE模式進行比較。通過比較，兩種不同的結構模式在結構質量、周期和各層間剪切強度方面均有較大的差別。為了滿足《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011—2010）（以下簡稱《抗規(guī)》）要求進行有限元計算出需要選擇5 個地震波（N11、N94、N18、TAF、N90）、2 個人工模擬時間、2 個人為波段（REN1，REN2）、7 條時間過程以及標準反應譜。這7 條時間過程以及標準反應譜基本相同，如圖1 所示。

圖1 7 條時間過程及標準反應譜

3.2 隔震支架的設置

在相同的隔震層中，各橡膠支座的垂直壓力應均勻分布，在圖2 中可以看到。

圖2 隔震支座平面布置

3.3 隔震支架的特性分析

主要包括隔震前后的對比，中震情況下的X 和Y方向的層間剪切應力在較大的地震作用下，支架的變形與受拉狀況。

3.4 隔震前、后循環(huán)分析

從結構的有限元計算可知，隔震橡膠支承可以顯著地提高結構的壽命，如表1 所示。

表1 結構周期對比

4 校園治安事件

近幾年，校園安全事件頻發(fā)，越來越受到公眾的關注，使中小學安全問題成為人們關注的熱點。在眾多的校園安全事故中，最普遍和最引人注意的就是發(fā)生在學校里的踩踏事件。從表2 可以看出近期學校的踐踏事件造成的嚴重結果。

表2 近幾年中小學發(fā)生的踩踏事故

由表2 可知，大部分事件都是在樓梯口發(fā)生的，盡管部分原因是因為中學生缺乏自我控制能力和判斷能力，但是從建筑設計的角度來看這類事故還是可以避免的。根據(jù)《中小學校設計規(guī)范》（GB 50099—2011）8.2.1 和8.2.2 條，中小學校建筑樓梯間的寬度，要求設計寬度是人流股數(shù)的整數(shù)倍，且人流的平均寬度為0.6m，最少要有2 股。《中小學校設計規(guī)范》8.2.3 條規(guī)定，地面4、5 層為1.05m，為100 人。然而，設計者們忽視了學生的年齡和使用特點，忽視了學生在短時間內(nèi)就會產(chǎn)生大量的人流。

5 消防安全在中小學校的應用

火災是繼建筑物安全后最容易引發(fā)災害的因素，而對中小學校來說其設計安全問題的關鍵在于建筑設計的消防安全。一旦著火損失是無法避免的，在我國中小學建筑設計中消防安全問題主要表現(xiàn)在樓梯間的疏散，這與前面的分析有一定的關系，但也有一定的區(qū)別。按照《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016—2014）5.5.13條規(guī)定，中小學建筑師一般都采取封閉的樓梯和室外的樓梯。但是該規(guī)范所指的主要對象是像購物中心這樣的人員密度較低的地方，雖然中小學建筑和其他公共建筑一樣也有大量的人聚集，但學生們對周圍的環(huán)境非常了解，仍然采取封閉式的樓梯，火災時也很容易導致疏散困難。

