西安交通大学教学主楼群建筑分析

1、西安交通大学教学主楼群建筑分析土木工程概论论文 Chagalurpie摘要 西安交通大学教学主楼群建筑坐落于西安交通大学兴庆校区内，是一项构思新颖、功能齐全、施工精细，集教学、办公、科研为一体的智能化大型公共建筑群。工程设计巧妙，沿西安交大校园中轴线东西对称，以框架结构和框架-剪力墙为主。施工材料质量高，施工方法先进，且运用了多项新技术。该工程充分利用空间，尽可能的使该主楼群的作用达到最大。建筑群周围环境优美，温馨和谐。以其合理的布局，完美的设计，精细的施工，该工程于2007年获国家优质工程银质奖。关键词 主楼群 中轴对称 胭脂坡 建筑结构 施工 环境一、 概述西安交通大学教学主楼群工程位于西

2、安交通大学兴庆校区内，于2007年获国家优质工程银质奖。主楼群东面是康桥苑餐厅西边为西食堂和公寓楼，北面接四大发明广场与钱学森图书馆相望，南面由胭脂坡将其与思源学生活动中心隔开。主楼群由A、B、C、D四座四层楼和一个500座多功能学术报告厅以及一座23层的行政主楼E组成。行政主楼（E座），位于该工程的中心位置，主要是实验室和行政、科技、财务方面的办公室。四个体量基本均衡的4层教学楼（E座西北角开始，顺时针方向分别是A座、B座、C座、D座），主要是教室和报告厅。在A和B座之间的一层建筑为多功能学术报告厅，主要用于一些重要的报告会和交流会。工程总建筑面积为52944平方米，其中教学主楼A、B 11

3、192平方米，高层主楼E 28596平方米，多功能学术报告厅及大台阶1064平方米，教学C、D座11362平方米。西安交通大学教学主楼群为构思新颖、功能齐全、施工精细，集教学、办公、科研为一体的智能化大型公共建筑群，工程涵盖了给排水、建筑电气、智能建筑、通风空调、电梯等专业工程。该工程投资额10010万元，竣工决算价为21000万元。工程开工日期：2002年7月16日， 工程竣工日期：2006年3月23日，历时近四年，工程验收日期：2006年3月23日。设计单位为中国建筑西北设计研究院建设单位为西安交通大学基建处。承建单位为北京建工集团有限责任公司，承建内容是施工总承包监理单位为陕西中安监理公

4、司。二、 建筑布局分析教学主楼群整体对称，位于西安交通大学校园的中轴线上。A、B、C、D四座楼按逆时针方向排列，且围着主楼E（西安交通大学校园内的最高建筑）。A、B、C、D座与E座之间形成“众星捧月”的效果。E座与其他四座宽度相当，高度约是其他四座的4倍。主楼与周围的康桥苑和西食堂体量也相对和谐。虽然主楼群东西整体对称，但是南北却有很大差异，位于主楼E北面的A和B的形状却与E南面的C和D有很大的差异。A与B座之间除了在一楼相邻连接外，更重要的在二层有一个近似矩形的平台，该平台在实用角度看，可以使行人在两个楼之间的访问变得更快捷，从建筑美学角度分析也可以挡着两座楼与多功能学术报告厅之间看起来狭窄

5、的通道，从空中鸟瞰使人觉得平坦开阔。同时，在矩形平台的北面由一个台阶与四大发明广场相连接，这个台阶的存在使得整个建筑周围的格调分外和谐。四大发明广场与主楼A，B之间有一个巨大的高度差，如果没有这个台阶，行人站在平台上面难免觉得有一些害怕，此处设计的台阶可以有多重用处，由于台阶设计的开阔并且台阶两侧设有瞭望平台，因此既可用于大型活动的主席台，又可以让学生在上面晨读。而且，主楼群作为一座教学楼，理应以方便学生行走节约时间为目的，这个台阶使得学生可以更快的从教学区到达钱学森图书馆。CDEAB图6 教学主楼与康桥苑（左）、西食堂（右）的体量关系E座南面的C和D座的风格与北边的A和B截然相反，C、D这两

