日本中小學校建筑抗震防災經(jīng)驗研究

　　日本中小學校建筑單體設計經(jīng)驗研究

　?。苯Y(jié)構(gòu)設計

　　作為應急避難場所的學校建筑的結(jié)構(gòu)安全是其核心的設計要點，只有保證結(jié)構(gòu)安全的前提，才可能發(fā)揮其他方面的作用。日本現(xiàn)行建筑基準法規(guī)定中小學校建筑耐震性能的目標是：中等強度地震，即震級為5 度強度時，建筑不受損；大地震時，即震級6~7 度強度時，建筑雖然有受損的可能，但不會倒塌，對人的生命安全部造成威脅。

　　Is 值≥0.7

　　在進行建筑的結(jié)構(gòu)設計時，在增強結(jié)構(gòu)的強度指標C 的同時加強韌性指標F，建筑擁有足夠的韌性才能抵御地震所引起的擺動。E0=C (強度的指標)× F (韌性的指標)，E0為影響結(jié)構(gòu)抗震性能指標Is 值的最重要因數(shù)。

不同建筑的受力表現(xiàn) （左-強度大，韌性小；右-強度小，韌性大）
[資料來源；日本文部科學省資料]

不同建筑的性能指標
[資料來源；作者根據(jù)日本文部科學省資料翻譯整理]

　　日本相關的建筑設計規(guī)范還規(guī)定，一般小學建筑結(jié)構(gòu)設計為3 層以下，不得不超過時，應將主要教學空間布置于低層，同時不可超過5 層；中學建筑結(jié)構(gòu)設計一般控制在4 層以下，不可超過6 層。設計時，建筑物的形狀應該盡量規(guī)則方正，避免產(chǎn)生應力集中，導致構(gòu)造性失衡而變形、扭曲，同時避免懸挑結(jié)構(gòu)設計?？紤]地震、風的水平力的設計。注意保證各層各方位配置足夠的抗震墻，結(jié)構(gòu)加固需要所設置的二次墻應與原有的柱子、梁等做好剛性連接，使二次墻與原有結(jié)構(gòu)形成一個統(tǒng)一的整體結(jié)構(gòu)。連廊、構(gòu)架、煙囪等附屬物應注意與主體結(jié)構(gòu)的連接，教學樓、體育館與連廊之間也應互相拉結(jié)，形成整體。加建、擴建工程同樣要注意與原結(jié)構(gòu)主體的連接。

　　2交通流線設計

 　　長岡市立東中學校外部支援物資的 搬運流線及殘疾人的避難流線
[資料來源：作者根據(jù)《學校設施防災機能提高研究報告書（日）》]翻譯整理

　　交通流線設計上，應注意分區(qū)流線的設計，將開放與非開放部分區(qū)分開，使社區(qū)公共活動開展時較少的影響學生的正常上課。流線應盡量簡明直接，特別是災害時期作為收容人員的空間。為了保證非常時期能迅速的避難，一般應保證兩條以上的疏散流線。災害時期應確保復數(shù)的避難路徑，平時不需使用的通道可作上鎖管理，鎖應可從內(nèi)側(cè)簡易開啟。

　　豎向交通設計，必須滿足上下課、體育運動等正常教學活動的交通需要，還應考慮學校開放時的人數(shù)規(guī)模，達到使用要求。另外，還應滿足緊急時期作為應急避難場所時避難人員、醫(yī)護人員及貨物的交通需要。應該滿足無障礙設計要求，方便殘疾兒童、學校開放時的老年人及緊急避難時的傷殘人士使用。在適當位置設置電梯，供殘疾兒童、教職員，學校開放時的老年人使用，或供學校飲食等物品的搬運使用。建筑基準法規(guī)定，小學學校建筑樓梯設計，梯段寬度不應小于1400mm，踏面寬度不小于260 mm,每級踏步高度不大于160 mm；中學學校建筑樓梯設計，梯段寬度不應小于1400mm，踏面寬度不小于260 mm,每級踏步高度不大于180 mm。

