河南大学国际学院位于郑东新区龙子湖高校园区的东北部。文、理科实验教学组团位于校区主轴线两侧，总建筑面积约12万m²。文、理科组团各自进一步细分为北、中、南3个小组团，各小组团之间利用连廊连接。本工程整体建筑风格要求与河南大学老校区传统建筑相呼应，展现河南大学百年风采和独特的文化特质，因此形成了拥有超大尺度坡屋盖等现代特点的“中西合璧”独特建筑形态。本工程地上4～5层，层高大多为4.2m;地下2层，层高均为4.25m;建筑高度29.16m(5层部分)以及23.975m(4层部分)。

　　 本工程采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，屋盖坡度一般为70%～90%，屋檐出挑长度为2.97～4.37m。外部砌墙采用双墙模式，其中200mm厚内层墙采用轻质砌块，240mm厚外层墙采用清水仿古实心砖。为了实现坡屋盖的大倾斜外形要求，屋盖采用平行于坡度方向的单向梁系布置，与闷顶楼盖形成受力自平衡体系。此外，利用檐椽和屋盖楼板形成密肋型空心悬挑板以达到屋檐大悬挑的外形要求，建筑效果见图1,2。

　　 工程位于7度抗震设防区，抗震设防类别为重点设防类(乙类)，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为0.15g，场地土类别为Ⅲ类^[1]。设计使用年限为50年，安全等级为二级。本工程采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。利用教室分隔墙、楼梯间及卫生间位置布置剪力墙，剪力墙与框架一起作为主要的抗侧力结构。矩形框架柱截面尺寸一般为500mm×600mm，剪力墙厚为300mm。

　　 楼盖采用普通钢筋混凝土梁板结构。楼板厚度一般为110mm，外圈框架梁截面一般为300mm×700mm，其余框架梁截面一般为300mm×600mm。地下室顶板梁截面一般为300mm×700mm，楼板厚度一般为180mm。

　　 地基基础的设计等级为乙级，采用静压预应力管桩基础，持力层为地质勘察报告中的第(6)层(粉砂层)，管桩型号为PHC-AB500(125)。部分管桩兼作抗拔桩设计。底板厚度一般为500mm，柱下承台根据受力需要适当加厚。

　　 古代木屋盖构架最常用的形式为抬梁式。抬梁式又称为叠梁式，是在柱上架梁，梁上又抬梁的一种屋盖结构形式，起源于春秋时期，普遍应用于皇家宫殿、庙宇、寺院等大型古建筑。

　　 抬梁式木屋盖构架的主要特点是在柱顶的水平铺作层上，沿房屋进深方向架数层叠架的梁，梁逐层缩短，层间立短柱或垫木块，最上层梁中间立小柱或三角撑，形成三角形屋架。相邻屋架间，在各层梁的两端和顶层小立柱(脊瓜柱)上架檩，檩间架椽，从而构成双坡顶屋盖的空间骨架^[2]。

　　 抬梁式屋盖的传力路径是:椽→檩→叠架的上层梁→叠架的下层梁→铺作层→柱→基础，因此屋盖构架存在多层叠架的梁。典型抬梁式木屋盖模型见图3。

　　 本工程为了实现坡屋盖的大倾斜外形要求，坡屋盖结构采用平行于坡度方向的单向梁系布置，梁投影跨度为9.7m(斜长约为12m)，框架梁截面一般为300mm×800mm，次梁截面一般为250mm×700mm，屋面板厚为120mm或130mm，与挑檐板相连的内跨板局部加厚至300mm或400mm，垂直于坡度方向的柱间距约为9m。在竖向荷载作用下，坡屋盖顶会发生竖直向下的位移，导致坡屋盖于底部处产生水平向外的推力，利用闷顶楼盖对两侧水平推力进行平衡抵消，既减小了推力对周边结构柱产生的额外剪力及弯矩，同时也提高了坡屋盖的整体刚度。对应双坡屋面区域的闷顶楼盖需保持连续，并适当加强对应方向的闷顶楼板配筋。