6 中小學建筑安全設計要點

6.1 中小學建筑的設計要嚴格遵循規(guī)范

學校和學校的建筑安全設計要嚴格遵守國家有關法規(guī)，同時要符合學校的安全管理法規(guī)[5]。目前我國中小學建筑設計安全規(guī)范尚不完善，目前的安全設計規(guī)范主要是根據(jù)《中小學校建筑設計規(guī)范》和《城市普通中小學校校舍建設標準》（建標〔2002〕102 號）進行的，安全設計中還應當包含防火、防災、安全、交通、餐飲設施、環(huán)境等設計，并滿足《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016—2014）中關于防火隔墻、安全出口、避難層的設計和《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011—2010）中關于隔震、消能減震設計、建筑結構抗震設計的相關規(guī)定。中小學教學樓雖然屬于人口稠密的建筑物，其使用者應對其內(nèi)部結構非常了解，必須明白適合于大型購物場所的建筑設計規(guī)范并不適合于中小學建筑。盡管采用密閉樓梯間進行消防設計，但考慮到學校建筑的特殊性應將其設計成樓梯式以實現(xiàn)大面積的消防安全。各教室的疏散門數(shù)量不能少于2 個，疏散門的寬度要根據(jù)實際情況來確定，同時，每扇疏散門的凈通道寬度不得低于0.90m。另外，我國中小學建筑結構的抗震設計，必須符合《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）規(guī)定，也要根據(jù)《工程場地地震安全性評價》（GB 17741—2015）的規(guī)定，進行相應的抗震設計。根據(jù)《建筑工程抗震設防分類標準》（GB 50011—2011）的規(guī)定，學校建筑為B 類（重點），其設計強度要高于本區(qū)域的1度。設計者還要充分考慮到國家的實際情況，為中小學建筑的負荷設計預留足夠的空間。

6.2 在小學和中學建筑的安全設計

（1）建筑主體的朝向應當選擇朝向最好的方向。對于建筑的要求比較高，比如教室，宿舍，辦公室，科技活動室，多功能教室，食堂，自然科學教室。采光需求較低的是洗手間、器材室、儲藏室。根據(jù)實際的要求對不同的房間按一定的順序進行布局。同時，還要考慮到建筑的隔熱、隔音、采光、日照和地理位置。比如，為了方便與外界交流，行政大樓必須靠近校門。而在一般的教室設計中，通常采用的是長方形的教室。長方形教室的窗戶必須安裝在教室的外墻上，這樣可以確保從學生的左側進入，而在單層走廊的話，則可以采用兩個方向的光線，但最大的采光窗還是在外面。根據(jù)各功能房的特點，在規(guī)劃的時要根據(jù)具體的規(guī)范和需求，對各個功能的房間進行科學的安排。

（2）噪音阻隔裝置。教學樓與實驗樓，圖書館與教學樓的長邊距離不能小于25m，教學樓的長邊和操場的距離不能小于25m，實驗樓、圖書館、辦公樓的長邊之間的間隔不能小于15m。

（3）綜合考慮建筑的采光間隔和防火間隔。為了改善校園的衛(wèi)生狀況，改善學習環(huán)境，必須在建筑與建筑之間留出一個不受日照影響的空間，并在建筑與建筑之間留出適當?shù)拈g距，滿足特定的日照要求，建筑的日照時間根據(jù)有關規(guī)定，在冬至的時候，有兩個小時的窗戶日照，建筑的耐火性必須滿足《建筑物設計防火規(guī)范》的規(guī)定。

（4）學校主要建筑應加強對地形的利用，保證最佳的朝向、隔音、通風、照明時間、供電系統(tǒng)、環(huán)保系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。

（5）建筑物的隔熱要求采用綠化環(huán)境、圍護隔熱、遮陽、通風等措施。建筑的朝陽面，特別是東、西兩個方向的窗子，應采取遮陽措施。在建筑的設計中，應該將陽臺和走廊等的處理方法結合起來，達到建筑的遮陽效果。加強西墻、東墻和屋頂?shù)谋兀梢圆捎孟窦託饣炷吝@樣的低導熱系數(shù)的建材。

7 結語

作為智力發(fā)展和教育發(fā)展的物質基礎，教育教學是社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代社會進步發(fā)展的決定前提。本文從學校的使用功能及安全性出發(fā)對中小學建筑的設計進行了重點探討，在進行校園建筑的設計時，既要兼顧美感又要兼顧經(jīng)濟、安全。確保學校和學校建筑的安全和其設計安全是保證學生安全的前提。應注重設計細節(jié)、嚴格執(zhí)行國家有關規(guī)范以及針對不同區(qū)域采取不同的應對措施來確保中小學生的安全。同時，由于學校對建筑功能的要求多種多樣，所以在進行設計時，要對問題進行具體的分析以達到既有設計的安全性又有藝術美感。