6、座楼东西对称，从空中俯视会看到两者之间明显的圆形连接桥以及一层明显的圆形小广场。从外观上看，主楼C、D构成了完美的圆形庭院结构，这样的设计很具美感，圆形本身就是非常完美的图形，而在建筑中如此设计则更是技高一筹。同样的，两座教学楼之间除了在一层可以互访外，在二层也可以通过环形通道达到相互访问的目的。在这里由于两个楼的设计均采用教学楼两者外边长方体垂直结构另一边柱形垂直结构，这就使得两个楼的一层之间有一个规整的且相对开阔的圆形小广场。这也许就是设计者为什么将主楼A、B在二楼用平台连接而将主楼C、D在二层仅仅用一个环形通道的原因。同时，在二层，主楼A、B、C、D均与主楼E相接与主楼的二层使得主楼群“

7、各成员”之间可以通过二层通道或平台快捷的相互访问。这些通道或平台也使得主楼群形成一个统一的整体而不会因为南北的不同布局而显得混乱。对称与平衡形成主楼群的秩序，这些虽然不提供美但可以产生美，从一定意义上讲，秩序，尽管不能保证美，却随美而来。我想，这项工程的设计师一定有一种秩序的力量包围着他。教学主楼C、D座与思源活动中心之间的胭脂坡是该工程周围布局的一大特色，其对教学主楼整个环境有着巨大的影响。以下是设计师对保留胭脂坡原因的阐述：一则因为坡上长满了树木，出于环保考虑也应保留；二则因为这片绿树遮挡了思源学生活动中心庞大的体形和南校门外杂乱的高层建筑物，起到了屏风的作用，便于营造出较好的环境气氛；三

8、则因为其历史价值；第四则是因为教学区南北中轴线上主楼以北的室外空间均为对称、平坦、规整的绿化或雕塑广场，风格雷同，利用胭脂坡可做出风格完全不同的室外空间。不对称的格局做为校园南北主轴线的收束似乎更加生动自然。设计者在胭脂坡上就着地势做了露天小剧场似的“纪念讲坛”，其讲坛背后恰好是一簇原有的小树丛，正对着主楼的中轴线。利用草坪、列柱和地面辅砌使圆形庭园与纪念讲坛拉接在一起，使其成为圆形庭园的自然延伸。从现在的效果来看，应当说胭脂坡的保留基本实现了作者的本意，既在主楼和思源活动中心间作了间隔，又成为了一处景观，在胭脂坡上修有一座亭子和诸多石凳，使得这里成为同学休闲晨读的好去处。三、建筑结构 高层和

9、超高层结构的主要结构形式有：框架结构，框架-剪力墙结构，剪力墙结构，框支剪力墙结构，筒形结构等。本工程中主楼A、B、C、D和多功能学术报告厅采用框架结构，23层主楼E采用框架剪力墙结构。对于教学楼A、B、C、D，由于需要在同一时间承受众多学生的重量以及建筑物本身的重量，采取框架结构是非常合理的。这是因为框架结构的受力体系有梁、柱组成，能很好地承受竖向荷载。而且更重要的是，这些建筑物均只有四层，水平荷载对建筑物的影响不大。但是，作为有23层的主楼E则需要采用抗剪能力很强以及抗压能力很强的框架-剪体墙结构。在框架-剪体墙结构中，框架与剪体墙协同受力，剪体墙承担绝大部分水平荷载，框架则以承担竖向荷载

10、为主，这样便大大减少柱子的截面。建筑抗震设防烈度为八度；抗震等级：教学主楼C、D为二级，一层环形露面为三级；主楼E为一级；教学A、B以及多功能学术报告厅为二级；剪力墙的抗震等级：仅主楼E设剪力墙，为一级。主楼E主体结构采用框架-剪力墙和型钢混凝土结构，结构抗震设防烈度八度，框架柱截面尺寸15001500mm。自十八层至屋顶有四根型钢混凝土柱及八根悬挑梁和四根主梁，主梁跨度23.1m，高程自75.03m-101.6m，总面积1500。基础结构：教学主楼以及E基础为钻孔灌注桩基础，多功能学术报告厅为独立柱基础。其中主楼E采用钢筋混凝土钻孔灌注桩筏板基础。230根钢筋混凝土灌注桩，桩径600-700

