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日本中小学校建筑抗震防灾经验研究

admin 2011-03-25 来源:景观中国网
日本现行建筑基准法规定中小学校建筑耐震性能的目标是:中等强度地震,即震级为5 度强度时,建筑不受损;大地震时,即震级6~7 度强度时,建筑虽然有受损的可能,但不会倒塌,对人的生命安全部造成威胁。

  日本中小学校建筑单体设计经验研究

 

  1结构设计

 

  作为应急避难场所的学校建筑的结构安全是其核心的设计要点,只有保证结构安全的前提,才可能发挥其他方面的作用。日本现行建筑基准法规定中小学校建筑耐震性能的目标是:中等强度地震,即震级为5 度强度时,建筑不受损;大地震时,即震级6~7 度强度时,建筑虽然有受损的可能,但不会倒塌,对人的生命安全部造成威胁。

 

  Is 值≥0.7

 

  在进行建筑的结构设计时,在增强结构的强度指标C 的同时加强韧性指标F,建筑拥有足够的韧性才能抵御地震所引起的摆动。E0=C (强度的指标)× F (韧性的指标),E0为影响结构抗震性能指标Is 值的最重要因数。

 

不同建筑的受力表现 (左-强度大,韧性小;右-强度小,韧性大)
[资料来源;日本文部科学省资料]

 

不同建筑的性能指标
[资料来源;作者根据日本文部科学省资料翻译整理]

  日本相关的建筑设计规范还规定,一般小学建筑结构设计为3 层以下,不得不超过时,应将主要教学空间布置于低层,同时不可超过5 层;中学建筑结构设计一般控制在4 层以下,不可超过6 层。设计时,建筑物的形状应该尽量规则方正,避免产生应力集中,导致构造性失衡而变形、扭曲,同时避免悬挑结构设计。考虑地震、风的水平力的设计。注意保证各层各方位配置足够的抗震墙,结构加固需要所设置的二次墙应与原有的柱子、梁等做好刚性连接,使二次墙与原有结构形成一个统一的整体结构。连廊、构架、烟囱等附属物应注意与主体结构的连接,教学楼、体育馆与连廊之间也应互相拉结,形成整体。加建、扩建工程同样要注意与原结构主体的连接。

 

  2交通流线设计

   长冈市立东中学校外部支援物资的 搬运流线及残疾人的避难流线
[资料来源:作者根据《学校设施防灾机能提高研究报告书(日)》]翻译整理

 

  交通流线设计上,应注意分区流线的设计,将开放与非开放部分区分开,使社区公共活动开展时较少的影响学生的正常上课。流线应尽量简明直接,特别是灾害时期作为收容人员的空间。为了保证非常时期能迅速的避难,一般应保证两条以上的疏散流线。灾害时期应确保复数的避难路径,平时不需使用的通道可作上锁管理,锁应可从内侧简易开启。

 

  竖向交通设计,必须满足上下课、体育运动等正常教学活动的交通需要,还应考虑学校开放时的人数规模,达到使用要求。另外,还应满足紧急时期作为应急避难场所时避难人员、医护人员及货物的交通需要。应该满足无障碍设计要求,方便残疾儿童、学校开放时的老年人及紧急避难时的伤残人士使用。在适当位置设置电梯,供残疾儿童、教职员,学校开放时的老年人使用,或供学校饮食等物品的搬运使用。建筑基准法规定,小学学校建筑楼梯设计,梯段宽度不应小于1400mm,踏面宽度不小于260 mm,每级踏步高度不大于160 mm;中学学校建筑楼梯设计,梯段宽度不应小于1400mm,踏面宽度不小于260 mm,每级踏步高度不大于180 mm。

 

  走廊 楼梯等为了满足日常使用及避难时的安全通行,应确保必要的采光,并保持整洁,通畅,不宜过多弯曲转折。建筑基准法规定,学校建筑走廊两侧布置教室或其他用房的,走廊净宽应不小于2300mm,其他走廊净宽不小于1800 mm。常在一些设计中,将走廊宽度设计到3 至4 米,在平时可提供较宽阔的课外活动空间,在灾情发生时又有利于人流疏散。

日本学校走廊空间 [资料来源:左-作者自摄,右-导师汤朝晖研究员拍摄]

 

  3各用房、设施设计

 

  作为避难所必要的空间包括两个主要部分:

 

  一是地域居民必要的避难生活空间,除了居住空间以外,还包括日常生活不可缺少的洗脸、淋浴、厕所、洗涤、更衣、炊事等空间;

 

  二是避难所必要的营运空间,营运职员和自愿参加者的办公室、会议空间,救护及赈济空间,休息空间,食品及其他救援物资的搬入、区分、保管、配给的空间,信息收集、传达、联络的空间等。避难居民的生活空间与避难所的营运空间应尽量划分在不同区域,避免相互的干扰。