　　走廊 樓梯等為了滿足日常使用及避難時的安全通行，應確保必要的采光，并保持整潔，通暢，不宜過多彎曲轉(zhuǎn)折。建筑基準法規(guī)定，學校建筑走廊兩側(cè)布置教室或其他用房的，走廊凈寬應不小于2300mm，其他走廊凈寬不小于1800 mm。常在一些設計中，將走廊寬度設計到3 至4 米，在平時可提供較寬闊的課外活動空間，在災情發(fā)生時又有利于人流疏散。

日本學校走廊空間 [資料來源：左-作者自攝，右-導師湯朝暉研究員拍攝]

　　3各用房、設施設計

　　作為避難所必要的空間包括兩個主要部分：

　　一是地域居民必要的避難生活空間，除了居住空間以外，還包括日常生活不可缺少的洗臉、淋浴、廁所、洗滌、更衣、炊事等空間；

　　二是避難所必要的營運空間，營運職員和自愿參加者的辦公室、會議空間，救護及賑濟空間，休息空間，食品及其他救援物資的搬入、區(qū)分、保管、配給的空間，信息收集、傳達、聯(lián)絡的空間等。避難居民的生活空間與避難所的營運空間應盡量劃分在不同區(qū)域，避免相互的干擾。

　　下面以長岡市立東中學校為例說明學校內(nèi)各功能空間的布置特點。

長岡市立東中學校一層平面圖
[資料來源：作者根據(jù)《學校設施防災機能提高研究報告書（日）》翻譯整理]

 
　　① 過渡空間
　?、?nbsp;半室外空間，當有積雪或下雨的惡劣天氣條件時，可以此空間代替室外廣場進行救援。
　　③ 避難者各種需求所對應的設備的存放，包括暖氣設備、床具、凈水設備、臨時衛(wèi)生間、電視電話線路等。
　　④ 保健室進行救護活動，應有相應醫(yī)療設施。應與運動場、體育館相連，一方面保證救護能及時開展，另一方面方便救護車輛的進出。
　?、?nbsp;開放區(qū)域。

　　學校設計時各個功能空間的設計特點如下：

　　普通課室——應根據(jù)需要預留水栓與給水、排水、插座等設備的空間。墻面確保安裝足夠面積的公告牌，隨時更新地震及其他災害的預報及避難時期的相關信息。

　　美術教室、實驗室等——注意揮發(fā)性高的涂料、實驗藥物等危險物品的安全存放，一般存放在準備室內(nèi)，并應對藥物及藥品架進行適當?shù)募庸?，保證牢固，防止地震時掉落傷人。

　　保健室、教育咨詢室（心理咨詢室）——保健室應設置于與室內(nèi)外運動場地緊密聯(lián)系并且救護車容易到達的位置，同時應與教師辦公室、保持聯(lián)系，方便教師管理，還可靠近廁所，方便使用。保健室可考慮同時作為健康教育中心，故宜設置于便于訪問、咨詢的明顯位置。教育咨詢室（心理咨詢室）可考慮與保健室聯(lián)合規(guī)劃，臨近設置。

　　特別活動室——特別活動室是為社區(qū)開放活動或?qū)W校逃生演練活動需要設置的特別用房，應預留足夠的空間面積。

　　廣播室——般設計成雙層地板，地板下埋設各種相應線路。

　　教師辦公室——應安排在適當?shù)奈恢茫k公室內(nèi)設置防災相關設備，安裝火災自動報警器、防排煙聯(lián)動操作盤等，并設緊急用廣播設備。教職工辦公室應有良好的視線，門窗隔扇等應使用透明玻璃，保證教職員的視線可以觀察到周圍的情況，了解校內(nèi)學生情況。考慮開放活動或災害時期的校外人員的空間需要，為不同需要預留足夠的空間。