　　 本工程坡屋盖结构布置形式有别于传统抬梁式屋盖构架，屋盖不再需要多层叠架的梁，使闷顶层结构更为简洁开阔，更便于施工。本工程典型的坡屋盖结构布置见图4,5。

　　 古建筑挑檐分为正身区段以及翼角区段。本工程的正身区段由挑檐板、檐椽及飞檐椽组成。檐椽间距为300mm，截面宽度为130mm，平行于挑檐的坡度方向(即出挑方向)布置。飞檐椽从檐椽端部挑出，宽度同檐椽，与檐椽一起形成上下两级形状。翼角区段由翼角板、角椽及角梁组成。角椽呈放射状布置。角梁呈弧形状起翘，端部比相连的正身檐口高约1.5m。由于角梁起翘，翼角板沿角梁呈弧面状并与正身挑檐板相连。

　　 采用有限元分析软件SAP2000对本工程屋盖结构做进一步分析。分析结果显示，本工程正身区段挑檐主要呈现单向悬挑的传力形态;翼角板主要呈现沿出挑方向以及垂直于角梁方向的双向传力形态;闷顶楼板在平行于坡屋盖的坡度方向存在拉应力，拉应力值一般小于1.1MPa。其中坡屋盖在风荷载组合下的弯矩云图见图6，闷顶楼板在基本荷载组合下(不含风荷载)的轴向应力云图见图7。

　　 据统计，传统古建筑正身区段挑檐的出挑长度一般不大于2m，记载最大出挑长度为2.496m。本工程正身区段出挑的最大长度为4.37m，已远超传统古建筑的尺度。

　　 因屋盖造型的需要，挑檐不可有外露的梁，因此需做板式悬挑。根据计算分析，正身区段挑檐主要呈现单向悬挑的传力形态，因此利用檐椽平行于出挑方向布置的特点，与挑檐板一起形成单向布置的密肋型悬挑板。悬挑板根部厚度为355mm(低跨屋盖)及420mm(高跨屋盖)，板下肋高为130mm。与挑檐相连的内跨屋面板局部区段加厚至300mm(低跨屋盖)及400mm(高跨屋盖)，用于平衡挑檐的支座弯矩。

　　 由于挑檐下方需悬挂如垂花、耍头等大量中式装饰构件，上方需铺瓦，因此总体竖向荷载较大。为了尽量减轻结构自身重量，更好地控制挑檐挠度，利用檐椽间隔凹凸的造型特点，把檐椽之间的实体混凝土挑檐板进行挖空处理，与檐椽一起进一步形成密肋型空心悬挑板。挖空部分上下各保留70mm厚板，分别放置悬挑板面筋及底筋。经对比，挖空后挑檐结构自重能减轻约28.9%。密肋型空心挑檐板现场施工照片及节点大样见图8,9。

　　 本工程角梁的出挑长度为5.2m(低跨屋盖)或7.285m(高跨屋盖)，结合建筑造型角梁根部高度为1m或1.5m，呈弧形状起翘，梁端部比相连的正身檐口高约1.5m。根据计算分析，翼角板呈双向传力形态，且角椽为放射状布置，并于接近根部处交汇成一体，因此翼角区段采用实体板比空心板更为合适。为了便于施工，翼角弧形板的钢筋布置方向采用与相连的正身板钢筋一致，在角梁附近应力集中处另加钢筋。角椽根部交汇处设置暗梁，作为角椽的支座方便钢筋锚固，同时也可强化翼角根部的受力性能。翼角挑檐节点大样及现场施工照片见图10,11。

　　 传统古建筑坡屋盖的挂瓦是依靠卧浆层的粘结力来固定瓦材，卧浆层一般由1∶1∶4水泥白灰砂浆加水泥重的3%麻刀组成。本工程坡屋盖大部分坡度为70%～90%，总体坡度已大于传统古建筑。当坡度越大时，屋盖面层在重力作用下产生的下滑力就越大，仅依靠卧浆层自身的粘结力来连接主体结构与瓦材的做法已不完全可靠。此外，由于传统卧浆层材料的容重较大(接近20kN/m³)，在屋盖结构所受荷载中占有较大的比重。