  下面以长冈市立东中学校为例说明学校内各功能空间的布置特点。

 

长冈市立东中学校一层平面图
[资料来源:作者根据《学校设施防灾机能提高研究报告书(日)》翻译整理]

 
  ① 过渡空间
  ② 半室外空间,当有积雪或下雨的恶劣天气条件时,可以此空间代替室外广场进行救援。
  ③ 避难者各种需求所对应的设备的存放,包括暖气设备、床具、净水设备、临时卫生间、电视电话线路等。
  ④ 保健室进行救护活动,应有相应医疗设施。应与运动场、体育馆相连,一方面保证救护能及时开展,另一方面方便救护车辆的进出。
  ⑤ 开放区域。

 

  学校设计时各个功能空间的设计特点如下:

  普通课室——应根据需要预留水栓与给水、排水、插座等设备的空间。墙面确保安装足够面积的公告牌,随时更新地震及其他灾害的预报及避难时期的相关信息。

 

  美术教室、实验室等——注意挥发性高的涂料、实验药物等危险物品的安全存放,一般存放在准备室内,并应对药物及药品架进行适当的加固,保证牢固,防止地震时掉落伤人。

 

  保健室、教育咨询室(心理咨询室)——保健室应设置于与室内外运动场地紧密联系并且救护车容易到达的位置,同时应与教师办公室、保持联系,方便教师管理,还可靠近厕所,方便使用。保健室可考虑同时作为健康教育中心,故宜设置于便于访问、咨询的明显位置。教育咨询室(心理咨询室)可考虑与保健室联合规划,临近设置。

 

  特别活动室——特别活动室是为社区开放活动或学校逃生演练活动需要设置的特别用房,应预留足够的空间面积。

 

  广播室——般设计成双层地板,地板下埋设各种相应线路。

 

  教师办公室——应安排在适当的位置,办公室内设置防灾相关设备,安装火灾自动报警器、防排烟联动操作盘等,并设紧急用广播设备。教职工办公室应有良好的视线,门窗隔扇等应使用透明玻璃,保证教职员的视线可以观察到周围的情况,了解校内学生情况。考虑开放活动或灾害时期的校外人员的空间需要,为不同需要预留足够的空间。

 

  教师办公室等管理用房常在灾害时期作为避难所营业管理用房使用。

 

  运动设施设计——

 

  室内体育馆常在灾害时期作为避难场所使用,是紧急时期避难居民最主要的生活空间,应考虑自然通风、采光设计,设置厕所、更衣室、储备仓库等。体育馆的空间大小应考虑避难居民的数量,还应考虑避难居民的行李存放空间。

日本学校室内体育馆 [资料来源:左-导师汤朝晖研究员拍摄;右-作者自摄]

 

  在条件允许情况下尽量设置游泳池,并设置必要的监视室、急救处理的救护室、医务室等;灾害时可将游泳池内的水作为防火用水、厕所冲洗水等利用,经过过滤处理,还可以作为饮用水。用地面积不足情况下,可将游泳池设置于体育馆屋顶上,并做好屋顶防水处理。

 

  设备用房——为了满足作为区域的防灾避难场所的设备要求,需独立设置相应的设备用房,如发电间、水泵房、监控警报中心等。

 

  防灾仓库——校内明显位置设有储备仓库,存储应急物资,仓库可设置在建筑内的固定房间内,也可是放置在学校公共区域的柜式防灾仓库。应急物资主要包括:

 

  洗手间与浴室(组装式厕所等,是灾民最关注的问题)
  食物与水(面包、速食米、净水机-用于净化泳池水或消防水源供饮用)
  电气设备与通信设施(电话、电视、收音机等)
  供冷、供暖、照明、通风设施(如柴油发电机等)
  老年人、儿童与残疾人用品(如奶粉、纸尿裤等)
  医疗器材(如急救箱、担架等)
  其它生活物资的储备(卫生用纸、防寒物品等)

 

 

[NextPage]

  日本中小学校抗震防灾设计特点

  日本中小校抗震防灾设计首先是在结构上保证其安全性,结构设计要求高于一般建筑的标准。其次在规划、疏散设计时都考虑到作为避难场所的使用需要。预留足够的运动场面积,平时用于学生活动,灾害发生时供大量避难居民聚集、物资的运送及发放和其他各种活动。疏散空间相对宽裕,也是考虑到了避难时期大量避难居民聚集的疏散需要,在物资发放过程中,必要时还可以将应急物资暂时放置在走廊空间。除了室外运动场,日本中小学校一般都配有室内体育馆,体育馆一般规模不大,也没有设置固定座位席,这样体育馆整个完整的空间都能在灾害时期为附近居民提供暂时居住的空间。为了给避难者尽量提供舒适的居住环境,体育馆会考虑通风、暖气、照明等生活设备。校内一般设有仓库,储存体育设施和应急物资,一般设于体育馆、或室外运动场一侧,又或者是单独放置的物资储存箱。