　　教師辦公室等管理用房常在災害時期作為避難所營業(yè)管理用房使用。

　　運動設施設計——

　　室內(nèi)體育館常在災害時期作為避難場所使用，是緊急時期避難居民最主要的生活空間，應考慮自然通風、采光設計，設置廁所、更衣室、儲備倉庫等。體育館的空間大小應考慮避難居民的數(shù)量，還應考慮避難居民的行李存放空間。

日本學校室內(nèi)體育館 [資料來源：左-導師湯朝暉研究員拍攝；右-作者自攝]

　　在條件允許情況下盡量設置游泳池，并設置必要的監(jiān)視室、急救處理的救護室、醫(yī)務室等；災害時可將游泳池內(nèi)的水作為防火用水、廁所沖洗水等利用，經(jīng)過過濾處理，還可以作為飲用水。用地面積不足情況下，可將游泳池設置于體育館屋頂上，并做好屋頂防水處理。

　　設備用房——為了滿足作為區(qū)域的防災避難場所的設備要求，需獨立設置相應的設備用房，如發(fā)電間、水泵房、監(jiān)控警報中心等。

　　防災倉庫——校內(nèi)明顯位置設有儲備倉庫，存儲應急物資，倉庫可設置在建筑內(nèi)的固定房間內(nèi)，也可是放置在學校公共區(qū)域的柜式防災倉庫。應急物資主要包括：

　　洗手間與浴室（組裝式廁所等，是災民最關注的問題）
　　食物與水(面包、速食米、凈水機-用于凈化泳池水或消防水源供飲用)
　　電氣設備與通信設施（電話、電視、收音機等）
　　供冷、供暖、照明、通風設施（如柴油發(fā)電機等）
　　老年人、兒童與殘疾人用品（如奶粉、紙尿褲等）
　　醫(yī)療器材（如急救箱、擔架等）
　　其它生活物資的儲備（衛(wèi)生用紙、防寒物品等）

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　　日本中小學?？拐鸱罏脑O計特點

　　日本中小?？拐鸱罏脑O計首先是在結(jié)構(gòu)上保證其安全性，結(jié)構(gòu)設計要求高于一般建筑的標準。其次在規(guī)劃、疏散設計時都考慮到作為避難場所的使用需要。預留足夠的運動場面積，平時用于學生活動，災害發(fā)生時供大量避難居民聚集、物資的運送及發(fā)放和其他各種活動。疏散空間相對寬裕，也是考慮到了避難時期大量避難居民聚集的疏散需要，在物資發(fā)放過程中，必要時還可以將應急物資暫時放置在走廊空間。除了室外運動場，日本中小學校一般都配有室內(nèi)體育館，體育館一般規(guī)模不大，也沒有設置固定座位席，這樣體育館整個完整的空間都能在災害時期為附近居民提供暫時居住的空間。為了給避難者盡量提供舒適的居住環(huán)境，體育館會考慮通風、暖氣、照明等生活設備。校內(nèi)一般設有倉庫，儲存體育設施和應急物資，一般設于體育館、或室外運動場一側(cè)，又或者是單獨放置的物資儲存箱。

植物、花盆

售賣機

其他家具

　　日本中小學校在設計時不追求形式的新穎，而是提倡標準化。很多空間用房面積并不大，如教師辦公室的人均面積，而是將更多的空間面積用于公共活動和疏散。日本雖然很重視室外運動場，運動場用地常占學校總用地的一半左右，但運動場也只是簡單的平整地面，并沒有鋪設塑膠跑道或其他設施。

　　為保證學校自身的安全，日本中小學校內(nèi)配有適當?shù)姆罏脑O備和緊急報警系統(tǒng)。災害發(fā)生后，學校作為避難場所是在市政府相關職能部門組織、學校領導和教職工配合下進行的，在學校作為避難所運營過程中，需要與各個部門、社會各組織以及居民取得聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)或發(fā)布消息，這就要求中小學校內(nèi)配備必要的情報通信設備。