11、mm，类桩100%，基础底板标高为-11.5m，底板厚500mm。混凝土强度等级：最高为C50；钢筋：一级、三级。基础底板及外墙采用C40/P6刚性混凝土，底板厚500mm，外墙厚350mm，基础顶板厚300mm，混凝土施工符合设计、规范的标准要求，混凝土墙、柱、板、楼梯等构件尺寸准确，平整度最大偏差小于2，垂直度最大偏差小于2，混凝土试块强度和抗渗混凝土试块符合设计规范要求，混凝土实体回弹检测全部合格。查阅资料知，施工过程中设置沉降观测点12个，观测周期2002.11.27-2005.08.26，累计最大沉降量-18.19，最小沉降量-15.69，沉降量差值2.5，日均沉降量-0.0371/

12、日，沉降点的差异沉降量较小，为均匀沉降，沉降速率符合高层沉降规律。基础桩由陕西中机岩土工程有限责任公司施工，陕西省建设工程人工地基工程质量第二检测站检测。共设907个灌注桩，类桩100%，施工中严格控制，没有出现断桩问题，经过检测，低应变动力桩身波传播平均速度为453m/s，高应变动力实测单桩竖向极限承载力标准值7677KN，满足设计标准值6900 KN的要求。四、 施工的难点及新技术的应用难点1 地理位置的因素该工程位于西安交通大学校内，对文明施工、环境保护、现场周边安全以及交通运输和材料设备进出场，最大限度的降低施工噪音，提出了较高要求。2 质量目标高质量目标：陕西省长安杯、国家优质工程

13、。3 地基形式复杂土质为湿陷性黄土，地基承载力低，采用钢筋混凝土灌注桩筏板基础，形式复杂，要求精度高，给施工带来了一定的难度。4 结构形式复杂囊括钢筋混凝土和型钢混凝土结构施工，五个中厅，层高最高达15.6m，增加了施工难度。18层以上采用了型钢柱、型钢梁结构，各专业交叉作业，确保型钢梁柱交叉部位每根钢筋位置以及钢骨柱腹板和翼缘穿孔位置准确是施工难点。5复杂的外立面组合外幕墙由干挂烧毛板石材幕墙、铝合金窗及明框玻璃幕墙、7373面砖三部分组成。外檐为达到统一的整体效果，施工中力求外墙砖与干挂砖在色泽、分格上达到统一协调，为此在石材和面砖的材料选择、排版设计、现场放样上精益求精，充分达到了粗粮细

14、作的最佳效果。新技术推广的应用1深基坑支护和钻孔灌注桩基础施工技术该工程基坑南北长36.60m，东西长45.00m，开挖深度11.500m，施工场地狭小，主楼与临近群楼基础开挖深度悬殊较大，采用喷锚护壁护坡形式，随基坑开挖逐层施工，不需单独占用场地和作业时间，施工效率高。基础采用钻孔灌注桩筏板，既解决了湿陷性黄土地区深基础的结构安全问题，又加快了施工进度、降低了投资。2高强、高性能混凝土技术预拌混凝土：本工程共浇筑混凝土35330m3，混凝土强度等级C30C50，全部采用预拌混凝土，解决了施工场地狭小、污染、噪声等问题，确保了施工连续性和结构施工质量。超细活性掺合料：通过计算和试配确定混凝土中

15、各种材料的用量，在混凝土中掺加一定量的粉煤灰，降低了水泥用量，减小了水泥水化热对结构的影响，达到了提高工效的目的。高性能外加剂：本工程底板为C40抗渗混凝土，抗渗等级P6，施工又正处于冬季，确定冬季混凝土施工配合比，采用高性能外加剂WG-抗渗剂，综合解决了防水、泵送、防冻以及缓凝的问题，混凝土性能得了到极大的改善。3高效钢筋及粗直径钢筋连接技术新三级钢的应用：本工程的全部受力钢筋均采用新三级钢，总体施工面积52944m2，直径从12mm到36mm，新三级钢筋总用量约7000吨，大大降低了工程成本。该工程的竖向及水平钢筋18以上均采用了剥肋滚压直螺纹连接，共使用直螺纹接头86000个,提高了工效