 

植物、花盆

售卖机

其他家具

 

  日本中小学校在设计时不追求形式的新颖,而是提倡标准化。很多空间用房面积并不大,如教师办公室的人均面积,而是将更多的空间面积用于公共活动和疏散。日本虽然很重视室外运动场,运动场用地常占学校总用地的一半左右,但运动场也只是简单的平整地面,并没有铺设塑胶跑道或其他设施。

 

  为保证学校自身的安全,日本中小学校内配有适当的防灾设备和紧急报警系统。灾害发生后,学校作为避难场所是在市政府相关职能部门组织、学校领导和教职工配合下进行的,在学校作为避难所运营过程中,需要与各个部门、社会各组织以及居民取得联系、相互协调或发布消息,这就要求中小学校内配备必要的情报通信设备。

 

  日本对细节的考虑非常周到。在避难时期,厕所和淋浴间是最需要的设施,但学校内已有的厕所和淋浴间数量往往很难满足避难时的大量避难者的需要,故日本中小学校在设计时常在室外广场预留相应的上下水接口,供避难时期临时搭建厕所和淋浴间使用。另外,日本中小学校还特别考虑到避难时期的一些需要照顾的老弱病残人士,校内,一般在体育馆附近会设置无障碍卫生间,一些学校还设有电梯和特别为体弱老人、儿童设计的室内温度可调节的独立避难房间。

 

  日本中小学校抗震防灾设计是在长期的实践过程中经验累积的结果,即使是现在,很多相关的设计方法、配套设备设施以及学校的防灾计划也还在调整和完善中。

 

  日本中小学校在设计时即考虑了讲学校作为紧急避难场所,因应作为避难场所的各种需要,在设计上也有所反映。首先规划、疏散设计时都考虑到作为避难场所的使用需要,预留足够的运动场面积。建筑设计时要保证足够的抗震安全性能,不追求形式的新颖,疏散空间相对宽裕,一般都配有室内体育馆等。日本中小学校内还配有适当的防灾设备和紧急报警系统。在其他细部设计时,还考虑了在室外广场预留相应的上下水接口,供避难时期临时搭建厕所和淋浴间使用,无障碍卫生间,电梯和特别为体弱老人、儿童设计的室内温度可调节的独立避难房间等。

  日本中小学校建筑抗震性能提高的特点

 

  日本的抗震性能提高计划是在1995 年阪神大地震后全面展开的,至今已经持续了15 年,并且还在进行中。要在全国范围内全面的完成提高中小学校设施抗震性能的工程必然需要一个长期的过程。

 

  补强方法的不断研究、更新。在 1995 年以前,日本最常用的结构补强方法是加建钢筋混凝土结构墙,而在1995 年以后,钢架斜向支撑得到了很好的发展,成为另一个常用补强方法。除此之外,更多的新抗震加固方法还在研究、实践当中,如隔震技术、树脂抗震绷带、构造微缝等。不断的研究创新是日本抗震技术领先的保证,也是推动中小学校设施抗震性能提高的技术力量。

  注重抗震修复工程经验的总结,及时与社会交流分享经验。在经历地震后,注重抗震修复工程效果验证,对于有效的方法鼓励并推行,若发现问题,则及时探讨研究,寻找解决方法。

  重视非结构部件的改修,关注细节。认为抗震性能的提高并不仅仅是建筑结构的问题,而注意到非结构部件在地震中的破坏和影响。对细节的考虑,是日本相当突出的一个特点。

 

  提高中小学校建筑的抗震性能是中小学校作为应急避难场所的基本要求。抗震性能的提高包括结构抗震补强和非结构部件的改修两个方面。抗震补强可综合运用以下方法:加设钢筋混凝土结构墙、增加混凝土斜向支撑、屋盖水平拉结措施、钢架斜向支撑、翼墙、基础改造等增加建筑物强度的方法,以及柱子外包钢板或碳素纤维、柱下包钢带、减轻自重如体育馆轻质屋顶的替换、加设抗震缝等控制建筑构件变形的方法。非结构部件主要包括非结构建筑部件、设备以及用品三大部分,这些非结构部件都需要进行适当的改修和加固,保证一定的抵御地震作用的能力。这些抗震性能提高的工程都将在每年的修复工程计划的指导下完成。

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