　　日本對細節(jié)的考慮非常周到。在避難時期，廁所和淋浴間是最需要的設施，但學校內(nèi)已有的廁所和淋浴間數(shù)量往往很難滿足避難時的大量避難者的需要，故日本中小學校在設計時常在室外廣場預留相應的上下水接口，供避難時期臨時搭建廁所和淋浴間使用。另外，日本中小學校還特別考慮到避難時期的一些需要照顧的老弱病殘人士，校內(nèi)，一般在體育館附近會設置無障礙衛(wèi)生間，一些學校還設有電梯和特別為體弱老人、兒童設計的室內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)的獨立避難房間。

　　日本中小學校抗震防災設計是在長期的實踐過程中經(jīng)驗累積的結(jié)果，即使是現(xiàn)在，很多相關的設計方法、配套設備設施以及學校的防災計劃也還在調(diào)整和完善中。

　　日本中小學校在設計時即考慮了講學校作為緊急避難場所，因應作為避難場所的各種需要，在設計上也有所反映。首先規(guī)劃、疏散設計時都考慮到作為避難場所的使用需要，預留足夠的運動場面積。建筑設計時要保證足夠的抗震安全性能，不追求形式的新穎，疏散空間相對寬裕，一般都配有室內(nèi)體育館等。日本中小學校內(nèi)還配有適當?shù)姆罏脑O備和緊急報警系統(tǒng)。在其他細部設計時，還考慮了在室外廣場預留相應的上下水接口，供避難時期臨時搭建廁所和淋浴間使用，無障礙衛(wèi)生間，電梯和特別為體弱老人、兒童設計的室內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)的獨立避難房間等。

　　日本中小學校建筑抗震性能提高的特點

　　日本的抗震性能提高計劃是在1995 年阪神大地震后全面展開的，至今已經(jīng)持續(xù)了15 年，并且還在進行中。要在全國范圍內(nèi)全面的完成提高中小學校設施抗震性能的工程必然需要一個長期的過程。

　　補強方法的不斷研究、更新。在 1995 年以前，日本最常用的結(jié)構(gòu)補強方法是加建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻，而在1995 年以后，鋼架斜向支撐得到了很好的發(fā)展，成為另一個常用補強方法。除此之外，更多的新抗震加固方法還在研究、實踐當中，如隔震技術、樹脂抗震繃帶、構(gòu)造微縫等。不斷的研究創(chuàng)新是日本抗震技術領先的保證，也是推動中小學校設施抗震性能提高的技術力量。

　　注重抗震修復工程經(jīng)驗的總結(jié)，及時與社會交流分享經(jīng)驗。在經(jīng)歷地震后，注重抗震修復工程效果驗證，對于有效的方法鼓勵并推行，若發(fā)現(xiàn)問題，則及時探討研究，尋找解決方法。

　　重視非結(jié)構(gòu)部件的改修，關注細節(jié)。認為抗震性能的提高并不僅僅是建筑結(jié)構(gòu)的問題，而注意到非結(jié)構(gòu)部件在地震中的破壞和影響。對細節(jié)的考慮，是日本相當突出的一個特點。

　　提高中小學校建筑的抗震性能是中小學校作為應急避難場所的基本要求?？拐鹦阅艿奶岣甙ńY(jié)構(gòu)抗震補強和非結(jié)構(gòu)部件的改修兩個方面?？拐鹧a強可綜合運用以下方法：加設鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻、增加混凝土斜向支撐、屋蓋水平拉結(jié)措施、鋼架斜向支撐、翼墻、基礎改造等增加建筑物強度的方法，以及柱子外包鋼板或碳素纖維、柱下包鋼帶、減輕自重如體育館輕質(zhì)屋頂?shù)奶鎿Q、加設抗震縫等控制建筑構(gòu)件變形的方法。非結(jié)構(gòu)部件主要包括非結(jié)構(gòu)建筑部件、設備以及用品三大部分，這些非結(jié)構(gòu)部件都需要進行適當?shù)母男藓图庸?，保證一定的抵御地震作用的能力。這些抗震性能提高的工程都將在每年的修復工程計劃的指導下完成。