16、，保证了质量。4新型模板体系以及脚手架应用技术该工程框架柱截面变化多，楼层超高，为了达到清水混凝土效果，尽量降低成本，针对不同部位采用了不同的模板选型：柱子模板采用可调截面定型钢模板；核心筒墙体采用定型大钢模；顶板模板采用15mm厚覆膜多层板，梁模板采用18mm厚覆膜多层板；楼梯采用定型钢模板，合理正确的模板选型保证了结构施工质量，混凝土结构内坚外美，减少了二次抹灰投入。楼板及梁支撑采用碗扣式脚手架支撑体系，减少了支摸、拆模时间，提高了架料利用率。5建筑节能和新型墙体应用技术该工程的重要部位的非承重墙体及外墙均采用粘土空心砖进行砌筑，其他部位采用GRC轻质隔墙，共采用粘土空心砖9000m3，G

17、RC板7500 m2；屋面保温采用挤塑板保温施工技术，极大地降低了建筑能耗以及土地资源的浪费，保证了施工质量。6新型建筑防水材料的应用技术新型防水材料应用：地下室、卫生间及屋面防水采用了聚氨脂涂膜、氯化聚乙稀及DZM-19多功能建筑胶组合防水。通过推广新型防水材料，提高了施工质量，防水一次验收合格率达100%，确保了安全和环保施工。7型钢混凝土技术该工程从地上18层至屋顶为型钢混凝土结构，总面积1500m2，钢结构总安装量101吨，型钢结构主梁跨度达23.1m。钢结构板材采用Q345B，钢柱全部采用钢板组拼焊接形式，钢板厚度大于36，钢构件连接采用大六角摩擦型高强螺栓，性能等级10.9S，使用

18、量达300副。8外墙玻璃幕墙和干挂石材技术；该工程的外墙立面均采用香槟色铝合金明框玻璃幕墙，四层以下采用花岗岩干挂石材幕墙，同时安装同材质的铝合金窗、采光顶、雨蓬、铝合金百叶窗、铝合金门等，形成本工程外立面的整体装饰效果。玻璃幕墙设计、施工简便易行，在装饰效果上简洁、大方；干挂石材施工流程简单，工作量少，对施工现场和建筑产品本身的污染小，具有施工速度快、工业化程度高的优点。9C-BUS照明、风管无法兰连接、玻璃钢夹砂管综合新技术应用该工程采用C-BUS智能控制系统，可以不通过计算机就直接设置输入与输出单元间的逻辑程序，能满足更高的照明需求，可独立运行，相对楼宇自控系统比较简单，完全满足对照明控

19、制的需求，并能保护灯具、节约能源、降低运行费用。屋面设三台冷却塔，管道均采用玻璃钢夹砂管，管径100mm、2500mm、4000mm、5000mm ，总长度420m。玻璃钢夹砂管耐腐蚀性，防汛抗蛀，耐热性、抗冻性好，工程寿命长、安全可靠，自重轻、强度高、运输安装方便，综合效益好。该工程通风管采用矩形无法兰风管连接，利用共板法兰风管流水生产线将与风管连为一体的铁皮一次压制成型，卡入用模具冲压的四角角卡，形成完整法兰，并在风管连接时，采用机械压制的铁皮抱卡连接，具有加工速度快，节省时间，风管安装质量高，严密性好的特点。五、 建筑的利用水平功能分区以A座一层为例分析教学楼室内的功能分区：主要部分是教室，分布在每层的三角；次要部分为洗手间和饮水处，与每间教室距离都不远；另外值得注意的是，教学主楼在设计的过程中特别增加了楼梯的数量，满足了突发状况人流疏散的要求。竖直功能分区以E座为例分析主楼的竖直功能分区：1F 档案馆17F校领导办公室2F 校务大厅18F3F 大学物理教学实验中心 实验室19F4F 20F5F 21F课题研究基地6F 人文学院22F新闻中心7F23F会议厅8F-1F机房9F法学院-2F停车场10F11F科技、行政、财务类科室12F13F14F15F16F 主楼在设计时是以