　　 本工程为了确保主体与瓦材间的有效连接，并尽量减轻坡屋盖面层的重量，对传统的挂瓦做法进行了调整，具体屋面构造做法为:1)钢筋混凝土屋面板，板内预埋10钢筋头，钢筋头底部水平弯折，并与屋面板板底钢筋网绑牢;2)15mm厚水泥砂浆找平;3)防水垫层:高分子类防水涂料;4)30mm厚轻质混凝土，满铺4@100×100钢筋网，钢筋网须与屋面板预埋的10钢筋头采用焊接焊牢;5)1∶1∶4水泥白灰砂浆加水泥重的3%麻刀卧浆20mm厚，下部轻质混凝土起垄;6)所有坡屋面的瓦材除了采用卧浆固定以外，还需要用12号铜丝与4@100×100钢筋网绑扎固定。

　　 调整后的挂瓦做法，瓦材主要通过12号铜丝、4钢筋网及预埋10钢筋头与主体钢筋混凝土屋面板实现了可靠的连接。同时因为瓦材的传力已得到可靠的保证，可适当降低对卧浆层的要求，采用轻质混凝土代替传统卧浆材料进行起陇，达到减轻屋盖面层重量的目的。经对比，采用轻质混凝土材料后，屋盖面层总重量减轻约36.7%，对控制屋盖构件截面尺寸、挑檐挠度以及总体钢筋用量等都很有利。挂瓦完工后现场照片见图12。

　　 由于建筑外观造型和保温的双重需要，本工程外墙采用双墙模式。其中，内层墙采用轻质砌块，墙厚200mm;外层墙采用清水仿古实心砖，墙厚240mm;内外层墙之间夹岩棉板，满足建筑保温要求。

　　 清水砖装饰外墙要求砌筑完整连续，因此在常规砌体中设置构造梁、构造柱的做法已不适用。为了既不影响清水砖墙的外观效果，又能保证墙体的整体性能与安全，本工程对清水仿古砖外墙的砌筑构造做法进行了调整，具体做法要求如下:

　　 (1)以沿建筑物周边每层楼板均出挑部分作为下层砌体的压顶板，挑板不突出清水砖墙面，距离墙外边线60mm，后期采用仿古清水砖进行局部贴面处理。

　　 (2)要求在外层清水砖墙与内层轻质砌块墙的交接处均设置钢筋混凝土构造柱进行连接。

　　 (3)为了确保清水砖墙的下沉稳定，需采用低压缩的砂浆砌筑，且建议每次砌筑高度不超过1.5m高，之后需静置5～7d。最终每层的顶砖需在下部砌体砌筑完成并静置7～10d后方可砌筑。

　　 (4)需确保每层清水砖墙与该层对应的顶部混凝土挑板之间顶紧密实。在挑板外边线以内180mm宽度范围内、挑板下部130～140mm高度范围的顶砖均采用斜砌。

　　 (5)由于清水砖墙的灰缝宽小于8mm，需将《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)^[3]第6.2.2条中规定设置的拉结钢筋相应替换为拉结钢板，替换原则为每根直径6mm拉结钢筋替换为3mm厚、20mm宽的钢板。沿清水砖墙高度方向每隔2.5m需设置一道通长的钢板进行拉结(每道含两片钢板，每片厚3mm、宽20mm)。拉结钢板均需锚入第(2)点所述的混凝土构造柱内。外墙砌体完工后现场照片见图13。

　　 (1)本工程作为重点设防类建筑物，应保证地震中结构具有足够的延性，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系具有较大的延性。

　　 (2)仿古坡屋盖采用顺坡向的单向梁系与闷顶楼盖形成受力自平衡体系，取代传统抬梁式屋盖构架，既充分利用了钢筋混凝土的材料优势，实现坡屋盖的大倾斜外形，也使闷顶层结构更为简洁开阔，更便于施工。

　　 (3)利用檐椽和屋盖楼板形成密肋型空心悬挑板，该设计充分结合了建筑装饰构件的固有特点，使结构受力构件与建筑外观达到完全融合，实现屋檐大悬挑的外形要求。

　　 (4)当轻质混凝土+钢筋网的新型挂瓦方式、清水仿古砖装饰外墙的新型砌筑方式等现代工程材料、技术应用到古建筑时，既能使古建筑传统外观特点得到延续，也能冲破传统材料带来的先天约束，让古建筑达到更广阔的尺度，展现新时代的风采。