淺談建筑的抗震設(shè)計(jì)

摘要：大量震害表明在建筑設(shè)計(jì)中必然充分重視建筑抗震設(shè)計(jì)的重要作用。建筑抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜的工程，它是建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理的協(xié)作。文章立足于建筑體型設(shè)計(jì)、建筑平面布置設(shè)計(jì)、建筑豎向布置設(shè)計(jì)、建筑上應(yīng)滿足的設(shè)計(jì)限值控制、屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)著手探討建筑的抗震設(shè)計(jì)，并提出了建筑抗震設(shè)計(jì)存在的諸多問題，以期對(duì)建筑設(shè)計(jì)以及建筑實(shí)踐有著積極的作用。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì) 抗震 結(jié)構(gòu)

在建筑設(shè)計(jì)的過程中，抗震設(shè)計(jì)不僅對(duì)整個(gè)建筑的使用有著十分重要的意義，而且在建筑的總體設(shè)計(jì)上占據(jù)著直接的控制主導(dǎo)地位。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡管對(duì)于建筑設(shè)計(jì)有著十分重要的作用，但在建筑設(shè)計(jì)既定的情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也只能按照建筑設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。建筑師在設(shè)計(jì)建筑方案或做建筑設(shè)計(jì)的初級(jí)階段充分重視抗震的重要性，那么結(jié)構(gòu)工程師就可以在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件合理布置，使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，建筑本身的抗震性能有所提升，結(jié)構(gòu)受力與變形也會(huì)比較勻稱，從而最終使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能與承載力大幅度的提升與改善；相反建筑師在設(shè)計(jì)建筑方案或做建筑設(shè)計(jì)的初級(jí)階段忽視了抗震要求，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的抗震性時(shí)難度會(huì)很大，不僅會(huì)造成設(shè)計(jì)不合理情況的存在，造成大量的構(gòu)件截面與配筋用量的投資浪費(fèi)，還會(huì)嚴(yán)重影響建筑的抗震性能。因此，建筑設(shè)計(jì)過程中重視抗震要求在整個(gè)建筑中起著不可替代的作用，我們在建筑抗震設(shè)計(jì)的過程中要突出的重視一下幾方面的問題。

1 建筑體型設(shè)計(jì)問題

建筑體型主要是指建筑的平面形狀以及建筑主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。以我國的唐山地震為例，在地震的過程中，平面形狀復(fù)雜的情況多會(huì)在地震中受到輕重程度的破壞，這包括外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過多伸懸、不對(duì)稱的側(cè)翼布置等情況。規(guī)則而不復(fù)雜的平面形狀則能夠抵御地震的破壞，在地震之后甚至能夠保持完好無損。在縱向上立體空間形狀中存在的復(fù)雜和不規(guī)則在地震中很容易受到破壞，尤其是在建筑結(jié)構(gòu)剛度因地震受到破壞的地方更容易受到破壞。因而，為了增強(qiáng)建筑的抗震性能，在建筑體型的設(shè)計(jì)過程中，要盡量使用簡單、規(guī)則的平面與空間的形狀；盡可能的采用矩形、方形、圓形、扇形等抗震性能較好的平面形狀；盡量避免外凸和內(nèi)凹的體型以及不對(duì)稱的側(cè)翼和過長的伸翼等平面形狀的存在；盡可能的是建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布勻稱以避免因扭曲反應(yīng)而引起的抗震性能的下降。

2 建筑平面布置設(shè)計(jì)問題

在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的過程中建筑平面布置有著十分重要的地位，它是建筑物的使用功能的基本反映。建筑平面布置圖直接明確了柱子的距離、通道和樓梯的位置、房間的數(shù)量和布置等各方面的內(nèi)容。在實(shí)際的建筑過程中，由于存在因建筑使用功能不同的情況，因而使各樓層在墻體（外圍填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻）、墻體與柱子的不對(duì)稱，從而最終造成了整個(gè)建筑抗震性能的降低。在有的建筑物中存在將剛度強(qiáng)的電梯井筒放在建筑的角部或者一側(cè)，結(jié)果最終造成了在地震的過程中靠近電梯一側(cè)的建筑遭受到了嚴(yán)重的破壞，究其原因在于具有極大抗側(cè)力剛度的電梯井筒成為了地震作用的焦點(diǎn)，從而造成了鄰近其周邊的建筑遭受更加嚴(yán)重的破壞。在有的建筑物中存在平面布置上一側(cè)的墻體過多而另一側(cè)稀少的現(xiàn)象，在地震的過程中，因?yàn)槠矫鎵w分布的不均，造成了中心的偏離，使建筑結(jié)構(gòu)的手里不均，從而造成了地震中扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，使局部墻面遭受破壞。在商場的臨街建筑中，存在臨街一側(cè)沒有墻體而另一側(cè)有剛度很強(qiáng)的墻體，這就造成了兩側(cè)剛度分布的不均，可能會(huì)降低建筑物的抗震性能，在地震時(shí)引起扭轉(zhuǎn)地震作用。有的建筑則會(huì)發(fā)生內(nèi)隔墻不對(duì)稱甚至中斷的現(xiàn)象，地震時(shí)由于這種現(xiàn)象的存在造成地震傳遞受阻，引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)于建筑物抗震性能有著消極的影響。建筑平面布置設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑的抗震性能，要解決的核心問題在于：建筑平面設(shè)計(jì)首要的要做到結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布均勻并且對(duì)稱，從而避免突變以及產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而提升建筑物的抗震性能。建筑平面布置的總體設(shè)計(jì)的過程中我們要注重結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的科學(xué)合理布置，在建筑使用功能與結(jié)構(gòu)抗震相融合的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在提升建筑抗震性能中的重要作用。

3 建筑豎向布置設(shè)計(jì)問題

在建筑設(shè)計(jì)的過程中不僅要重視建筑平面設(shè)計(jì)在建筑抗震中的作用，而且要從建筑豎向布置設(shè)計(jì)，即從高度結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及剛度分布設(shè)計(jì)上提升建筑物的抗震性能。建筑的豎向布置設(shè)計(jì)問題在單層或多層、高層建筑或超高建筑中都普遍存在。這些問題主要表現(xiàn)在，因建筑使用功能各異，底層的商場或者購物中心需要大柱距、大空間，而上面的寫字樓或者公寓樓則需要以墻為主，柱很少；有的建筑物因使用功能的不同，在不同的樓層設(shè)有面積很大的公用天井大廳、大會(huì)議廳、展廳、報(bào)告廳等，因而造成了建筑物在質(zhì)量與高度分布上的嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)與不均勻。最為嚴(yán)重的問題就是在高度上上下相鄰兩層因質(zhì)量和剛度分布的不均勻、不平衡、不協(xié)調(diào)，形成了突變。甚至于在有些樓層，因剛度不足或很差造成了抗震承載力不足或變形非常大的薄弱層對(duì)于建筑物的抗震有著嚴(yán)重的影響。這些問題都是我們在建筑設(shè)計(jì)的過程中必須充分重視的。在建筑的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中有些布置因建筑使用功能的不同，而存在比如相鄰樓層之間的墻體不對(duì)稱，柱子不對(duì)齊，墻體中斷或不到底，上下層墻不協(xié)調(diào)，上下層柱子不均衡現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致了地震力傳遞的不同，同時(shí)剪力墻分布存在的不直通底層或者嚴(yán)重不對(duì)稱以及數(shù)量太少都可能造成建筑物的扭轉(zhuǎn)效能，從而影響建筑物的抗震性能。汶川地震表明，建筑物在豎向上的剛度的不均勻、不協(xié)調(diào)，會(huì)對(duì)建筑物造成嚴(yán)重影響，真至于會(huì)造成整個(gè)建筑物的坍塌。在日本一九九五年的阪神大地震中，就發(fā)生了多棟鋼筋混凝土高層建筑中間樓層集體倒塌現(xiàn)象的存在。因而，在建筑豎向布置設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量的保證剪力墻布置的勻稱與協(xié)調(diào)，盡可能使其沿豎向貫通到建筑物底部，盡量避免中斷或不到底現(xiàn)象的存在。

4 建筑上應(yīng)滿足的設(shè)計(jì)限值控制問題

在當(dāng)今中國，現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJll-89)是在對(duì)大量震害的經(jīng)驗(yàn)思考總結(jié)基礎(chǔ)上形成的，它對(duì)房屋建筑在建設(shè)過程中的一些列的抗震現(xiàn)職控制提出了基本的規(guī)定。針對(duì)這些規(guī)定，建筑設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過程中必須遵守房屋的建筑總高度以及層數(shù)；房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。

5 屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)問題

屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)問題是高層以及超高層建筑設(shè)計(jì)所必須重視重要內(nèi)容之一。近年來的高層建筑抗震設(shè)計(jì)審查結(jié)果表明，屋頂家住存在過高與過重的雙重問題。過高或者過重的屋頂建筑不僅加大了建筑自身的變形，而且也降低了建筑抗震性能，對(duì)于屋頂建筑乃至整個(gè)建筑物的抗震都極為不利。當(dāng)屋頂建筑與下部建筑重心不一致，且屋頂建筑與下部建筑的抗側(cè)力墻體不連續(xù)時(shí)，建筑物在地震中更會(huì)面臨扭轉(zhuǎn)作用的破壞，對(duì)于建筑物抗震性能有著極壞的影響。因此，在屋頂建筑的設(shè)計(jì)過程中，要盡量降低其整體高度，采用高強(qiáng)輕質(zhì)以及結(jié)構(gòu)剛度勻稱協(xié)調(diào)的材料，保證屋頂與下部建筑的重心相一致，盡量提升屋頂建筑的抗震性，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)地震作用，從而使整個(gè)建筑的抗震性能有所提升。

6 結(jié)束語

總之，作為建筑設(shè)計(jì)的重要方面，建筑抗震設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)不可回避的重要內(nèi)容。它不僅對(duì)于建筑的抗震性能有著重要的意義，而且直接關(guān)系到建筑的成敗。成功的建筑設(shè)計(jì)必然是建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理的協(xié)作，最終提升建筑包括抗震性能在內(nèi)的整體性能。因此，我們在建筑設(shè)計(jì)的過程中，不僅要重視建筑抗震設(shè)計(jì)的重要性，而且要更好的發(fā)揮其在建筑設(shè)計(jì)中的不可替代的重要作用。